CN221039131U - 一种评估软包电池耐压能力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池技术领域，公开了一种评估软包电池耐压能力的装置，包括底座、力传感器、压板、驱动结构及升降控制模块，力传感器与压板连接；力传感器与升降控制模块电连接，升降控制模块与驱动结构电连接，驱动结构与压板固定连接，用于驱动压板向底座的方向做下压或上抬运动，升降控制模块用于采集力传感器的力值，以及控制驱动结构的运动状态，通过驱动结构控制压板，与力传感器形成闭环回馈，锂离子电池膨胀或收缩，对力传感器挤压力增大或降低，将会由驱动结构控制位置模块上抬或下降，使得电池压力保持在预设值，同时又精准的记录了过程中的位移数据。

Description

一种评估软包电池耐压能力的装置

技术领域

本实用新型涉及到电池技术领域，特别涉及到一种评估软包电池耐压能力的装置。

背景技术

锂离子电池随着使用时间的延长，其在充放电过程中，由于电池中正负极材料发生结构破坏导致极片厚度膨胀以及电解液氧化分解产生气体，容易发生膨胀。电池膨胀会造成卷芯变形，电池极片与隔膜之间形成空洞，同时负极表面的SEI膜会发生破裂与重组，从而消耗电解液，使得循环性能变差。

因此，出于对电池的安全、可靠性和寿命考虑，动力电池在装配成模组时，需要使用模组端板、侧板对电池进行固定，将电池的空间进行限制。如果该空间设计过大，则浪费了有限的空间，空间利用率太低产品没有竞争力。如果如空间设计过小，初始时电池就受到了很大的束缚力，影响安全和电化学性能；同时随着电池使用时间增长，电池发生膨胀的情况下会受到端板、侧板作用力，如果压力过大的话，锂离子电池中的隔膜会受压产生闭孔，从而影响电芯性能。而且电池一旦膨胀超过了端板、侧板的强度，就会撑破模组，从而导致安全风险。

因此在设计电池以及模组时，需要对锂离子电池的耐压能力以及膨胀力的行为进行严密的测试，根据锂离子电池本身和隔膜的耐压特性，进行相匹配的设计，以避免安全和性能下降风险。现有技术中的测试方法和工装涵盖了电芯膨胀对模组端板的作用力不断增大的动态过程，与电芯本身循环恶化的综合结果，而力值的测量是变化的，无法精准的测量出真正使得电池隔膜闭孔导入性能、安全下降的临界压力值，因此需要一种评估软包电池耐压能力的装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供一种评估软包电池耐压能力的装置，旨在解决在测量电池临界压力值时由于电芯膨胀而无法精准测量的问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提出一种评估软包电池耐压能力的装置，包括底座、力传感器、压板、驱动结构及升降控制模块；

所述力传感器与所述压板连接；所述力传感器与所述升降控制模块电连接，所述升降控制模块与所述驱动结构电连接；

所述驱动结构与所述压板固定连接，用于驱动所述压板向所述底座的方向做下压或上抬运动；

所述升降控制模块用于采集所述力传感器的力值，以及控制所述驱动结构的运动状态。

进一步地，所述驱动结构包括动力组件和传动组件，所述动力组件与所述压板固定连接，所述动力组件与所述传动组件连接以驱动所述传动组件，使所述压板向所述底座的方向做下压或上抬运动。

进一步地，所述动力组件包括安装座和驱动件，所述驱动件固定安装于所述安装座，所述安装座与所述压板远离所述底座一侧固定连接，所述驱动件与传动组件连接。

所述驱动件为伺服电机。

进一步地，所述传动组件包括丝杆和丝杆螺母，所述丝杆贯穿所述压板与所述底座固定连接，所述丝杆螺母套接于所述丝杆，所述驱动件驱动所述丝杆螺母转动。

进一步地，所述传动组件还包括驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动件连接；所述丝杆螺母外侧周向设置有外齿，所述驱动齿轮与所述丝杆螺母的外齿啮合连接。

所述驱动件包括两个，对称设置在所述丝杆螺母的两侧。

进一步地，所述底座和所述压板之间设置有力传导夹板，所述力传导夹板滑动套接于所述丝杆。

进一步地，所述传动组件至少设有两组，两组所述传动组件关于所述压板中轴线对称设置。

进一步地，所述丝杆螺母内表面设置有螺纹，所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接。

进一步地，所述压板设置有安装槽，所述力传感器固定安装于所述安装槽内。

有益效果：

本实用新型的一种评估软包电池耐压能力的装置，包括底座、力传感器、压板、驱动结构及升降控制模块，所述力传感器与所述压板连接；所述力传感器与所述升降控制模块电连接，所述升降控制模块与所述驱动结构电连接，所述驱动结构与所述压板固定连接，用于驱动所述压板向所述底座的方向做下压或上抬运动，所述升降控制模块用于采集所述力传感器的力值，以及控制所述驱动结构的运动状态，通过驱动结构控制压板，与力传感器形成闭环回馈，如果锂离子电池膨胀，对力传感器挤压力增大，将会由驱动结构控制位置模块上抬，减小压力值直至压力回到预设值。如果锂离子电池收缩，对力传感器挤压力降低，将会由驱动结构控制压板下降，增大压力值直至压力回到预设值。始终使得锂离子电池压力保持在预设值，同时又精准的记录了过程中的位移数据。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的评估软包锂离子电池耐压能力的装置的主视图；

图2是本实用新型一实施例的评估软包锂离子电池耐压能力的装置的整体结构示意图；

其中：

1、底座；11、力传导夹板；2、压板；3、力传感器；

4、驱动结构；41、动力组件；411、驱动件；412、安装座；42、传动组件；421、丝杆螺母；422、驱动齿轮；423、丝杆；

5、升降控制模块；

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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装置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。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所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

在本实用新型的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1，本实用新型一实施例提供一种评估软包电池耐压能力的装置，包括底座1、力传感器3、压板2、驱动结构4及升降控制模块5；

所述力传感器3与所述压板2连接；所述力传感器3与所述升降控制模块电连接，所述升降控制模块5与所述驱动结构4电连接；

所述驱动结构4与所述压板2固定连接，用于驱动所述压板2向所述底座1的方向做下压或上抬运动；

所述升降控制模块用于采集所述力传感器3的力值，以及控制所述驱动结构4的运动状态。

评估软包锂离子电池耐压能力的装置包括底座1、力传感器3、压板2、驱动结构4及升降控制模块5；力传感器3设置在压板2朝向于底座1一侧与压板2固定连接；力传感器3与升降控制模块5电连接，升降控制模块5与驱动结构4电连接；驱动结构4与压板2固定连接，用于驱动压板2向底座1的方向做下压或上抬运动；升降控制模块5用于采集力传感器3的力值，并根据力值控制驱动结构4做下压或上抬运动，力传感器3将软包锂离子动力电池受到的压力传输至升降控制模块5后，升降控制模块5判断压力是否达到设定值，如果达到设定值则控制来控制驱动结构4停止运转，当该力值小于设定值时，升降控制模块5控制驱动结构4下压，当该力值大于设定值时，升降控制模块5控制驱动结构4上抬，以使软包锂离子动力电池受到得压力始终为设定值。在本申请中，驱动结构4可采用机械手或气缸等，带动压板2向上或向下运动，升降控制模块5为外接数据终端，压板2和底座1形状一致，均为规则矩形状。

这样设置的目的是可以调节锂离子电池受到不同的压力值，随着压力值增大，如果发现锂离子电池充放电能力发生明显下降时，即找到了隔膜受压闭孔，从而导致了锂离子电池内阻提升、性能下降的临界使用点；同时也可以进一步增大锂离子电池受到的压力值，当发现锂离子电池自放电开始显著增大时，即找到了隔膜被微小异物刺穿，从而导致锂离子电池安全性下降的临界使用点。

在一个实施例中，所述驱动结构4包括动力组件41和传动组件42，所述动力组件41与所述压板2固定连接，所述动力组件41与所述传动组件42连接以驱动所述传动组件42，使所述压板2向所述底座1的方向做下压或上抬运动。

参照图1和2，驱动结构4包括动力组件41和传动组件42，动力组件41与压板2固定连接，动力组件41与传动组件42连接，动力组件41驱动传动组件42做纵向位移运动，动力组件41通过驱动传动组件42使得带动压板2做上抬或下压运动。通过使用动力组件41和传动组件42的组合，实现精确的高压控制和连续稳定的工作，提高测试效率和可靠性评估的精度和准确性，缩短测试时间；本申请中，动力组件41可采用电机或气缸等结构驱动传动组件42做上抬或下压运动，传动组件42可采用齿轮、皮带或丝杆423等结构带动压板2上下运动。

在一个实施例中，所述动力组件41包括安装座412和驱动件411，所述驱动件411固定安装于所述安装座412，所述安装座412与所述压板2远离所述底座1一侧固定连接，所述驱动件411与传动组件42连接。

动力组件41包括驱动件411和安装座412，安装座412为环形柱体，固定安装在压板2的上表面，驱动件411固定安装在安装座412上，驱动件411与安装座412及压板2刚性连接，使得动力组件41的安装更加稳定。安装座412的设置提供了一个稳固的支撑结构，使得驱动件411稳固地安装在压板2上，这样可以避免驱动件411在工作过程中松动，确保其稳定性和可靠性。

在一个实施例中，所述驱动件411为伺服电机。

本申请中，驱动件411为伺服电机，伺服电机可以通过闭环反馈控制实现高精度的位置和速度控制。在电池耐压能力的装置中，伺服电机控制压板2运动，可以实现较高的压力精度，保证测试的准确性。

在一个实施例中，所述传动组件42包括丝杆423和丝杆螺母421，所述丝杆423贯穿所述压板2与所述底座1固定连接，所述丝杆螺母421套接于所述丝杆423，所述驱动件411驱动所述丝杆螺母421转动。

传动组件42包括丝杆423和丝杆螺母421，本申请中，丝杆423设置有四组，丝杆423贯穿压板2与底座1固定连接，丝杆螺母421套接于丝杆423，压板2和驱动结构4均套设在四组丝杆423上，驱动件411驱动丝杆螺母421在丝杆上传动，其中在本申请中丝杆423采用螺杆设置，设置四组丝杆423带动压板2上下运动的目的是实现压力的均匀分布。保证测试结果的准确性和可重复性，均匀施加的压力可以保证锂离子电池在测试过程中的稳定性，并减少不均匀施加压力可能造成的不确定因素。

在一个实施例中，所述丝杆螺母421内表面设置有螺纹，所述丝杆螺母421与所述丝杆423螺纹连接。

丝杆螺母421内表面设置有螺纹，丝杆螺母421与丝杆423螺纹连接，丝杆螺母421与丝杆423螺纹配合使得丝杆螺母421在丝杆423上运动，带动压板做上抬或下压动作。

在一个实施例中，所述传动组件42还包括驱动齿轮422，所述驱动齿轮422与所述驱动件411连接；所述丝杆螺母421外侧周向设置有外齿，所述驱动齿轮422与所述丝杆螺母421的外齿啮合连接。

传动组件42还包括驱动齿轮422，其中，丝杆螺母421外表面设置有螺纹与驱动齿轮422啮合连接，本申请中，驱动件411与安装座412及压板2刚性连接，驱动件411带动驱动齿轮422，驱动齿轮422传动丝杆螺母421在丝杆423上下方向运动，其中丝杆螺母421外表面与驱动齿轮422有卡齿配合传动。驱动齿轮422与丝杆423螺母421之间的连接是通过驱动齿轮422的内齿与丝杆423螺母421的外齿进行啮合实现的。当驱动齿轮422转动时，驱动齿轮422的内齿与丝杆423螺母421的外齿啮合，从而传递驱动力并将转动运动转化为丝杆423螺母421的直线上下运动，这样设计可以实现高效的转动到直线运动的转换，使得驱动齿轮422的旋转能够推动丝杆423螺母421进行上下移动，从而带动压板2做上下运动，本申请中采用丝杆423螺母421外齿与驱动齿轮422的内齿啮合连接的方式目的是实现较好的传动效率和稳定性，提高测量精度。

在一个实施例中，所述驱动件411包括两个，对称设置在所述丝杆螺母421的两侧。

本申请中，一组传动组件42对应两组驱动件411设置，动力组件41由安装座412和两组驱动件411组成，一组传动组件42由两组驱动件411共同驱动上下传动，驱动件411设置在丝杆螺母421两侧且关于丝杆螺母421的中轴线对称设置，设置两组驱动件411驱动传动组件42上下传动，目的是使得压板2在上下运动时始终保持平衡，施加均匀的压力，这是由于两组驱动件411可以相互配合，消除由于单一驱动产生的不均匀因素，同时两组驱动件411也可以提供更加稳固的支撑，有效地避免了振动等对测试结果所造成的影响，提高测试数据的准确性和可靠性。

在一个实施例中，所述底座1和所述压板2之间设置有力传导夹板11，所述力传导夹板11滑动套接于所述丝杆423。

底座1上设置有力传导夹板11，力传导夹板11套接在丝杆423上并且与丝杆423滑移连接，力传导夹板11可在底座1和压板2之间滑动，这样设置的目的是提高装置的灵活性，扩大可测范围；力传导夹板11设置的主要目的是贴近被测软包锂离子动力电池的表面，压板2下压时力传感器3与力传导夹板11贴合，力传感器3将软包锂离子动力电池受到的压力实时传输至升降控制模块5，目的是通过升降控制模块5判断力值，并根据力值控制驱动结构的运动状态。

在一个实施例中，所述传动组件42至少设有两组，两组所述传动组件42关于所述压板2中轴线对称设置。

本申请中，传动组件42设置有四组，每一组传动组件42都对应设置有动力组件41，传动组件42关于压板2的中轴心对称设置，设置多组的目的是，确保在测试过程中稳定且均匀地施加压力，提高测试精度，并确保得到准确的测试结果。此外，还可以提高测试效率，使得调整压板2更加快速和方便。

在一个实施例中，所述压板2设置有安装槽，所述力传感器3固定安装于所述安装槽内。

压板2设置有安装槽，力传感器3固定安装于安装槽内，使得力传感器3与压板2的连接更加稳固。

本申请在对将待测试的软包锂离子动力电池进行测量时，首先待测试的软包锂离子动力电池放置在底座1上的四个丝杆423之间，通过升降控制模块5控制驱动件411正转调节压板2下降，驱动件411与安装座412及压板2刚性连接，驱动件411带动驱动齿轮422，驱动齿轮422传动丝杆螺母421在丝杆423上下方向运动，其中丝杆螺母421外表面与驱动齿轮422有卡齿配合传动，内表面有螺纹配合在丝杆423上运动，压板2下压使得力传导夹板11贴近软包锂离子动力电池的表面，力传感器3将软包锂离子动力电池受到的压力实时传输至升降控制模块5，当软包锂离子动力电池受到的压力达到设定值时，升降控制模块5控制驱动件411暂时停止运转。此时软包锂离子动力电池可以开始进行充放电测试，在进行充放电测试的过程中，当软包锂离子动力电池随着测试的进行发生膨胀时，会对力传导夹板11产生作用力，力传感器3测得得压力会实时反馈给升降控制模块5，升降控制模块5根据压力控制驱动件411反转调节压板2上升，使软包锂离子动力电池受到得压力始终为设定值；由动力组件41控制传动组件42运动，与力传感器3形成闭环回馈，当锂离子电池膨胀时，对力传感器3挤压力也会增大，此时，将会由动力组件41控制传动组件42以带动压板2上抬，减小压力值直至压力回到设定值；如果锂离子电池收缩，对力传感器3挤压力降低，将会由动力组件41控制传动组件42以使得压板2下降，增大压力值直至压力回到设定值，使得锂离子电池压力保持在设定值，同时又精准的记录了过程中的位移数据。

这样设置不仅可以调节锂离子电池受到不同的压力值，随着压力值增大，如果发现锂离子电池充放电能力发生明显下降时，即找到了隔膜受压闭孔，从而导致了锂离子电池内阻提升、性能下降的临界使用点。同时可以进一步增大锂离子电池受到的压力值，当发现锂离子电池自放电开始显著增大时，即找到了隔膜被微小异物刺穿，从而导致锂离子电池安全性下降的临界使用点；在这个测试的过程中，可以发现在某一恒定压力下，本申请的装置可以精准测试锂离子电池厚度方向位移量，直至电芯寿命终止。这就是该锂离子电池在该压力下，最大的膨胀量，可定量化解决模组设计时锂离子电池的空间设计大小问题。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，包括底座、力传感器、压板、驱动结构及升降控制模块；

所述力传感器与所述压板连接；所述力传感器与所述升降控制模块电连接，所述升降控制模块与所述驱动结构电连接；

所述驱动结构与所述压板固定连接，用于驱动所述压板向所述底座的方向做下压或上抬运动；

所述升降控制模块用于采集所述力传感器的力值，以及控制所述驱动结构的运动状态。

2.根据权利要求1所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述驱动结构包括动力组件和传动组件，所述动力组件与所述压板固定连接，所述动力组件与所述传动组件连接以驱动所述传动组件，使所述压板向所述底座的方向做下压或上抬运动。

3.根据权利要求2所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述动力组件包括安装座和驱动件，所述驱动件固定安装于所述安装座，所述安装座与所述压板远离所述底座一侧固定连接，所述驱动件与传动组件连接。

4.根据权利要求3所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述驱动件为伺服电机。

5.根据权利要求3所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述传动组件包括丝杆和丝杆螺母，所述丝杆贯穿所述压板与所述底座固定连接，所述丝杆螺母套接于所述丝杆，所述驱动件驱动所述丝杆螺母转动。

6.根据权利要求5所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述传动组件还包括驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动件连接；所述丝杆螺母外侧周向设置有外齿，所述驱动齿轮与所述丝杆螺母的外齿啮合。

7.根据权利要求6所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述驱动件包括两个，对称设置在所述丝杆螺母的两侧。

8.根据权利要求5所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述底座和所述压板之间设置有力传导夹板，所述力传导夹板滑动套接于所述丝杆。

9.根据权利要求2所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述传动组件至少设有两组，两组所述传动组件关于所述压板中轴线对称设置。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的评估软包电池耐压能力的装置，其特征在于，所述压板设置有安装槽，所述力传感器固定安装于所述安装槽内。