本發(fā)明涉及一種鋰離子電池測(cè)試裝置，尤其是涉及一種鋰離子電池電-熱-機(jī)特性測(cè)試支架裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鋰離子電池由于其具有能量密度大、輸出電壓高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，近年來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鋰離子電池在電動(dòng)汽車上作為動(dòng)力能源，成為了電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。但是，鋰離子電池的性能受溫度的影響很大，溫度過(guò)高及熱量分布不均勻會(huì)加速電池性能的衰退，降低電池的使用壽命，甚至可能產(chǎn)生熱失控引發(fā)安全問(wèn)題。另一方面，由于充放電過(guò)程中鋰離子在電池正負(fù)極脫嵌與嵌入、電極產(chǎn)熱、電池副反應(yīng)產(chǎn)氣等，導(dǎo)致電池在宏觀上發(fā)生形變，該形變直觀表現(xiàn)為電池厚度的變化，會(huì)對(duì)電池的使用性能及電池的成組使用產(chǎn)生影響。因此，準(zhǔn)確地測(cè)量在復(fù)雜條件下(高倍率充放電、高溫工作環(huán)境、內(nèi)部短路引起局部過(guò)熱、組件或電池故障等)鋰離子電池的溫度分布及形變量，對(duì)于電池的使用和安全設(shè)計(jì)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

中國(guó)專利CN 103487761 A公開(kāi)了一種鋰離子電池溫控測(cè)試裝置，包括底座和外殼，電池設(shè)置在底座與保護(hù)殼空腔之間，其正、負(fù)電極分別與置于測(cè)試線的測(cè)試端子連接，底座設(shè)有溫控繼電器，溫控繼電器包括溫度傳感器和測(cè)試線，溫度傳感器與電池相接，但該發(fā)明僅對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)試。目前的鋰離子電池形變測(cè)試裝置所采用的位移測(cè)量方法多基于接觸式位移傳感器，對(duì)所測(cè)對(duì)象影響較大，測(cè)量精度不夠高，還沒(méi)有可以同步采集電信號(hào)、溫度信號(hào)和位移形變信號(hào)的鋰離子電池測(cè)試裝置；另一方面，現(xiàn)有測(cè)試裝置普遍存在測(cè)點(diǎn)較少的問(wèn)題，很難全面地反映鋰離子電池在充放電過(guò)程中整體的形變和溫度變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題而提供一種鋰離子電池電-熱-機(jī)特性測(cè)試支架裝置及其應(yīng)用，通過(guò)該測(cè)試支架裝置可以同步采集電信號(hào)、溫度信號(hào)和位移形變信號(hào)，能全面反映鋰離子電池在充放電過(guò)程中整體形變和溫度變化。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種鋰離子電池電-熱-機(jī)特性測(cè)試支架裝置，該裝置包括底座、電池正面支架、電池反面支架、用于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(guò)傳感器支架固定塊安裝在底座上。

進(jìn)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(guò)螺栓和螺母固定連接。

進(jìn)一步地，所述的電池正面支架垂直設(shè)在底座的中間，所述的底座上設(shè)有可調(diào)節(jié)電池正面支架安裝位置的長(zhǎng)條形第一調(diào)節(jié)滑槽，第一調(diào)節(jié)滑槽的底座下表面設(shè)有沉槽，用以放置螺栓的頭部，使螺栓的頭部不超過(guò)所述裝置底座的下表面，確保了所述裝置可以水平放置。

進(jìn)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(shè)有矩形缺口。

進(jìn)一步地，所述的傳感器支架固定塊為L(zhǎng)型，所述的底座上設(shè)有可調(diào)節(jié)傳感器支架固定塊安裝位置的長(zhǎng)條形第二調(diào)節(jié)滑槽，第二調(diào)節(jié)滑槽的底座下表面設(shè)有沉槽，用以放置螺栓的頭部，使螺栓的頭部不超過(guò)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(shè)有與第二調(diào)節(jié)滑槽對(duì)應(yīng)的第三調(diào)節(jié)滑槽。

進(jìn)一步地，所述的傳感器支架通過(guò)傳感器支架固定塊垂直設(shè)在底座上，傳感器支架為U型，傳感器支架設(shè)有可調(diào)節(jié)傳感器面板安裝位置的第四調(diào)節(jié)滑槽。

進(jìn)一步地，所述的傳感器支架固定塊以及傳感器支架成對(duì)對(duì)稱設(shè)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(shè)有插入傳感器的通孔。

進(jìn)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(shè)有加長(zhǎng)的第一調(diào)節(jié)滑槽，可以增大調(diào)節(jié)范圍。

將所述的測(cè)試裝置用于測(cè)試鋰離子電池，同步采集電信號(hào)、溫度信號(hào)和位移形變信號(hào)，使用時(shí)，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(cè)試儀，電渦流位移傳感器與熱電偶連接信號(hào)調(diào)理儀，信號(hào)調(diào)理儀連接信號(hào)采集儀，信號(hào)采集儀連接工作站，進(jìn)行示波和采樣。充放電測(cè)試儀的電流輸出端與鋰離子電池的正負(fù)極相連，用于給鋰離子電池充放電，同時(shí)監(jiān)控電池端電壓，信號(hào)調(diào)理儀將電渦流位移傳感器和熱電偶的電信號(hào)調(diào)理為適合信號(hào)采集儀(DASP)采集的范圍，信號(hào)采集儀(DASP)采集到合適的電信號(hào)數(shù)據(jù)并在工作站上進(jìn)行示波和處理。

本發(fā)明測(cè)試裝置設(shè)置了多個(gè)調(diào)節(jié)滑槽，方便調(diào)節(jié)固定安裝的位置，使裝置具有可擴(kuò)展性和通用性，可適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)電池的測(cè)試需求；裝置設(shè)置傳感器面板，傳感器面板上設(shè)置多個(gè)用于安置傳感器的通孔，可同時(shí)安裝多個(gè)測(cè)試設(shè)備，可同時(shí)采集電信號(hào)、溫度信號(hào)和位移形變信號(hào)，能全面反映鋰離子電池在充放電過(guò)程中整體形變和溫度變化，解決普遍存在測(cè)點(diǎn)較少的問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果能夠更加全面地反映所測(cè)鋰離子電池的溫度及位移變化情況，所得數(shù)據(jù)具有更高的價(jià)值；裝置使用時(shí)，采用電渦流位移傳感器代替接觸式位移傳感器，提高測(cè)試精度，使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確，測(cè)試方案更加完備。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明測(cè)試時(shí)采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(cè)量精度能達(dá)到0.1μm，大大提高了測(cè)試精度，避免了接觸式傳感器對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的影響，是一種更完備的測(cè)試方案。

(2)本發(fā)明裝置設(shè)置了多種傳感器的固定位置，可進(jìn)行電信號(hào)、溫度信號(hào)和位移形變信號(hào)的同步采集，可以獲取電池在充放電過(guò)程中的特性變化，進(jìn)而綜合分析電-熱-機(jī)多物理場(chǎng)耦合特性。

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

(4)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)設(shè)置了多個(gè)調(diào)節(jié)滑槽，可滿足不同結(jié)構(gòu)電池的測(cè)試需求；本發(fā)明不僅能滿足電池常規(guī)功率、內(nèi)阻特性測(cè)試，還能實(shí)現(xiàn)電-熱-機(jī)耦合特性測(cè)試，同時(shí)，配合其他物理量測(cè)試裝置，亦可實(shí)現(xiàn)散熱流場(chǎng)、磁場(chǎng)下電池特性測(cè)試。因此，本裝置具有通用性和可擴(kuò)展性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)試裝置的爆炸示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例傳感器面板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例測(cè)試裝置使用的工作過(guò)程示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例同步采集的電信號(hào)、位移形變信號(hào)和溫度信號(hào)的曲線圖；

圖中：101-裝置底座；1011-第一調(diào)節(jié)滑槽；1012-第二調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)滑槽；1043-第五通孔；105-傳感器支架；1051-第六通孔；1052-第四調(diào)節(jié)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明專利，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和功效，本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)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(jī)特性測(cè)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(shè)有第一調(diào)節(jié)滑槽1101及第二調(diào)節(jié)滑槽1102，第一調(diào)節(jié)滑槽1101為長(zhǎng)條形，電池正面支架102通過(guò)第一調(diào)節(jié)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(guò)第二調(diào)節(jié)滑槽1102固定在裝置底座101的上表面。

第一調(diào)節(jié)滑槽1101可進(jìn)行加長(zhǎng)，可以使測(cè)試的鋰離子電池的位置獲得更大的調(diào)節(jié)空間。裝置底座101的中間部分向外加長(zhǎng)，使整個(gè)底座呈十字狀，凸起部分設(shè)有加長(zhǎng)的第一調(diào)節(jié)滑槽1101；裝置底座101的下表面在第一調(diào)節(jié)滑槽1101、第二調(diào)節(jié)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(guò)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(zhǎng)型，底面設(shè)有直徑與第一調(diào)節(jié)滑槽1101寬度相等的第一通孔1021，用于將支架固定在裝置底座101上，側(cè)面設(shè)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(wú)需再與裝置底座101直接連接，避免冗余約束。電池反面支架103為L(zhǎng)型，側(cè)面設(shè)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(guò)第三通孔1031和第二通孔1022固定在電池正面支架102的后面。

傳感器支架固定塊104為L(zhǎng)型，底面設(shè)有直徑與第二調(diào)節(jié)滑槽1102相等的第四通孔1041以及寬度與第二調(diào)節(jié)滑槽1102的直徑相等的長(zhǎng)條形第三調(diào)節(jié)滑槽1042，側(cè)面設(shè)有第五通孔1043；傳感器支架固定塊104通過(guò)第三調(diào)節(jié)滑槽1042來(lái)調(diào)節(jié)其相對(duì)于電池支架的左右位置。傳感器支架105為U型，設(shè)有直徑與第五通孔1043相等的第六通孔1051，正面設(shè)有長(zhǎng)條形的第四調(diào)節(jié)滑槽1052；傳感器支架105通過(guò)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(yīng)同時(shí)滿足所安裝傳感器與用于測(cè)試的鋰離子電池之間的距離要求以及傳感器數(shù)量要求。傳感器面板106為兩端向外翻折的U形，底面設(shè)有直徑與第四調(diào)節(jié)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(shè)有9個(gè)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(diào)節(jié)，電池正面支架102與裝置底座101的相對(duì)位置可沿第一調(diào)節(jié)滑槽1101調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)至合適位置后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(yīng)可自由調(diào)節(jié)，傳感器支架固定塊104與裝置底座101的相對(duì)位置可沿第三調(diào)節(jié)滑槽1042調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)至合適位置后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?qǐng)D4，使用本發(fā)明進(jìn)行鋰離子電池電-熱-機(jī)特性測(cè)試支架，具體步驟如下：

S1：取一定數(shù)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，由于電渦流傳感器只能探測(cè)到金屬對(duì)象，因此需要在用于測(cè)試的鋰離子電池的兩側(cè)對(duì)應(yīng)傳感器置入孔的位置上貼上厚度均勻的薄鐵片，調(diào)節(jié)電渦流位移傳感器，使其與薄鐵片的相對(duì)距離為1.8mm～2.0mm之間；

S2：取一定數(shù)量的熱電偶，用硅膠片將其貼在用于測(cè)試的鋰離子電池的兩側(cè)合適的位置上；

S3：將各儀器設(shè)備進(jìn)行安裝連接，即：充放電測(cè)試儀的電流輸出端與用于測(cè)試的鋰離子電池的正負(fù)極相連，用于給鋰離子電池充放電，同時(shí)監(jiān)控電池端電壓；電渦流位移傳感器以及熱電偶與信號(hào)調(diào)理儀的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理儀的輸出端連接到信號(hào)采集儀(DASP)，信號(hào)采集儀的輸出信號(hào)連接到工作站進(jìn)行示波和采樣；

S4：接通測(cè)試系統(tǒng)的電源，對(duì)傳感器的安裝位置進(jìn)行調(diào)整直到符合安裝規(guī)范；

S5：在控制充放電測(cè)試儀的工作站上設(shè)置好所需的試驗(yàn)參數(shù)，即對(duì)所測(cè)鋰離子電池的充放電循環(huán)過(guò)程(包括恒流充電，恒壓充電，橫流放電，擱置的電壓、電流、時(shí)間等)，點(diǎn)擊開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。在連接DASP的工作站上設(shè)置好位移和溫度信號(hào)的采樣頻率等參數(shù)，點(diǎn)擊開(kāi)始采樣。注意采樣應(yīng)和充放電循環(huán)同時(shí)開(kāi)始；

S6：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，存儲(chǔ)采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于分析，圖5為同步采集的電信號(hào)、位移形變信號(hào)和溫度信號(hào)的曲線圖。

可通過(guò)更換電池支架102和103，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸方形電池的測(cè)試。

上述實(shí)施例僅示例性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾和改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。