本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，更確切地說，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池由于具有高的功率密度和能量密度、無記憶效應(yīng)、自放電小、循環(huán)壽命長以及無污染等優(yōu)異特點，是目前電動汽車的理想電源。同時，鋰離子電池在航天設(shè)備、手機、筆記本電腦和電動自行車等領(lǐng)域均展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

在使用過程中，鋰離子電池會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)熱傳熱和內(nèi)應(yīng)力等，且彼此之間相互影響。其中，內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生對鋰離子電池的性能有著重要影響。外載荷、擴散誘導(dǎo)應(yīng)力與熱應(yīng)力等均會使鋰離子電池產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當內(nèi)應(yīng)力增大到一定程度可能會致使電極破裂和隔膜失效，進而使鋰離子電池的性能降低，縮短鋰離子電池的使用壽命，從而導(dǎo)致短路等安全問題。近幾年鋰離子電池的應(yīng)力分析得到研究者們的重視，對鋰離子電池應(yīng)力的研究主要為：鋰離子遷移時引起的內(nèi)應(yīng)力，因溫升和溫度梯度而引起的熱應(yīng)力，以及外載荷加載條件下鋰離子電池變形的研究等。

但內(nèi)應(yīng)力對鋰離子電池所造成的危害如因電極材料膨脹不均勻或者膨脹受約束而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過臨界值致使的電極材料粉化失效；隔膜壓縮變形可導(dǎo)致孔徑以及孔隙率減小，進而使鋰離子電池的內(nèi)阻增大和引起鋰離子遷移不均勻；以及因外載荷作用而引起的內(nèi)部短路等問題尚未解決，也影響著鋰離子電池的安全，因此鋰離子電池的內(nèi)應(yīng)力必須得到有效控制。目前關(guān)于鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的研究主要為采用數(shù)值計算的方法進行研究，且數(shù)值計算的方法計算量大、耗時長，無法在實車上應(yīng)用，無法為鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的控制提供準確的信息，使得鋰離子電池存在一定的危險性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的數(shù)值計算方法測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力計算量大、耗時長，無法在實車上應(yīng)用的問題，提出一種鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置包括應(yīng)變傳感器探頭組件、應(yīng)變傳感器探頭光纖組件、箱體、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機與上位機。

所述的應(yīng)變傳感器探頭組件的一端布置在鋰離子電池的內(nèi)部，應(yīng)變傳感器探頭組件的輸出端和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端絞合連接，應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的另一端和箱體內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸入端絞合連接，箱體內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端和單片機的輸入端連接，單片機的輸出端通過RS232串口和上位機連接。

技術(shù)方案中所述的應(yīng)變傳感器探頭組件的一端布置在鋰離子電池的內(nèi)部是指：所述的應(yīng)變傳感器探頭組件包括6～14個應(yīng)變傳感器探頭，即包括第一應(yīng)變傳感器探頭、第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第六應(yīng)變傳感器探頭、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭；第一應(yīng)變傳感器探頭布置在鋰離子電池容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極和隔膜的轉(zhuǎn)角處，即負極的內(nèi)層負極涂層與隔膜的轉(zhuǎn)角處；第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第七應(yīng)變傳感器探頭、第八應(yīng)變傳感器探頭、第九應(yīng)變傳感器探頭、第十應(yīng)變傳感器探頭、第十一應(yīng)變傳感器探頭、第十二應(yīng)變傳感器探頭、第十三應(yīng)變傳感器探頭與第十四應(yīng)變傳感器探頭布置在鋰離子電池充放電過程中熱膨脹造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域；第六應(yīng)變傳感器探頭布置在鋰離子電池的中心區(qū)域。

技術(shù)方案中所述的第一應(yīng)變傳感器探頭、第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第六應(yīng)變傳感器探頭、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭(14)均為光纖應(yīng)變傳感器探頭，探頭外徑為0.1mm～0.125mm。

技術(shù)方案中所述的應(yīng)變傳感器探頭組件的輸出端和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端絞合連接是指：所述的應(yīng)變傳感器探頭組件包括6～14個應(yīng)變傳感器探頭，即包括第一應(yīng)變傳感器探頭、第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第六應(yīng)變傳感器探頭、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭；所述的應(yīng)變傳感器探頭光纖組件包括第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、……與第十四光纖；第一應(yīng)變傳感器探頭、第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第六應(yīng)變傳感器探頭、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭的輸出端依次和第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、……與第十四光纖的一端絞合連接。

技術(shù)方案中所述的第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、……與第十四光纖均采用低損耗的單模光纖，尺寸為9/125μm，即光纖芯徑為9μm，包層后直徑為125μm。

技術(shù)方案中所述的應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的另一端和箱體內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸入端絞合相連接是指：所述的應(yīng)變傳感器探頭光纖組件包括第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、……與第十四光纖；所述的箱體內(nèi)設(shè)置有6～14個應(yīng)變傳感器，即箱體內(nèi)設(shè)置有第一應(yīng)變傳感器、第二應(yīng)變傳感器、第三應(yīng)變傳感器、第四應(yīng)變傳感器、第五應(yīng)變傳感器、第六應(yīng)變傳感器、……與第十四應(yīng)變傳感器；第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、……與第十四光纖的另一端依次和第一應(yīng)變傳感器、第二應(yīng)變傳感器、第三應(yīng)變傳感器、第四應(yīng)變傳感器、第五應(yīng)變傳感器、第六應(yīng)變傳感器、……與第十四應(yīng)變傳感器的輸入端絞合連接。

一種采用鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的方法，步驟如下：

1)制作鋰離子電池

(1)使用GC-200加強芯剪斷鉗裁取應(yīng)變傳感器探頭組件，使應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端和電池封裝結(jié)構(gòu)外表面平齊，對應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端以及應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端端面進行拋光研磨處理，將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端端面對準一端布置在鋰離子電池內(nèi)部的應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端并進行絞合連接；

(2)用聚四氟乙烯薄膜將應(yīng)變傳感器探頭組件和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件進行包裹或?qū)?yīng)變傳感器探頭組件和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的外側(cè)鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料；

(3)將應(yīng)變傳感器探頭組件的一端布置于鋰離子電池內(nèi)部；

(4)在鋰離子電池上蓋處設(shè)置一直徑大于應(yīng)變傳感器探頭組件的直徑的通孔；

(5)通過通孔將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件引出鋰離子電池,再將通孔用焊錫密封；

(6)對鋰離子電池進行包膠、封裝、注液，完成鋰離子電池的制作；

2)將布置有應(yīng)變傳感器探頭組件的鋰離子電池和所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置的其它設(shè)備連接，即將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的另一端和箱體內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸入端絞合連接，箱體內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端和單片機的輸入端連接，單片機的輸出端通過RS232串口和上位機連接；

3)測量鋰離子電池的內(nèi)應(yīng)力。

技術(shù)方案中所述的測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的步驟如下：

1)當外載荷作用于鋰離子電池或鋰離子電池內(nèi)部的鋰離子遷移時以及有熱應(yīng)力產(chǎn)生時，光纖在應(yīng)力作用下發(fā)生微彎擾動，光信號從光源發(fā)出，應(yīng)變傳感器探頭組件接收光源的輻射檢測到光信號，應(yīng)變傳感器探頭組件檢測到的光信號分別通過應(yīng)變傳感器探頭光纖組件傳至鋰離子電池外部的箱體內(nèi)的應(yīng)變傳感器；

2)光信號經(jīng)箱體內(nèi)的應(yīng)變傳感器將光信號處理轉(zhuǎn)變成電壓信號并進行放大，之后對放大的電壓信號進行低通濾波處理，處理后的電壓信號傳至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

3)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的各個電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢蕴幚砗瓦\算的數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端傳至單片機；

4)單片機對數(shù)字信號進行程序運算、處理和標定后，通過RS232串口發(fā)送至上位機；

5)上位機處理后即顯示鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值，將測得的鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值乘以其彈性模量，通過數(shù)學(xué)方法計算出鋰離子電池各個檢測部位的內(nèi)應(yīng)力值。

技術(shù)方案中所述的應(yīng)變傳感器探頭組件包括6～14個應(yīng)變傳感器探頭，即包括第一應(yīng)變傳感器探頭、第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第六應(yīng)變傳感器探頭、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭；所述的應(yīng)變傳感器探頭光纖組件包括第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖、第五光纖、第六光纖、……與第十四光纖。

技術(shù)方案中所述的將應(yīng)變傳感器探頭組件的一端件布置在鋰離子電池內(nèi)部是指：第一應(yīng)變傳感器探頭布置在鋰離子電池出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極和隔膜的轉(zhuǎn)角處，即負極的內(nèi)層負極涂層與隔膜的轉(zhuǎn)角處；第二應(yīng)變傳感器探頭、第三應(yīng)變傳感器探頭、第四應(yīng)變傳感器探頭、第五應(yīng)變傳感器探頭、第七應(yīng)變傳感器探頭、第八應(yīng)變傳感器探頭、第九應(yīng)變傳感器探頭、第十應(yīng)變傳感器探頭、第十一應(yīng)變傳感器探頭、第十二應(yīng)變傳感器探頭、第十三應(yīng)變傳感器探頭和第十四應(yīng)變傳感器探頭布置在鋰離子電池充放電過程中熱膨脹造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域；第六應(yīng)變傳感器探頭布置在鋰離子電池的中心區(qū)域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法在鋰離子電池制備過程中，將應(yīng)變傳感器探頭均勻布于鋰離子電池內(nèi)部容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極與隔膜的轉(zhuǎn)角處，即負極內(nèi)層負極涂層與隔膜的轉(zhuǎn)角處、鋰離子電池充放電過程中熱膨脹易造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域,具體可根據(jù)需要在每組(每組的各層組成由外到內(nèi)依次為隔膜、負極涂層、負極集流體、負極涂層、隔膜、正極涂層、正極集流體、正極涂層)靠近內(nèi)層負極涂層的側(cè)邊中心位置布置應(yīng)變傳感器探頭，以及鋰離子電池的中心區(qū)域，從而能實時、準確的測得鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的分布情況。

2.本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法通過將應(yīng)變傳感器探頭埋入鋰離子電池內(nèi)部，當鋰離子電池受到外載荷作用或鋰離子電池內(nèi)部的鋰離子遷移時以及有熱應(yīng)力產(chǎn)生時，將應(yīng)變傳感器探頭組件通過應(yīng)變傳感器探頭光纖組件連接至鋰離子電池外部箱體內(nèi)的各個應(yīng)變傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機和上位機，從而能實時測試鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的變化情況，將測得的鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值乘以其彈性模量，通過數(shù)學(xué)方法計算出鋰離子電池各個檢測部位的內(nèi)應(yīng)力值，提供了一種簡便易行、便于采集、能實時準確、多點測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法，能實時判斷出鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力過高的部位，進而優(yōu)化鋰離子電池的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計；此外，還能更為精確的獲取鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的三維分布情況，為鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力三維模型的建立提供更有效的數(shù)據(jù)。

3.本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法中采用的應(yīng)變傳感器探頭為光纖應(yīng)變傳感器探頭，探頭外徑可細至0.1mm，具有尺寸小，靈敏度高、耐高溫、耐腐蝕、防爆、較好的抗電磁干擾和原子輻射干擾的能力等優(yōu)點，能使用在強電磁干擾、易燃易爆和有害等惡劣環(huán)境中。

4.本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法中采用的應(yīng)變傳感器探頭的光纖均為單模光纖，是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線，能用于長距離傳輸，具有低損耗與無線量帶寬的特性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明：

圖1為本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法中應(yīng)變傳感器探頭的放置位置和通孔的位置的軸測投影視圖；

圖2為本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法中電芯卷繞前的截面圖；

圖3為本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置的結(jié)構(gòu)組成示意框圖；

圖4為采用本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的測量方法的流程框圖；

圖中：1.第一應(yīng)變傳感器探頭，2.第二應(yīng)變傳感器探頭，3.第三應(yīng)變傳感器探頭，4.第四應(yīng)變傳感器探頭，5.第五應(yīng)變傳感器探頭，6.第六應(yīng)變傳感器探頭，……，14.第十四應(yīng)變傳感器探頭，15.第一光纖，16.第二光纖，17.第三光纖，18.第四光纖，19.第五光纖，20.第六光纖，……，28.第十四光纖，29.箱體，30.模數(shù)轉(zhuǎn)換器，31.單片機，32.上位機，33.鋰離子電池，34.正極，35.隔膜，36.負極，37.正極涂層，38.負極涂層，39.正極極耳，40.負極極耳，41.正極集流體，42.負極集流體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的描述：

一個鋰離子電池主要由正極34、負極36、電解液及隔膜35組成，外加正負極引線、安全閥、PTC(正溫度控制端子)和電池殼等。正極34是由活性物質(zhì)(LiCoO₂/LiMnO2/LiNixCo1-xO2/LiFeO4)加導(dǎo)電劑和粘合劑混合均勻后涂覆在正極集流體41上，一般采用的正極集流體41是鋁箔，可以充當電池內(nèi)外部電荷轉(zhuǎn)移的橋梁；負極36是由活性物質(zhì)(石墨、MCMB、CMS)加導(dǎo)電劑和粘合劑混合均勻后涂覆在負極集流體42上，一般采用的負極集流體42是銅箔，可以充當電池內(nèi)外部電荷轉(zhuǎn)移的橋梁；隔膜35是一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜具有微孔結(jié)構(gòu)可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。將正極34、隔膜35、負極36以及正極極耳39、負極極耳40、保護膠帶、終止膠帶等物料固定在設(shè)備上，通過卷繞或者疊片的工藝完成電芯的制作。雖然鋰離子電池種類繁多，但其工作原理大致相同。充電時，鋰離子從正極涂層37中脫嵌，經(jīng)過隔膜35和電解液嵌入到負極涂層38中；放電時以相反過程進行。

本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置包括應(yīng)變傳感器探頭組件、應(yīng)變傳感器探頭光纖組件、箱體29、模數(shù)轉(zhuǎn)換器30、單片機31與上位機32。

所述的應(yīng)變傳感器探頭組件包括6～14個應(yīng)變傳感器探頭，即包括第一應(yīng)變傳感器探頭1、第二應(yīng)變傳感器探頭2、第三應(yīng)變傳感器探頭3、第四應(yīng)變傳感器探頭4、第五應(yīng)變傳感器探頭5、第六應(yīng)變傳感器探頭6、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭14；

所述的應(yīng)變傳感器探頭光纖組件包括第一光纖15、第二光纖16、第三光纖17、第四光纖18、第五光纖19、第六光纖20、……與第十四光纖28，各個光纖的長度根據(jù)需要進行截取。

所述的第一應(yīng)變傳感器探頭1、第二應(yīng)變傳感器探頭2、第三應(yīng)變傳感器探頭3、第四應(yīng)變傳感器探頭4、第五應(yīng)變傳感器探頭5、第六應(yīng)變傳感器探頭6、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭14均為光纖應(yīng)變傳感器探頭，探頭外徑為0.1mm～0.125mm；應(yīng)變傳感器探頭實際上是光纖應(yīng)變片，是標準件。

所述的第一應(yīng)變傳感器探頭1、第二應(yīng)變傳感器探頭2、第三應(yīng)變傳感器探頭3、第四應(yīng)變傳感器探頭4、第五應(yīng)變傳感器探頭5、第六應(yīng)變傳感器探頭6、……與第十四應(yīng)變傳感器探頭14在鋰離子電池33制作過程中均勻地布置在鋰離子電池33內(nèi)部，個數(shù)為6～14個。

應(yīng)變傳感器探頭組件具體位置為：第一應(yīng)變傳感器探頭1布置在鋰離子電池33容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極36和隔膜35的轉(zhuǎn)角處，即圖2所示的負極36的內(nèi)層負極涂層38與隔膜35的轉(zhuǎn)角處；第二應(yīng)變傳感器探頭2、第三應(yīng)變傳感器探頭3、第四應(yīng)變傳感器探頭4、第五應(yīng)變傳感器探頭5、第七應(yīng)變傳感器探頭7、第八應(yīng)變傳感器探頭8、第九應(yīng)變傳感器探頭9、第十應(yīng)變傳感器探頭10、第十一應(yīng)變傳感器探頭11、第十二應(yīng)變傳感器探頭12、第十三應(yīng)變傳感器探頭13與第十四應(yīng)變傳感器探頭14布置在鋰離子電池33充放電過程中熱膨脹易造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域，具體可根據(jù)需要在每組(每組的各層組成由外到內(nèi)依次為隔膜35、負極涂層38、負極集流體42、負極涂層38、隔膜35、正極涂層37、正極集流體41、正極涂層37)靠近內(nèi)層負極涂層38的側(cè)邊中心位置布置應(yīng)變傳感器探頭；第六應(yīng)變傳感器探頭6布置在鋰離子電池33的中心區(qū)域；按14個布置。

所述的第一光纖15、第二光纖16、第三光纖17、第四光纖18、第五應(yīng)力光纖19、第六光纖20、……與第十四光纖28均為單模光纖，尺寸為9/125μm，(光纖芯徑為9μm，包層后直徑為125μm)，是一種低損耗傳輸線。

所述的箱體29內(nèi)設(shè)置有6～14個應(yīng)變傳感器，即包括第一應(yīng)變傳感器、第二應(yīng)變傳感器、第三應(yīng)變傳感器、第四應(yīng)變傳感器、第五應(yīng)變傳感器、第六應(yīng)變傳感器、……與第十四應(yīng)變傳感器；用于將各個應(yīng)變傳感器探頭檢測到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?/p>

所述的箱體29內(nèi)的14(>6)個應(yīng)變傳感器均是型號為SFO-W的光纖應(yīng)變傳感器，具有靈敏度高，高空間分辨率，不受電磁、射頻和閃電的干擾，以及體積小、可靠性高、耐腐蝕等優(yōu)異特點，適用于動、靜態(tài)測量，能超長距離、實時動態(tài)檢測作用于光纖上的應(yīng)變變化情況，并且光纖的彎曲不會干擾信號的遠距離傳輸，用于將檢測到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴?/p>

所述的通孔設(shè)置在鋰離子電池33的上蓋處，通孔的直徑略大于所有應(yīng)變傳感器探頭導(dǎo)線直徑的總和。

所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器30設(shè)在鋰離子電池外部，采用型號為ADC0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一款CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為128μs，可以實現(xiàn)8路模擬量轉(zhuǎn)換，用于將接收的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢蕴幚砗瓦\算的數(shù)字信號。

所述的單片機31為型號是89S51的單片機，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器30發(fā)出的數(shù)字信號進行程序運算、處理和標定。

所述的上位機32用于完成數(shù)據(jù)信號的接收、處理、計算、存儲和顯示等。

將應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端和電池33的封裝結(jié)構(gòu)外表面平齊，將應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件一端端面進行適當?shù)膾伖庋心ヌ幚恚?yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端端面對準一端布置在鋰離子電池33內(nèi)部的應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端并進行絞合連接，應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的另一端經(jīng)適當?shù)膾伖庋心ヌ幚砗蠓謩e絞合連接至箱體29內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的接口端，箱體29內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸出端分別連接至集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸入端IN0～IN7，模數(shù)轉(zhuǎn)換器30輸出端的D0～D7分別與單片機31的8個引腳P0.0～P0.7連接，單片機31的輸出端通過RS232串口連接至上位機32。

采用本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的方法：

本發(fā)明的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的測量方法為將應(yīng)變傳感器探頭組件布置在鋰離子電池33內(nèi)部容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極36和隔膜35的轉(zhuǎn)角處、鋰離子電池33充放電過程中熱膨脹造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域和鋰離子電池33的中心區(qū)域，通過通孔將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件引出鋰離子電池33，當有外載荷作用于鋰離子電池33或鋰離子電池33內(nèi)部的鋰離子遷移時以及有熱應(yīng)力產(chǎn)生時，應(yīng)變傳感器探頭組件的輸出端通過應(yīng)變傳感器探頭光纖組件和箱體29內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸入端絞合相連，箱體29內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸出端連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸入端，并將模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸出端和單片機31的輸入端連接，單片機31的輸出端通過RS232串口連接至上位機32，即可實時測試鋰離子電池33各個部位內(nèi)應(yīng)變的變化情況，將測得的鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值乘以其彈性模量，通過數(shù)學(xué)方法計算出鋰離子電池各個檢測部位的內(nèi)應(yīng)力值。具體步驟如下：

1.制作鋰離子電池33

1)使用GC-200加強芯剪斷鉗裁取應(yīng)變傳感器探頭組件，使應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端和電池33封裝結(jié)構(gòu)外表面平齊，對應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端以及應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端端面進行拋光研磨處理，將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的一端端面對準一端布置在鋰離子電池33內(nèi)部的應(yīng)變傳感器探頭組件的另一端并進行絞合連接。

2)用聚四氟乙烯薄膜將應(yīng)變傳感器探頭組件和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件進行包裹或?qū)?yīng)變傳感器探頭組件和應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的外側(cè)鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料。

3)將應(yīng)變傳感器探頭組件的一端布置于鋰離子電池33內(nèi)部，具體位置為：第一應(yīng)變傳感器探頭1布置在鋰離子電池33內(nèi)部容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極36和隔膜35的轉(zhuǎn)角處，即圖2所示的負極36的內(nèi)層負極涂層38與隔膜35的轉(zhuǎn)角處；第二應(yīng)變傳感器探頭2、第三應(yīng)變傳感器探頭3、第四應(yīng)變傳感器探頭4、第五應(yīng)變傳感器探頭5、第七應(yīng)變傳感器探頭7、第八應(yīng)變傳感器探頭8、第九應(yīng)變傳感器探頭9、第十應(yīng)變傳感器探頭10、第十一應(yīng)變傳感器探頭11、第十二應(yīng)變傳感器探頭12、第十三應(yīng)變傳感器探頭13和第十四應(yīng)變傳感器探頭14布置在鋰離子電池33充放電過程中熱膨脹易造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域，具體可根據(jù)需要在每組(每組的各層組成由外到內(nèi)依次為隔膜35、負極涂層38、負極集流體42、負極涂層38、隔膜35、正極涂層37、正極集流體41、正極涂層37)靠近內(nèi)層負極涂層38的側(cè)邊中心位置布置應(yīng)變傳感器探頭；第六應(yīng)變傳感器探頭6布置在鋰離子電池33的中心區(qū)域。

4)在鋰離子電池33的上蓋處設(shè)置一直徑略大于應(yīng)變傳感器探頭組件直徑的通孔。

5)通過通孔將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件引出鋰離子電池33,再將通孔用焊錫密封。

6)對鋰離子電池33進行包膠、封裝、注液，完成鋰離子電池33的制作。

2.將布置有應(yīng)變傳感器探頭組件的鋰離子電池33和本發(fā)明所述的鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置的其它設(shè)備連接，即將應(yīng)變傳感器探頭光纖組件的另一端和箱體29內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸入端絞合連接，箱體29內(nèi)各個應(yīng)變傳感器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸入端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸出端和單片機31的輸入端連接，單片機31的輸出端通過RS232串口和上位機32連接。

3.測量鋰離子電池33的內(nèi)應(yīng)力

1)當外載荷作用于鋰離子電池33或鋰離子電池33內(nèi)部的鋰離子遷移時以及有熱應(yīng)力產(chǎn)生時，光纖在應(yīng)力作用下發(fā)生微彎擾動，光信號從光源發(fā)出，應(yīng)變傳感器探頭組件接收光源的輻射檢測到光信號，應(yīng)變傳感器探頭組件檢測到的光信號通過應(yīng)變傳感器探頭光纖組件傳至鋰離子電池外部箱體29內(nèi)的應(yīng)變傳感器；

2)光信號經(jīng)箱體29內(nèi)的應(yīng)變傳感器將光信號處理轉(zhuǎn)變成電壓信號并進行放大，之后對放大的電壓信號進行低通濾波處理，處理后的電壓信號傳至模數(shù)轉(zhuǎn)換器30；

3)模數(shù)轉(zhuǎn)換器30將接收到的各個電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢蕴幚砗瓦\算的數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的輸出端傳至單片機31；

4)單片機31對數(shù)字信號進行程序運算、處理和標定后，通過RS232串口發(fā)送至上位機32，

5)上位機32處理后即可顯示鋰離子電池33各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值，將測得的鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值乘以其彈性模量，通過數(shù)學(xué)方法計算出鋰離子電池各個檢測部位的內(nèi)應(yīng)力值。

本發(fā)明在鋰離子電池33制備過程中，將應(yīng)變傳感器探頭埋入鋰離子電池內(nèi)部容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的負極36和隔膜35的轉(zhuǎn)角處，即負極36的內(nèi)層負極涂層38與隔膜35的轉(zhuǎn)角處、鋰離子電池充放電過程中熱膨脹造成應(yīng)力集中的側(cè)邊中心區(qū)域，具體可根據(jù)需要在每組(每組的各層組成由外到內(nèi)依次為隔膜35、負極涂層38、負極集流體42、負極涂層38、隔膜35、正極涂層37、正極集流體41、正極涂層37)靠近內(nèi)層負極涂層38的側(cè)邊中心位置布置應(yīng)變傳感器探頭，以及鋰離子電池33的中心區(qū)域，當鋰離子電池受到外載荷作用或鋰離子電池內(nèi)部的鋰離子遷移時以及有熱應(yīng)力產(chǎn)生時，將應(yīng)變傳感器探頭組件通過應(yīng)變傳感器探頭光纖組件連接至鋰離子電池外部箱體29內(nèi)的各個應(yīng)變傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器30、單片機31和上位機32，從而能實時測試鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的變化情況，將測得的鋰離子電池各個部位內(nèi)應(yīng)變的數(shù)值乘以其彈性模量，通過數(shù)學(xué)方法計算出鋰離子電池各個檢測部位的內(nèi)應(yīng)力值。提供了一種簡便易行、便于采集、能實時準確、多點測量鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的檢測裝置和測量方法，能實時判斷出鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力過高的部位，進而優(yōu)化鋰離子電池的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計；此外，還能更為精確的獲取鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力的三維分布情況，為鋰離子電池內(nèi)應(yīng)力三維模型的建立提供更有效的數(shù)據(jù)。