一種電池安全失效模擬測試工裝的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電池安全測試夾具，尤其涉及一種電池安全失效模擬測試工裝。該模擬測試工裝包括底擋板、紅外攝像機、壓力桿、導軌、步進電機、工裝控制端和有機玻璃板,其中底擋板、步進電機和兩塊有機玻璃板分別固定在工裝控制端上，四根導軌的一端分別固定在底擋板的側(cè)面，四根導軌的另一端分別穿過其中一塊有機玻璃板后固定在另一塊有機玻璃板的側(cè)面，紅外攝像機嵌入在一塊有機玻璃板的內(nèi)側(cè)面，壓力桿的后端固定在步進電機的驅(qū)動軸上，壓力桿的前端穿過兩塊有機玻璃板，在對應底擋板側(cè)面的中心位置設(shè)有刺針孔。該測試工裝結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，數(shù)據(jù)直觀有效，在對電池安全等級研究和評估中有著很大的實用意義。
【專利說明】一種電池安全失效模擬測試工裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及電池安全測試夾具，尤其涉及一種電池安全失效模擬測試工裝。

【背景技術(shù)】
[0002] 在民用電池中，有鋅錳干電池、堿性干電池、氧化銀電池、鉛蓄電池及鎳鎘可充電 電池等。20世紀80年代中期開始，由于音頻和視頻等裝置的便攜化、小型化，促進了作為電 源的電池從干電池向可充電電池的過渡，同時促進了燃料電池、鋰離子電池的開發(fā)和發(fā)展。 在這樣的背景下，1990年開發(fā)出新型高性能可充電電池一商業(yè)的鋰離子可充電電池（以下 稱鋰離子電池)。鋰離子電池廣泛應用在家用錄像機、照相機、筆記本電腦、手機等產(chǎn)品上， 同時隨著電池容量越來越大，電池的安全性問題逐漸凸顯出來，因此對鋰離子電池進行安 全研究和評價就十分重要，急需一種能進行安全性能量化試驗工裝，來精細化研究電池安 全級別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型的目的是設(shè)計一種全新的電池安全失效模擬測試工裝，它是一種新的 鋰離子電池安全測試夾具，通過對夾具的功能性設(shè)計，實現(xiàn)鋰離子電池安全性能測試，評估 電池安全性，對電池安全失效機理進行研究，對鋰離子電池進行設(shè)計改善，提升電池的安全 性能。本工裝可進行擠壓、針刺安全項目測試，同時可進行消費類電子產(chǎn)品、動力電池、儲 能電池、鎳氫電池、燃料電池、鉛酸電池進行模擬濫用測試。
[0004] 本實用新型采取的技術(shù)方案是：一種電池安全失效模擬測試工裝，其特征在于： 包括底擋板、紅外攝像機、壓力桿、導軌、步進電機、工裝控制端和有機玻璃板，其中底擋 板、步進電機和兩塊有機玻璃板分別固定在工裝控制端上，四根導軌的一端分別固定在底 擋板的側(cè)面，四根導軌的另一端分別穿過其中一塊有機玻璃板后固定在另一塊有機玻璃板 的側(cè)面，紅外攝像機嵌入在一塊有機玻璃板的內(nèi)側(cè)面，壓力桿的后端安裝在步進電機的驅(qū) 動軸上，壓力桿的前端穿過兩塊有機玻璃板，在對應底擋板側(cè)面的中心位置設(shè)有刺針孔。
[0005] 本實用新型的有益效果是：運用該測試工裝，可以對鋅錳干電池、堿性干電池、氧 化銀電池、鉛蓄電池、鎳鎘可充電電池、鋰離子電池等消費電子產(chǎn)品電池以及動力電池、儲 能電池進行安全性能評估，進行安全失效機理研究，特別是進行動力電池和儲能電池熱失 效模式研究，找出大電池的熱失效模式，針對電池材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計，工藝設(shè)計進行優(yōu)化，提升 電池設(shè)計合理性和電池安全等級。該測試工裝采用紅外熱成像技術(shù)，實時監(jiān)測電池失效過 程熱量產(chǎn)生的量，通過電池失效產(chǎn)熱理論計算，為電池安全失效理論研究提供直接的數(shù)據(jù) 支持。該測試工裝結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，數(shù)據(jù)直觀有效，在對電池安全等級研究和評估中有 著很大的實用意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本實用新型主視示意圖；
[0007] 圖2是本實用新型側(cè)視示意圖；
[0008] 圖3是本實用新型俯視示意圖。

【具體實施方式】
[0009] 以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：
[0010] 參照圖1、圖2和圖3，一種電池安全失效模擬測試工裝包括底擋板1、紅外攝像機 2、壓力桿3、導軌4、步進電機5、工裝控制端6、和有機玻璃板8,其中底擋板1、步進電機5 和兩塊有機玻璃板8分別固定在工裝控制端6上，四根導軌4的一端分別固定在底擋板1 的側(cè)面，四根導軌4的另一端分別穿過其中一塊有機玻璃板8后固定在另一塊有機玻璃板 8的側(cè)面，紅外攝像機2嵌入在一塊有機玻璃板8的內(nèi)側(cè)面，壓力桿3的后端安裝在步進電 機5的驅(qū)動軸上，壓力桿3的前端穿過兩塊有機玻璃板8,在對應底擋板1側(cè)面的中心位置 設(shè)有刺針孔7。
[0011] 電池安全失效模擬測試工裝設(shè)計原理：底擋板1的側(cè)面和兩塊有機玻璃板8的側(cè) 面分別設(shè)有四根導軌4和壓力桿3的預留孔。底擋板1尺寸長350mm、寬350mm，四根導軌 4直徑為20_。四根導軌4的兩端通過底擋板1和兩塊有機玻璃板8連接固定在一起。底 擋板1和兩塊有機玻璃板8的底部以及步進電機5均固定在工裝控制端6上。一塊有機玻 璃板上8的側(cè)面嵌入一個紅外攝像機2。在步進電機5上安裝一個壓力桿3,壓力桿3穿過 兩塊有機玻璃板8。被測電池固定在底擋板1側(cè)面的電池測試區(qū)域9上。步進電機5驅(qū)動 壓力桿3,四根導軌4控制壓力桿3沿著固定方向運行至電池測試區(qū)域9,底擋板1為迎合 壓力桿3,嚙合形成壓力，步進電機5控制壓力桿3的運行速度和嚙合時壓力。工裝控制端 6有一臺電腦控制，由專門的程序控制步進電機的運行速度和嚙合時最大壓力，紅外攝像機 監(jiān)控電池在測試過程的溫度變化，實時記錄電池內(nèi)部熱量變化。通過工裝控制端進行參數(shù) 調(diào)節(jié)，控制壓力桿對目標物體施加的壓力和行進的速度。
[0012] 實施例：如圖1、圖2和圖3所示，本裝置是一種電池安全測試工裝，用來評估電池 的安全特性，對電池在濫用的條件下進行模擬測試，同時用來分析電池濫用條件下電池熱 失效原因。本實施例以針刺測試的操作過程進行如下說明：
[0013] 將被測電池用膠帶固定在電池測試區(qū)域上，在壓力桿的前端安裝直徑為3毫米的 刺針，通過工裝控制端設(shè)置步進電機運行參數(shù)，設(shè)置運行速度為12m/min，打開紅外攝像機， 調(diào)整好紅外攝像機位置，固定好有機玻璃板，用來保護紅外攝像機，示意阿賓測試設(shè)備實時 監(jiān)測電池的電壓，啟動工裝控制端在運行，工裝控制端采用PLC進行控制，PLC發(fā)出指令，步 進電機按照設(shè)定的參數(shù)運行到限定位置，速度可以調(diào)節(jié)（1-15米/分鐘)，停止向前運行。通 過阿賓設(shè)備監(jiān)測電池電壓，發(fā)現(xiàn)電池電壓在測試前是滿電，電壓在4. 2V左右，當針刺進入 電池后，電池電壓突然降到0 V，還發(fā)現(xiàn)紅外攝像機記錄電池做針刺測試整個過程的電池內(nèi) 部熱量變化過程，在電池針刺點上顯示為褐紅色，呈環(huán)形散去顏色逐漸變淡，這說明針刺導 致電池內(nèi)阻在針刺點短路，大電流放電產(chǎn)生大量熱。針刺進入電池保持6小時，當電池表面 溫度降到室溫時，測試結(jié)束，步進電機帶動壓力桿回復到初始位置。
[0014] 上述參照實施例對電池針刺測試過程進行詳細描述，是說明性的而不是限定性 的，這臺安全測試工裝在更換壓力桿上針為平板時，可以進行擠壓測試，操作方式同實施 例。
【權(quán)利要求】
1. 一種電池安全失效模擬測試工裝，其特征在于：包括底擋板（1)、紅外攝像機（2)、壓 力桿（3)、導軌（4)、步進電機（5)、工裝控制端（6)和有機玻璃板（8)，其中底擋板（1)、步進 電機（5)和兩塊有機玻璃板（8)分別固定在工裝控制端（6)上，四根導軌（4)的一端分別固 定在底擋板（1)的側(cè)面，四根導軌（4)的另一端分別穿過其中一塊有機玻璃板（8)后固定在 另一塊有機玻璃板（8)的側(cè)面，紅外攝像機（2)嵌入在一塊有機玻璃板（8)的內(nèi)側(cè)面，壓力 桿（3)的后端安裝在步進電機（5)的驅(qū)動軸上，壓力桿（3)的前端穿過兩塊有機玻璃板（8)， 在對應底擋板（1)側(cè)面的中心位置設(shè)有刺針孔（7)。
【文檔編號】G01J5/00GK203881914SQ201420299844
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】賈曉川, 張慧, 閆婧, 劉鳳娟, 馮杰 申請人:天津出入境檢驗檢疫局工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心