CN220018508U - 一种电池的膨胀位移测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池的膨胀位移测试装置，所述电池的膨胀位移测试装置包括电池压紧装置和膨胀位移测量装置：电池压紧装置，用于向待测试的电池表面施加下压的预紧力；膨胀位移测量装置，用于在电池压紧装置向电池表面施加预紧力后，测量电池在充放电过程中的膨胀位移。本实用新型公开的电池的膨胀位移测试装置，其结构设计科学，不仅能够检测电池在充放电过程中产生的整体膨胀厚度，同时还能检测电池局部(例如四个角部)的膨胀厚度，从而有利于进一步根据电池多部位膨胀厚度的趋势对比，来判断电池循环趋势稳定性和电池安全性，具有重大的实践意义。

Description

一种电池的膨胀位移测试装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池的膨胀位移测试装置。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备(如移动电话、数码摄像机和手提电脑)上得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。

随着对动力电池研究的不断深入，电池膨胀越来越受到关注，电池在循环过程中的膨胀情况直接影响到电池容量的衰减，从而影响电池的寿命。软包锂离子电池在充放电过程中，电池的厚度会因为锂离子向负极碳层迁移而发生变化，进而导致电池膨胀。因此，实时监测电池的厚度变化，即可了解电池膨胀情况。

目前，为了追求高能量密度的电池，电池极片主料活性物质占比越来越高，极片厚度趋势进一步增大，电池膨胀力明显上升。其中，就卷绕电池而言，卷绕电池的C角处为应力集中区域，属于高风险位置，负极膨胀导致应力更大，角部析锂问题频频发生，造成电池失效。

需要说明的是，卷绕电池的C角处，指的是：位于卷绕形成的电池极组的侧面上，带有曲率的端部(具体包括四个角部)，此面因为卷绕张力与大面不同，容易产生循环过程中的失效。

与此同时，就叠片电池而言，叠片电池因四个冲角弧度不稳定，也会出现包覆不良，导致析锂，进而使得四个角位置厚度也会增加。因此有必要在检测电池整体膨胀厚度时，也重点关注电池四个角部膨胀厚度变化，通过对电池的四个角部膨胀厚度情况进行检测，对电池安全起到预警作用。

但是，现有的电池膨胀厚度测试技术，只是能够测试电池的整体膨胀厚度变化情况，无法测试电池局部尤其是角部的膨胀厚度变化，从而无法通过测试膨胀厚度来观察到电池析锂情况。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，不仅能够检测电池在充放电过程中产生的整体膨胀厚度，同时还能检测电池局部的膨胀厚度。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种电池的膨胀位移测试装置。

为此，本实用新型提供了一种电池的膨胀位移测试装置，包括电池压紧装置和膨胀位移测量装置：

电池压紧装置，用于向待测试的电池表面施加下压的预紧力；

膨胀位移测量装置，用于在所述电池压紧装置向电池表面施加预紧力后，测量电池在充放电过程中的膨胀位移。

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种电池的膨胀位移测试装置，其结构设计科学，不仅能够检测电池在充放电过程中产生的整体膨胀厚度，同时还能检测电池局部(例如四个角部)的膨胀厚度，从而有利于进一步根据电池多部位膨胀厚度的趋势对比，来判断电池循环趋势稳定性和电池安全性，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种电池的膨胀位移测试装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种电池的膨胀位移测试装置下侧部分的立体结构示意图；

图中，1、底板；2、限位柱；3、上压板；4、固定柱；5、传感器安装板；

6、位移传感器；7、位移传感器夹持块；8、直线轴承；9、弹簧；10、弹簧导向柱；

11、浮动压块；12、电池；13、第一连接块；14、驱动螺杆；15、第二连接块；

16、锁紧螺母；17、立板；18、滑轨连接块；19、直线滑轨；

201、上侧导向部；202、下侧支撑部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1、图2，本实用新型提供了一种电池的膨胀位移测试装置，包括电池压紧装置和膨胀位移测量装置：

电池压紧装置，用于向待测试的电池12表面施加下压的预紧力；

膨胀位移测量装置，用于在电池压紧装置向电池12表面施加预紧力后，测量电池12在充放电过程中的膨胀位移。

需要说明的是，通过电池12配套的电池充放电设备，对电池12进行充电、放电操作。

具体实现上，所述电池12，优选为软包锂电池。

在本实用新型中，电池压紧装置，包括压紧机构、上压板3和底板1：

上压板3位于底板1的上方；

底板1的顶部四角，分别通过一个限位柱2与上压板3的四角相活动连接(例如插接式活动连接)；

底板1的顶部用于放置待测试的电池12；

压紧机构包括驱动螺杆14；

驱动螺杆14的上下两端，分别与上压板3和底板1相螺纹连接。

具体实现上，电池12的顶部，放置有多个浮动压板11；

每个浮动压板11顶部，分别设置有一个弹簧导向柱10；

上压板3在与每个弹簧导向柱10相对应的位置，分别设置有一个直线轴承8；

每个直线轴承8中，垂直贯穿通过一个弹簧导向柱10；

直线轴承8与弹簧导向柱10为间隙配合；

弹簧导向柱10位于上压板3和底板1之间的部分，套有弹簧9；

优选地，直线轴承8、弹簧9和弹簧导向柱10为同轴心。

具体实现上，上压板3和底板1上，分别设置有第一连接块13和第二连接块15；

第一连接块13在与驱动螺杆14相对应的位置，设置有螺孔；

底板1在与驱动螺杆14相对应的位置，设置有通孔；

驱动螺杆14的上端，与上压板3上的螺孔相螺纹连接；

驱动螺杆14的下端在垂直贯穿通过底板1上的通孔后，与一个螺母相螺纹连接。

需要说明的是，基于以上设计，顺时针转动所述驱动螺杆14，能够使得上压板3下降，而逆时针转动所述驱动螺杆14，能够使得上压板3抬升。

优选地，所述弹簧9为矩形弹簧。

具体实现上，上压板3和底板1相互平行。

具体实现上，上压板3在与每个限位柱2相对应的位置，分别固定设置有一个锁紧螺母16；

每个锁紧螺母16中，垂直贯穿通过一个限位柱2的上侧导向部201；

锁紧螺母16与上侧导向部201之间为间隙配合。

优选地，限位柱2包括下侧支撑部202；

下侧支撑部202的顶部设置有上侧导向部201；

上侧导向部201的直径，小于下侧支撑部202的直径。

优选地，多个浮动压板11，均匀铺设在电池12的顶部。不仅铺设在中心位置，还铺设在电池局部(例如四个角部)的位置。

在本实用新型中，膨胀位移测量装置，包括传感器安装板5；

传感器安装板5位于上压板3的上方；

传感器安装板5在每个弹簧导向柱10的正上方，分别设置有一个膨胀位移检测机构；

每个胀位移检测机构，包括一个位移传感器6；

每个位移传感器6，分别与一个弹簧导向柱10正对应设置。

需要说明的是，位移传感器6与弹簧导向柱10之间没有阻隔，没有组件能够阻挡该位移传感器6向弹簧导向柱10发出探测信号。

位移传感器6，用于在电池12的充放电过程中，测量弹簧导向柱10及弹簧导向柱10所连接的浮动压板11产生的位移，该位移即为电池12在充放电过程中产生的膨胀位移。

需要说明的是，本实用新型由于采用弹性件(具体包括弹簧导向柱和弹簧)对电池施加弹性束缚，当电池产生膨胀位移时，会对弹性件产生压缩力，使得弹性件收缩，从而使弹簧导向柱移动，使得位移传感器的测量数值发生变化，最终获得电池的膨胀位移数据。此外，本实用新型的各个膨胀位移机构均完全相互独立，互不影响，保证了测量结果的准确性。

具体实现上，传感器安装板5与上压板3和底板1相互平行。

具体实现上，传感器安装板5的顶部，在与每个位移传感器6相对应的位置，分别设置有一个位移传感器夹持块7；

每个位移传感器夹持块7上设置的夹持块通孔中，垂直贯穿通过一个位移传感器6；

上压板3在与每个位移传感器6相对应的位置，分别设置有一个上压板通孔；

每个上压板通孔中，垂直贯穿通过一个位移传感器6；

上压板通孔与位移传感器6为间隙配合。

需要说明的是，移传感器夹持块7，用于对移传感器夹持块7进行固定限位。

优选地，位移传感器6与弹簧导向柱10同轴心。

在本实用新型中，所述电池的膨胀位移测试装置，还包括平行导向装置；

所述平行导向装置，包括至少一个直线滑轨19；

两个直线滑轨19，设置于上压板3和底板1的同一侧；

两个直线滑轨19上的滑块，分别通过一个滑轨连接块18与上压板3相连接。

具体实现上，所述平行导向装置，包括两个直线滑轨19；

两个直线滑轨19，分别通过一个滑轨连接块18与上压板3右侧的前后两端相连接。

优选地，直线滑轨19，设置在立板17上；

立板17垂直设置于底板1的一端。

优选地，立板17的形状为L型；

优选地，滑轨连接块18的形状为L型。

为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案，下面说明本实用新型的工作原理。

为了检测电池在充放电过程中产生的膨胀厚度，首先，将电池12处在底板1和浮动压块11之间；

然后，顺时针转动驱动螺杆14，使上压板3向下运动，在上压板3作用下，弹簧9将预紧力传递给浮动压块11，浮动压块11接触电池12的表面，向电池12施加预紧力；

然后，对电池12进行充放电，电池在充放电过程中会产生膨胀，电池在膨胀后将促使浮动压块11向上移动，由于位移传感器6与弹簧导向柱10、浮动压块11同轴心配合，因此，通过位移传感器6即可测出浮动压块11的移动位移，即可获得电池的膨胀位移。

其中，多个浮动压块11的移动位移的平均值，即可作为电池在充放电过程中产生的整体膨胀厚度。

需要说明的是，对于本实用新型，由于电池12的表面分布多个浮动压块11，每个浮动压块11分别对应一个弹簧导向柱、一个弹簧及一个位移传感器，不仅可以得知电池上不同区域产生的膨胀位移，而且通过弹簧的位移(即弹簧的变化量，其等于浮动压块11及其上弹簧导向柱10的位移)，还可计算出电池的膨胀力，进而可以得出电池各区域的膨胀位移与膨胀力的关系。

具体实现上，根据以下弹簧的弹力计算公式，可以获得弹簧的弹力F，该弹簧的弹力即等于电池的膨胀力F；

F＝-kx；

在上述公式中，k是弹性系数，x是弹簧形变量，F是弹簧的弹力。

需要说明的是，由于电池膨胀使弹簧受到压缩，因此电池的膨胀力与弹簧的弹力F相等。K弹簧系数和弹簧材质有关，是一个常数，选择弹簧时即可得知；弹簧形变量x根据位移传感器6获得。

经过检验，本实用新型的装置，操作方便快捷，对电池膨胀位移的测试精确度高，有利于进一步对软包动力电池的循环膨胀异常及异常析锂研究提供便利。

应用本实用新型，可以检测电池在充电至不同的SOC状态(荷电状态)下产生的膨胀位移。

本实用新型的装置，是电池多点位的膨胀位移测量，可以通过电池多点位的膨胀位移变化趋势，进一步分析判断电池是否局部析锂(例如，电池局部位置的膨胀位移超过预设值，则判断该局部位置出现了析锂问题)，更进一步研究动力电池膨胀机理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，包括电池压紧装置和膨胀位移测量装置：

电池压紧装置，用于向待测试的电池(12)表面施加下压的预紧力；

膨胀位移测量装置，用于在电池压紧装置向电池(12)表面施加预紧力后，测量电池(12)在充放电过程中的膨胀位移。

2.如权利要求1所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，电池压紧装置，包括压紧机构、上压板(3)和底板(1)：

上压板(3)位于底板(1)的上方；

底板(1)的顶部四角，分别通过一个限位柱(2)与上压板(3)的四角相活动连接；

底板(1)的顶部用于放置待测试的电池(12)；

压紧机构包括驱动螺杆(14)；

驱动螺杆(14)的上下两端，分别与上压板(3)和底板(1)相螺纹连接。

3.如权利要求2所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，电池(12)的顶部，放置有多个浮动压板(11)；

每个浮动压板(11)顶部，分别设置有一个弹簧导向柱(10)；

上压板(3)在与每个弹簧导向柱(10)相对应的位置，分别设置有一个直线轴承(8)；

每个直线轴承(8)中，垂直贯穿通过一个弹簧导向柱(10)；

直线轴承(8)与弹簧导向柱(10)为间隙配合；

弹簧导向柱(10)位于上压板(3)和底板(1)之间的部分，套有弹簧(9)。

4.如权利要求3所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，直线轴承(8)、弹簧(9)和弹簧导向柱(10)为同轴心；

和/或，上压板(3)和底板(1)相互平行；

和/或，多个浮动压板(11)，均匀铺设在电池(12)的顶部；

和/或，所述弹簧(9)为矩形弹簧。

5.如权利要求2所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，上压板(3)和底板(1)上，分别设置有第一连接块(13)和第二连接块(15)；

第一连接块(13)在与驱动螺杆(14)相对应的位置，设置有螺孔；

底板(1)在与驱动螺杆(14)相对应的位置，设置有通孔；

驱动螺杆(14)的上端，与上压板(3)上的螺孔相螺纹连接；

驱动螺杆(14)的下端在垂直贯穿通过底板(1)上的通孔后，与一个螺母相螺纹连接。

6.如权利要求2所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，上压板(3)在与每个限位柱(2)相对应的位置，分别固定设置有一个锁紧螺母(16)；

每个锁紧螺母(16)中，垂直贯穿通过一个限位柱(2)的上侧导向部(201)；

锁紧螺母(16)与上侧导向部(201)之间为间隙配合。

7.如权利要求2所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，膨胀位移测量装置，包括传感器安装板(5)；

传感器安装板(5)位于上压板(3)的上方；

传感器安装板(5)在每个弹簧导向柱(10)的正上方，分别设置有一个膨胀位移检测机构；

每个胀位移检测机构，包括一个位移传感器(6)；

每个位移传感器(6)，分别与一个弹簧导向柱(10)正对应设置。

8.如权利要求7所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，传感器安装板(5)与上压板(3)和底板(1)相互平行；

和/或，位移传感器(6)与弹簧导向柱(10)同轴心。

9.如权利要求7所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，传感器安装板(5)的顶部，在与每个位移传感器(6)相对应的位置，分别设置有一个位移传感器夹持块(7)；

每个位移传感器夹持块(7)上设置的夹持块通孔中，垂直贯穿通过一个位移传感器(6)；

上压板(3)在与每个位移传感器(6)相对应的位置，分别设置有一个上压板通孔；

每个上压板通孔中，垂直贯穿通过一个位移传感器(6)；

上压板通孔与位移传感器(6)为间隙配合。

10.如权利要求2至9中任一项所述的电池的膨胀位移测试装置，其特征在于，所述电池的膨胀位移测试装置，还包括平行导向装置；

所述平行导向装置，包括至少一个直线滑轨(19)；

两个直线滑轨(19)，设置于上压板(3)和底板(1)的同一侧；

两个直线滑轨(19)上的滑块，分别通过一个滑轨连接块(18)与上压板(3)相连接。