一種鋰離子電池電‑熱‑機特性測試支架裝置及其應用的製作方法

2023-05-31 23:43:21 1

本發明涉及一種鋰離子電池測試裝置，尤其是涉及一種鋰離子電池電-熱-機特性測試支架裝置及其應用。

背景技術：

鋰離子電池由於其具有能量密度大、輸出電壓高、環境友好等特點，近年來在各個領域的應用越來越廣泛。鋰離子電池在電動汽車上作為動力能源，成為了電動汽車發展的一個新趨勢。但是，鋰離子電池的性能受溫度的影響很大，溫度過高及熱量分布不均勻會加速電池性能的衰退，降低電池的使用壽命，甚至可能產生熱失控引發安全問題。另一方面，由於充放電過程中鋰離子在電池正負極脫嵌與嵌入、電極產熱、電池副反應產氣等，導致電池在宏觀上發生形變，該形變直觀表現為電池厚度的變化，會對電池的使用性能及電池的成組使用產生影響。因此，準確地測量在複雜條件下(高倍率充放電、高溫工作環境、內部短路引起局部過熱、組件或電池故障等)鋰離子電池的溫度分布及形變量，對於電池的使用和安全設計具有重要的科學指導意義。

中國專利CN 103487761 A公開了一種鋰離子電池溫控測試裝置，包括底座和外殼，電池設置在底座與保護殼空腔之間，其正、負電極分別與置於測試線的測試端子連接，底座設有溫控繼電器，溫控繼電器包括溫度傳感器和測試線，溫度傳感器與電池相接，但該發明僅對溫度進行測試。目前的鋰離子電池形變測試裝置所採用的位移測量方法多基於接觸式位移傳感器，對所測對象影響較大，測量精度不夠高，還沒有可以同步採集電信號、溫度信號和位移形變信號的鋰離子電池測試裝置；另一方面，現有測試裝置普遍存在測點較少的問題，很難全面地反映鋰離子電池在充放電過程中整體的形變和溫度變化。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種鋰離子電池電-熱-機特性測試支架裝置及其應用，通過該測試支架裝置可以同步採集電信號、溫度信號和位移形變信號，能全面反映鋰離子電池在充放電過程中整體形變和溫度變化。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種鋰離子電池電-熱-機特性測試支架裝置，該裝置包括底座、電池正面支架、電池反面支架、用於安裝傳感器的傳感器面板以及固定傳感器面板的傳感器支架，所述的電池正面支架安裝在底座上，所述的電池反面支架連接在電池正面支架上，所述的傳感器支架通過傳感器支架固定塊安裝在底座上。

進一步地，所述的電池正面支架與底座之間、電池正面支架與電池反面支架之間、傳感器支架固定塊與底座之間、傳感器支架固定塊與傳感器支架之間、傳感器支架與傳感器面板之間，均通過螺栓和螺母固定連接。

進一步地，所述的電池正面支架垂直設在底座的中間，所述的底座上設有可調節電池正面支架安裝位置的長條形第一調節滑槽，第一調節滑槽的底座下表面設有沉槽，用以放置螺栓的頭部，使螺栓的頭部不超過所述裝置底座的下表面，確保了所述裝置可以水平放置。

進一步地，所述的電池正面支架與電池反面支架形狀相同，呈L型，電池正面支架與電池反面支架設有矩形缺口。

進一步地，所述的傳感器支架固定塊為L型，所述的底座上設有可調節傳感器支架固定塊安裝位置的長條形第二調節滑槽，第二調節滑槽的底座下表面設有沉槽，用以放置螺栓的頭部，使螺栓的頭部不超過所述裝置底座的下表面，確保了所述裝置可以水平放置，所述的傳感器支架固定塊設有與第二調節滑槽對應的第三調節滑槽。

進一步地，所述的傳感器支架通過傳感器支架固定塊垂直設在底座上，傳感器支架為U型，傳感器支架設有可調節傳感器面板安裝位置的第四調節滑槽。

進一步地，所述的傳感器支架固定塊以及傳感器支架成對對稱設置，所述的傳感器面板呈「凸」型，傳感器面板與電池正面支架以及電池反面支架平行，傳感器面板的表面設有插入傳感器的通孔。

進一步地，所述的底座的中間部分向外凸出，底座呈十字狀，凸起部分設有加長的第一調節滑槽，可以增大調節範圍。

將所述的測試裝置用於測試鋰離子電池，同步採集電信號、溫度信號和位移形變信號，使用時，將鋰離子電池固定在電池正面支架與電池反面支架上，將電渦流位移傳感器安裝在傳感器面板上，鋰離子電池連接熱電偶和充放電測試儀，電渦流位移傳感器與熱電偶連接信號調理儀，信號調理儀連接信號採集儀，信號採集儀連接工作站，進行示波和採樣。充放電測試儀的電流輸出端與鋰離子電池的正負極相連，用於給鋰離子電池充放電，同時監控電池端電壓，信號調理儀將電渦流位移傳感器和熱電偶的電信號調理為適合信號採集儀(DASP)採集的範圍，信號採集儀(DASP)採集到合適的電信號數據並在工作站上進行示波和處理。

本發明測試裝置設置了多個調節滑槽，方便調節固定安裝的位置，使裝置具有可擴展性和通用性，可適應不同結構電池的測試需求；裝置設置傳感器面板，傳感器面板上設置多個用於安置傳感器的通孔，可同時安裝多個測試設備，可同時採集電信號、溫度信號和位移形變信號，能全面反映鋰離子電池在充放電過程中整體形變和溫度變化，解決普遍存在測點較少的問題，測試結果能夠更加全面地反映所測鋰離子電池的溫度及位移變化情況，所得數據具有更高的價值；裝置使用時，採用電渦流位移傳感器代替接觸式位移傳感器，提高測試精度，使測試結果更加準確，測試方案更加完備。

與現有技術相比，本發明主要有以下優點：

(1)本發明測試時採用電渦流位移傳感器代替了接觸式位移傳感器，使得位移測量精度能達到0.1μm，大大提高了測試精度，避免了接觸式傳感器對測試系統的影響，是一種更完備的測試方案。

(2)本發明裝置設置了多種傳感器的固定位置，可進行電信號、溫度信號和位移形變信號的同步採集，可以獲取電池在充放電過程中的特性變化，進而綜合分析電-熱-機多物理場耦合特性。

(3)本發明裝置設置的傳感器面板，可以靈活布置傳感器測點，全面地捕捉鋰離子電池在充放電過程中的溫度及位移的整體分布情況，對於電池的性能分析和故障診斷具有重要意義。

(4)本發明裝置結構設置了多個調節滑槽，可滿足不同結構電池的測試需求；本發明不僅能滿足電池常規功率、內阻特性測試，還能實現電-熱-機耦合特性測試，同時，配合其他物理量測試裝置，亦可實現散熱流場、磁場下電池特性測試。因此，本裝置具有通用性和可擴展性。

附圖說明

圖1為本發明實施例測試裝置的爆炸示意圖；

圖2為本發明實施例測試裝置的結構示意圖；

圖3為本發明實施例傳感器面板的結構示意圖；

圖4為本發明實施例測試裝置使用的工作過程示意圖；

圖5為本發明實施例同步採集的電信號、位移形變信號和溫度信號的曲線圖；

圖中：101-裝置底座；1011-第一調節滑槽；1012-第二調節滑槽；102-電池正面支架；1021-第一通孔；1022-第二通孔；103-電池反面支架；1031-第三通孔；104-傳感器支架固定塊；1041-第四通孔；1042-第三調節滑槽；1043-第五通孔；105-傳感器支架；1051-第六通孔；1052-第四調節滑槽；106-傳感器面板；1061-第七通孔；1062-傳感器置入孔；107-M1螺栓；108-M10螺母；109-M8螺栓；110-M8螺母。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步說明，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例，所舉實例只用於解釋本發明專利，並非用於限定本發明的範圍。本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點和功效，本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

參閱圖1及圖2，一種鋰離子電池電-熱-機特性測試支架裝置，包括：裝置底座101、電池正面支架102、電池反面支架103、傳感器支架固定塊104、傳感器支架105、傳感器面板106；裝置底座101的上表面由中央位置至外圍依次設有第一調節滑槽1101及第二調節滑槽1102，第一調節滑槽1101為長條形，電池正面支架102通過第一調節滑槽1101固定在裝置底座101的上表面，傳感器支架固定塊104通過第二調節滑槽1102固定在裝置底座101的上表面。

第一調節滑槽1101可進行加長，可以使測試的鋰離子電池的位置獲得更大的調節空間。裝置底座101的中間部分向外加長，使整個底座呈十字狀，凸起部分設有加長的第一調節滑槽1101；裝置底座101的下表面在第一調節滑槽1101、第二調節滑槽1102周圍均有沉槽，用以放置M10螺栓107的頭部，使螺栓的頭部不超過裝置底座101的下表面，確保了裝置底座可以水平放置。

電池正面支架102為L型，底面設有直徑與第一調節滑槽1101寬度相等的第一通孔1021，用於將支架固定在裝置底座101上，側面設有第二通孔1022。電池反面支架103直接與電池正面支架102固定即可，無需再與裝置底座101直接連接，避免冗餘約束。電池反面支架103為L型，側面設有與第二通孔1022寬度相等的第三通孔1031；電池反面支架103通過第三通孔1031和第二通孔1022固定在電池正面支架102的後面。

傳感器支架固定塊104為L型，底面設有直徑與第二調節滑槽1102相等的第四通孔1041以及寬度與第二調節滑槽1102的直徑相等的長條形第三調節滑槽1042，側面設有第五通孔1043；傳感器支架固定塊104通過第三調節滑槽1042來調節其相對於電池支架的左右位置。傳感器支架105為U型，設有直徑與第五通孔1043相等的第六通孔1051，正面設有長條形的第四調節滑槽1052；傳感器支架105通過第六通孔1051和第五通孔1043固定在傳感器支架固定塊104上。

參閱圖3，傳感器面板應同時滿足所安裝傳感器與用於測試的鋰離子電池之間的距離要求以及傳感器數量要求。傳感器面板106為兩端向外翻折的U形，底面設有直徑與第四調節滑槽1052的寬度相等的第七通孔1061；傳感器面板106的上表面設有9個插入傳感器的傳感器置入孔1062。電池正面支架102的橫向位置可自由調節，電池正面支架102與裝置底座101的相對位置可沿第一調節滑槽1101調節，調節至合適位置後緊固螺栓螺母以固定電池正面支架102的位置。傳感器支架105的橫向位置與縱向位置應可自由調節，傳感器支架固定塊104與裝置底座101的相對位置可沿第三調節滑槽1042調節，調節至合適位置後緊固螺栓螺母以固定傳感器支架固定塊104和傳感器支架105的位置。

參照圖4，使用本發明進行鋰離子電池電-熱-機特性測試支架，具體步驟如下：

S1：取一定數量的電渦流位移傳感器，安裝在傳感器面板上的傳感器置入孔中，由於電渦流傳感器只能探測到金屬對象，因此需要在用於測試的鋰離子電池的兩側對應傳感器置入孔的位置上貼上厚度均勻的薄鐵片，調節電渦流位移傳感器，使其與薄鐵片的相對距離為1.8mm～2.0mm之間；

S2：取一定數量的熱電偶，用矽膠片將其貼在用於測試的鋰離子電池的兩側合適的位置上；

S3：將各儀器設備進行安裝連接，即：充放電測試儀的電流輸出端與用於測試的鋰離子電池的正負極相連，用於給鋰離子電池充放電，同時監控電池端電壓；電渦流位移傳感器以及熱電偶與信號調理儀的輸入端連接，信號調理儀的輸出端連接到信號採集儀(DASP)，信號採集儀的輸出信號連接到工作站進行示波和採樣；

S4：接通測試系統的電源，對傳感器的安裝位置進行調整直到符合安裝規範；

S5：在控制充放電測試儀的工作站上設置好所需的試驗參數，即對所測鋰離子電池的充放電循環過程(包括恆流充電，恆壓充電，橫流放電，擱置的電壓、電流、時間等)，點擊開始實驗。在連接DASP的工作站上設置好位移和溫度信號的採樣頻率等參數，點擊開始採樣。注意採樣應和充放電循環同時開始；

S6：實驗結束後，存儲採集的實驗數據用於分析，圖5為同步採集的電信號、位移形變信號和溫度信號的曲線圖。

可通過更換電池支架102和103，可實現對不同尺寸方形電池的測試。

上述實施例僅示例性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾和改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。