一種電池表面膨脹位移檢測裝置和檢測方法與流程
2024-04-13 10:47:05
1.本發明涉及新能源電池檢測設備技術領域，特別涉及一種電池表面膨脹位移檢測裝置和檢測方法。
背景技術：
2.鋰電池具有的高功率密度、高能量密度和低自放電率等優點使其成為了從小型可攜式電子設備到大規模儲能系統等各種應用的理想選擇。但隨著電池充放電的次數增加，電池由於內部膨脹力的原因會發生大變形，很容易發生電解液洩露，甚至是電池燃燒、爆炸等風險，嚴重威脅使用者的生命安全，因此，獲得電池在長時間工作後表面膨脹過程中的膨脹力和膨脹位移，為結構研發提供數據支持尤為重要。
3.在相關技術中，對於形狀為方形的鋁殼鋰電池，通常採用在電池外殼的兩個大面上設置平直的板材進行夾持，通過在板材上設置應變片與電池外殼進行接觸並同時進行電池的充放電。利用貼合的應變片以及傳感器獲取電池外殼因受到內部電芯的膨脹影響而產生的表面位移、應力和應變，從而對整個電池表面的膨脹力和應變進行統計和估算。
4.採用相關技術中的檢測方式，由於應變片與電池外殼的接觸面積有限，在檢測時通常僅能夠獲取電池膨脹過程中形變程度最大處的膨脹位移、應力和應變，而獲取的數據往往直接作為整個電池外殼表面的膨脹力和應變。或者通過投入更多的應變片材料及加固件對電池外殼進行多次夾持和數據檢測，並將多次檢測的膨脹合力等效為變形最大處的應力值。以上檢測數據均無法準確反映電池在膨脹過程中外殼表面各處的準確是適應力，檢測數據的偏差較大，準確性和參考性低。
技術實現要素：
5.本發明實施例提供了一種電池表面膨脹位移檢測裝置和檢測方法，能夠準確採集鋰電池充放電時表面各處的膨脹位移和實時應力，提高檢測結果的準確性和參考性。所述技術方案如下：
6.第一方面，本發明實施例提供了一種電池表面膨脹位移檢測裝置，包括：夾持組件和檢測組件，
7.所述夾持組件包括第一端板、第二端板和連接結構，所述第一端板和所述第二端板平行間隔布置，所述第一端板和所述第二端板通過所述連接結構固定連接；
8.所述檢測組件包括兩個檢測部，所述檢測部包括夾持塊和多個杆狀探頭，所述夾持塊具有抵接面，所述抵接面上設置有多個探測孔，所述多個探測孔呈蜂窩狀布置，所述探測孔內設置有應變傳感器，所述多個杆狀探頭一一對應安裝於所述多個探測孔中，所述杆狀探頭的一端凸出布置於所述探測孔外，所述杆狀抬頭的另一端與所述應變傳感器抵接，所述兩個檢測部設置於所述第一端板和所述第二端板之間，所述兩個檢測部通過所述連接結構分別與所述第一端板和所述第二端板連接，所述兩個檢測部的所述抵接面相對布置。
9.可選地，所述杆狀探頭包括探測杆、緩衝彈簧和抵接塊，所述緩衝彈簧與所述探測
杆同軸且一端與所述探測杆的一端連接，所述緩衝彈簧的另一端與所述抵接塊連接，所述抵接塊與所述應變傳感器相抵接。
10.可選地，所述探測杆的另一端呈半球形。
11.可選地，所述抵接面上設置有圓弧凹面，所述多個探測孔均布置於所述圓弧凹面上。
12.可選地，所述夾持塊的側端面上設置有插接槽，所述插接槽與所述多個探測孔連通，所述應變傳感器呈薄膜狀，所述應變傳感器插裝於所述插接槽中。
13.可選地，所述連接結構包括螺紋連杆和調節彈簧，所述螺紋連杆穿設於所述兩個檢測部的所述夾持塊中，所述螺紋連杆的兩端通過螺母與所述第一端板和所述第二端板固定連接，所述調節彈簧設置有多個，多個所述調節彈簧均套設於所述螺紋連杆上，多個所述調節彈簧分別位於第一端板和所述夾持塊之間、所述兩個檢測部的所述夾持塊之間以及所述夾持塊和所述第二端板之間。
14.可選地，所述連接結構包括四個所述螺紋連杆，四個所述螺紋連杆呈矩形陣列布置於所述第一端板和所述第二端板之間。
15.可選地，所述電池表面膨脹位移檢測裝置還包括上電池夾板和下電池夾板，所述上電池夾板和所述下電池夾板平行間隔布置，所述上電池夾板的兩端分別與四個所述螺紋連杆的其中兩個連接，所述下電池夾板的兩端分別與四個所述螺紋連杆的其中另外兩個連接，所述上電池夾板和所述下電池夾板位於所述兩個檢測部之間。
16.可選地，所述電池表面膨脹位移檢測裝置還包括導向杆，所述導向杆與所述螺紋連杆平行，所述導向杆的兩端分別與所述第一端板和所述第二端板可拆卸連接，所述兩個檢測部的所述夾持塊的一側端面上設置有與所述導向杆相匹配的導向槽，所述夾持塊通過所述導向槽與所述導向杆可滑動地配合連接。
17.第二方面，本發明實施例還提供了一種檢測方法，基於前述第一方面所述的電池表面膨脹位移檢測裝置實現，該檢測方法包括：
18.對夾持組件進行拆卸，將所述第一端板和其中一個所述檢測部與所述連接結構拆卸分離；
19.將電池設置於所述兩個檢測部之間，利用所述兩個檢測部的所述夾持塊的抵接面與所述電池的相對兩側面相抵接；
20.利用所述連接結構對所述第一端板、所述第二端板和兩個所述檢測部進行連接，利用所述第一端板和所述第二端板對所述兩個檢測部進行固定，以將所述電池夾持固定與所述兩個檢測部之間；
21.對所述電池進行充放電操作，利用所述多個探測孔中的所述多個杆狀探頭對所述電池表面的膨脹位移進行感應，並利用應變傳感器對所述電池對應部位的形變和應變進行探測。
22.本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果至少包括：
23.採用本發明實施例所提供的電池表面膨脹位移檢測裝置，在組裝時可以利用夾持組件和檢測組件配合對電池的外殼進行裝夾。在進行電池的充放電，當電池的外殼因內部電芯膨脹而對應產生膨脹位移時，其發生形變的部位即會對一端與之接觸的杆狀探頭產生壓力。在該壓力的作用下，杆狀探頭會向探測孔內部移動並對設置於探測孔中的應變傳感
器產生壓力，此時相應探測孔中的應變傳感器即可實時獲得電池外殼側面在充放電過程中對應位置所產生的形變量和應變。而通過在夾持塊的抵接面上呈蜂窩狀地布置多個探測孔，在電池外殼兩側的不同抵接部位發生膨脹位移時，檢測裝置均能通過對應位置設置的杆狀探頭和應變傳感器進行實時探測，能夠準確採集鋰電池充放電時表面各處的膨脹位移和實時應力，進而提高檢測結果的準確性和參考性。
附圖說明
24.為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
25.圖1是本發明實施例提供的電池表面膨脹位移檢測裝置的立體結構爆炸圖；
26.圖2是本發明實施例提供的檢測部的立體結構爆炸圖；
27.圖3是本發明實施例提供的杆狀探頭的立體結構示意圖；
28.圖4是本發明實施例提供的檢測部的剖視結構示意圖；
29.圖5是本發明實施例提供的一種檢測方法的流程圖。
30.圖中：
31.1-夾持組件；2-檢測組件；11-第一端板；12-第二端板；13-連接結構；21-檢測部；131-螺紋連接；132-調節彈簧；133-螺母；134-上電池夾板；135-下電池夾板；136-導向杆；211-夾持塊；212-杆狀探頭；213-應變傳感器；2111-抵接面；2112-探測孔；2113-圓弧凹面；2114-插接槽；2115-導向槽；2121-探測杆；2122-緩衝彈簧；2123-抵接塊。
具體實施方式
32.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
33.在相關技術中，對於形狀為方形的鋁殼鋰電池，通常採用在電池外殼的兩個大面上設置平直的板材進行夾持，通過在板材上設置應變片與電池外殼進行接觸並同時進行電池的充放電。利用貼合的應變片以及傳感器獲取電池外殼因受到內部電芯的膨脹影響而產生的表面位移、應力和應變，從而對整個電池表面的膨脹力和應變進行統計和估算。
34.採用相關技術中的檢測方式，由於應變片與電池外殼的接觸面積有限，在檢測時通常僅能夠獲取電池膨脹過程中形變程度最大處的膨脹位移、應力和應變，而獲取的數據往往直接作為整個電池外殼表面的膨脹力和應變。或者通過投入更多的應變片材料及加固件對電池外殼進行多次夾持和數據檢測，並將多次檢測的膨脹合力等效為變形最大處的應力值。以上檢測數據均無法準確反映電池在膨脹過程中外殼表面各處的準確是適應力，檢測數據的偏差較大，準確性和參考性低。
35.圖1是本發明實施例提供的電池表面膨脹位移檢測裝置的立體結構爆炸圖。圖2是本發明實施例提供的檢測部的立體結構爆炸圖。圖3是本發明實施例提供的杆狀探頭的立體結構示意圖。圖4是本發明實施例提供的檢測部的剖視結構示意圖。如圖1至4所示，通過實踐，本技術人提供了一種電池表面膨脹位移檢測裝置，包括夾持組件1和檢測組件2。
36.其中，夾持組件1包括第一端板11、第二端板12和連接結構13，第一端板11和第二端板12平行間隔布置，第一端板11和第二端板12通過連接結構13固定連接。
37.檢測組件2包括兩個檢測部21，檢測部21包括夾持塊211和多個杆狀探頭212。夾持塊211具有抵接面2111，抵接面2111上設置有多個探測孔2112，多個呈蜂窩狀布置，探測孔2112內設置有應變傳感器213。多個杆狀探頭212一一對應安裝於多個探測孔2112中，杆狀探頭212的一端凸出布置於探測孔2112外，杆狀抬頭的另一端與應變傳感器213抵接。兩個檢測部21設置於第一端板11和第二端板12之間，兩個檢測部21通過連接結構13分別與第一端板11和第二端板12連接，兩個檢測部21的抵接面2111相對布置。
38.在本發明實施例中，在需要進行電池外殼表面的膨脹位移檢測時，首先對夾持組件1進行拆卸，將第一端板11和其中一個檢測部21與連接結構13拆卸分離。之後將電池設置於兩個檢測部21之間，利用兩個檢測部21的夾持塊211的抵接面2111與電池的相對兩側面相抵接。此時在每個檢測部21中，設置於探測孔2112中的杆狀探頭212由抵接面2111伸出探測孔2112的一端會同時與電池的外殼側面相接觸。之後，對夾持組件1和檢測部21進行重新組裝，利用連接結構13對第一端板11、第二端板12和兩個檢測部21進行連接，利用第一端板11和第二端板12對兩個檢測部21進行固定，以將電池夾持固定與兩個檢測部21之間，完成電池的裝夾。最後，對電池進行充放電操作，利用多個探測孔2112中的多個杆狀探頭212對電池表面的膨脹位移進行感應，並利用應變傳感器213對電池對應部位的形變和應變進行探測。當電池的外殼因內部電芯膨脹而對應產生膨脹位移時，其發生形變的部位即會對一端與之接觸的杆狀探頭212產生壓力。在該壓力的作用下，杆狀探頭212會向探測孔2112內部移動並對設置於探測孔2112中的應變傳感器213產生壓力，此時相應探測孔2112中的應變傳感器213即可實時獲得電池外殼側面在充放電過程中對應位置所產生的形變量和應變。而通過在夾持塊211的抵接面2111上呈蜂窩狀地布置多個探測孔2112，在電池外殼兩側的不同抵接部位發生膨脹位移時，檢測裝置均能通過對應位置設置的杆狀探頭212和應變傳感器213進行實時探測，能夠準確採集鋰電池充放電時表面各處的膨脹位移和實時應力，進而提高檢測結果的準確性和參考性。
39.可選地，杆狀探頭212包括探測杆2121、緩衝彈簧2122和抵接塊2123，緩衝彈簧2122與探測杆2121同軸且一端與探測杆2121的一端連接，緩衝彈簧2122的另一端與抵接塊2123連接，抵接塊2123與應變傳感器213相抵接。示例性地，在本發明實施例中，處於常規狀態下的杆狀探頭212，其緩衝彈簧2122處於自由狀態，連接於緩衝彈簧2122的一端的抵接塊2123位於探測孔2112內部且與應變傳感器213正常接觸。而當與抵接面2111接觸的電池外殼產生膨脹位移時，電池外殼發生膨脹形變的部位即會將探測杆2121的伸出端擠入探測孔2112內部，緩衝彈簧2122受到擠壓後將應力通過抵接塊2123傳遞到應變傳感器213上，通過應變傳感器213的數值對膨脹位移和實時應力數據進行反饋。在受到擠壓時，緩衝彈簧2122受到擠壓收縮時能夠在傳遞應力的同時改變探測杆2121的整體長度，避免因反覆受到電池外殼的膨脹壓力而產生彎折變形，或者將內部的應變傳感器213頂壞；而在檢測完成，電池外殼復原或者將電池取下後，杆狀探頭212即會在緩衝彈簧2122的彈力作用下恢復到正常長度，實現自動復位，提高了電池表面膨脹位移檢測裝置的整體使用壽命和實用性。
40.可選地，探測杆2121的另一端呈半球形。示例性地，在本發明實施例中，探測杆2121伸出探測孔2112外的另一端呈半球形，其通過圓弧狀的弧頂與電池外殼接觸，在實現
接觸與力的傳遞的基礎上，接觸面平滑，避免與電池外殼發生剮蹭，進一步提高了電池表面膨脹位移檢測裝置的整體使用壽命。
41.可選地，抵接面2111上設置有圓弧凹面2113，多個探測孔2112均布置於圓弧凹面2113上。示例性地，在本發明實施例中，通過在抵接面2111上設置一具有一定內凹弧度的圓弧凹面2113，可以作為預留的緩衝間隙，為電池外殼的膨脹形變留出餘量。避免在電池外殼產生膨脹的過程中直接與抵接面2111發生硬接觸，進一步提高了電池表面膨脹位移檢測裝置的整體使用壽命。
42.可選地，夾持塊211的側端面上設置有插接槽2114，插接槽2114與多個探測孔2112連通，應變傳感器213呈薄膜狀，應變傳感器213插裝於插接槽2114中。示例性地，在本發明實施例中，對應多個探測孔2112的應變傳感器213採用呈薄膜狀的一體板式結構，在需要進行檢測時直接將呈薄膜狀的應變傳感器213由夾持塊211的側端面插裝到插接槽2114中進行安裝固定。多個探測孔2112中的杆狀探頭212在受到膨脹擠壓後均可直接與應變傳感器213進行直接接觸，無需對應每個探測孔2112均一一對應在內部單獨設置應變傳感器213，便於更換和拆卸維護，進一步提高了電池表面膨脹位移檢測裝置的實用性。
43.可選地，連接結構13包括螺紋連杆131和調節彈簧132，螺紋連杆131穿設於兩個檢測部21的夾持塊211中，螺紋連杆131的兩端通過螺母133與第一端板11和第二端板12固定連接，調節彈簧132設置有多個，多個調節彈簧132均套設於螺紋連杆131上，多個調節彈簧132分別位於第一端板11和夾持塊211之間、兩個檢測部21的夾持塊211之間以及夾持塊211和第二端板12之間。示例性地，在本發明實施例中，位於兩端的第一端板11和第二端板12通過垂直設置於兩者之間的螺紋連杆131連接，螺紋連杆131的兩端分別穿設於第一端板11和第二端板12上對應的安裝孔中，並通過螺母133緊固連接。而同樣穿設於螺紋連杆上，並位於第一端板11和第二端板12之間的兩個夾持塊211，則通過第一端板11和夾持塊211之間、兩個檢測部21的夾持塊211之間以及夾持塊211和第二端板12之間的多個調節彈簧132進行限位，通過調節彈簧132進行抵接和相互之間的限位分隔，以實現相互之間的位置固定，結構簡單，拆裝替換方便。
44.可選地，連接結構13包括四個螺紋連杆131，四個螺紋連杆131呈矩形陣列布置於第一端板11和第二端板12之間。示例性地，在本發明實施例中，第一端板11、第二端板12和夾持塊211均為外部輪廓為正方體的結構，通過在四角均設置穿設連接的螺紋連杆131，整體連接結構穩定，提高了電池表面膨脹位移檢測裝置的裝配穩定性。
45.可選地，電池表面膨脹位移檢測裝置還包括上電池夾板134和下電池夾板135，上電池夾板134和下電池夾板135平行間隔布置，上電池夾板134的兩端分別與四個螺紋連杆131的其中兩個連接，下電池夾板135的兩端分別與四個螺紋連杆131的其中另外兩個連接，上電池夾板134和下電池夾板135位於兩個檢測部21之間。示例性地，在本發明實施例中，通過在兩個檢測部21之間的螺紋連杆131上額外穿設上電池夾板134和下電池夾板135。在進行電池的裝夾固定時，上電池夾板134和下電池夾板135可以由上下兩側對設置於兩個檢測部21之間的電池進行限位固定，避免電池在檢測時在平行於抵接面2111的方向上出現相對晃動，進一步提高電池表面膨脹位移檢測裝置的裝配穩定性和檢測精確度。
46.可選地，電池表面膨脹位移檢測裝置還包括導向杆136，導向杆136與螺紋連杆131平行，導向杆136的兩端分別與第一端板11和第二端板12可拆卸連接，兩個檢測部21的夾持
塊211的一側端面上設置有與導向杆136相匹配的導向槽2115，夾持塊211通過導向槽2115與導向杆136可滑動地配合連接。示例性地，在本發明實施例中，除了利用螺紋連杆131對第一端板11和第二端板12進行連接，在第一端板11和第二端板12的側端面還可以增設導向杆136進行額外的連接加固。而導向杆136除了利用兩端和第一端板11和第二端板12螺栓連接以外，通過在夾持塊211的側端面上設置導向槽2115與導向杆136相配合，在利用兩個夾持塊211對電池進行夾持與抵接固定時，夾持塊211可以導向杆136的導向下進行移動，使抵接面2111能夠準確與電池的外殼相貼合，進一步提高了電池表面膨脹位移檢測裝置的裝配穩定性。
47.圖5是本發明實施例提供的一種檢測方法的流程圖。如圖5所示，本發明實施例還提供了一種檢測方法，適用於如圖1至圖4所示的電池表面膨脹位移檢測裝置，該檢測方法包括：
48.s1、對夾持組件1進行拆卸，將第一端板11和其中一個檢測部21與連接結構13拆卸分離。
49.s2、將電池設置於兩個檢測部21之間，利用兩個檢測部21的夾持塊的抵接面2111與電池的相對兩側面相抵接。
50.s3、利用連接結構13對第一端板11、第二端板12和兩個檢測部21進行連接，利用第一端板11和第二端板12對兩個檢測部21進行固定，以將電池夾持固定與兩個檢測部21之間。
51.s4、對電池進行充放電操作，利用多個探測孔2112中的多個杆狀探頭212對電池表面的膨脹位移進行感應，並利用應變傳感器213對電池對應部位的形變和應變進行探測。
52.具體地，採用本發明實施例所提供的電池表面膨脹位移檢測裝置和檢測方法。在需要進行電池外殼表面的膨脹位移檢測時，首先對夾持組件1進行拆卸，將第一端板11和其中一個檢測部21與連接結構13拆卸分離。之後將電池設置於兩個檢測部21之間，利用兩個檢測部21的夾持塊211的抵接面2111與電池的相對兩側面相抵接。此時在每個檢測部21中，設置於探測孔2112中的杆狀探頭212由抵接面2111伸出探測孔2112的一端會同時與電池的外殼側面相接觸。之後，對夾持組件1和檢測部21進行重新組裝，利用連接結構13對第一端板11、第二端板12和兩個檢測部21進行連接，利用第一端板11和第二端板12對兩個檢測部21進行固定，以將電池夾持固定與兩個檢測部21之間，完成電池的裝夾。最後，對電池進行充放電操作，利用多個探測孔2112中的多個杆狀探頭212對電池表面的膨脹位移進行感應，並利用應變傳感器213對電池對應部位的形變和應變進行探測。當電池的外殼因內部電芯膨脹而對應產生膨脹位移時，其發生形變的部位即會對一端與之接觸的杆狀探頭212產生壓力。在該壓力的作用下，杆狀探頭212會向探測孔2112內部移動並對設置於探測孔2112中的應變傳感器213產生壓力，此時相應探測孔2112中的應變傳感器213即可實時獲得電池外殼側面在充放電過程中對應位置所產生的形變量和應變。而通過在夾持塊211的抵接面2111上呈蜂窩狀地布置多個探測孔2112，在電池外殼兩側的不同抵接部位發生膨脹位移時，檢測裝置均能通過對應位置設置的杆狀探頭212和應變傳感器213進行實時探測，能夠準確採集鋰電池充放電時表面各處的膨脹位移和實時應力，進而提高檢測結果的準確性和參考性。
53.除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有
一般技能的人士所理解的通常意義。本發明專利申請說明書以及權利要求書中使用的「第一」、「第二」以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。同樣，「一個」或者「一」等類似詞語也不表示數量限制，而是表示存在至少一個。「包括」或者「包含」等類似的詞語意指出現在「包括」或者「包含」前面的元件或者物件涵蓋出現在「包括」或者「包含」後面列舉的元件或者物件及其等同，並不排除其他元件或者物件。「連接」或者「相連」等類似的詞語並非限定於物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。「上」、「下」、「左」、「右」等僅用於表示相對位置關係，當被描述對象的絕對位置改變後，則所述相對位置關係也可能相應地改變。
54.以上所述僅為本發明的可選實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。