电池测试设备的制作方法

本发明涉及电池安全测试装置，具体地，涉及一种电池测试设备。

背景技术：

电池(包括热电池单体和电池组、锂离子电池等)在使用时可能处于不同的工作环境中，因而表现出不同的性能。例如，在高温和/或高压等极端状况下，可能出现过放、过冲等导致损坏电池可逆性的现象发生，甚至直接导致电池爆炸，威胁用户安全。因此，电池在投入使用之前通常需要进行安全性测试。

传统的电池安全性测试主要包括针刺、挤压、冲击等，即在被测电池充满电的状态下，利用钢钉、钢棒、挤压设备等施压元件或设备刺穿、冲击、挤压该被测电池，观测其是否发生起火、爆炸等现象。

然而，上述电池测试中使用的测试装置或设备具有相对单一的功能，难以完全模拟电池实际使用时的状态和环境，在刺穿、冲击和挤压过程中施加的压力不能确定，难以通过单次测试获得被测电池在发生起火、爆炸时所处的状态和环境条件，浪费电池材料，测试成本较高。

为此，有必要提供一种电池测试设备，以解决上述现有技术中存在的至少部分技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种电池测试设备，该电池测试设备能够对被测电池进行挤压、针刺等多种安全性测试，并便于在单次测试中获得该被测电池的性能参数。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电池测试设备，包括：支撑加热机构，该支撑加热机构能够支撑并加热被测电池；施压机构，该施压机构具有施压元件和第一压力传感器，所述施压元件能够被驱动以靠近或远离所述支撑加热机构从而在该支撑加热机构上挤压所述被测电池，所述第一压力传感器能够在所述施压元件靠近所述支撑加热机构时测量支撑在该支撑加热机构上的所述被测电池承受的来自所述施压元件的压力。

优选地，所述支撑加热机构包括加热板和用于支撑所述被测电池的石墨垫板，所述加热板具有电热丝，所述石墨垫板与所述加热板贴合设置，以在所述电热丝通电时能够对支撑在所述石墨垫板上的所述被测电池加热。

优选地，所述电池测试设备包括形成有测试腔的设备壳体，所述支撑加热机构具有位于所述测试腔内的支撑面，所述施压元件在该测试腔内运动以靠近或远离所述支撑加热机构。

优选地，所述设备壳体包括上套筒和下套筒，该上套筒和下套筒分别具有相对的开口并彼此对接，所述施压机构安装至所述上套筒的上端壁，所述支撑加热机构设置于所述下套筒的下端壁内侧面上。

优选地，所述电池测试设备包括用于驱动所述施压元件的动力装置，该动力装置设置于所述上套筒的上端壁外侧面上并传动连接于所述施压元件。

优选地，所述上套筒的上端壁上设置有引线孔、温度传感器、第二压力传感器中的至少一者。

优选地，所述施压机构包括连接于所述施压元件的压力云台，该压力云台包括：固定部，该固定部包括间隔设置的第一固定板和第二固定板以及通过轴承安装于该第一固定板和第二固定板上的丝杆；云台部，该云台部包括间隔设置的第一云台板和第二云台板，其中，所述第一云台板上设置有与所述丝杆螺纹配合的螺孔，所述施压元件连接于所述第二云台板的背向所述第一云台板的一侧，且该第一云台板和第二云台板通过穿过所述第一固定板和第二固定板中的一者并沿平行于所述丝杆的延伸方向延伸的第一支撑杆相互连接，以在所述丝杆转动时，该云台部带动所述施压元件沿所述丝杆的轴向运动。

优选地，所述云台部还包括间隔设置于所述第二云台板的背向所述第一云台板一侧的传压板，该传压板通过连接杆滑动连接于所述第二云台板，且所述第一压力传感器安装于所述第二云台板的朝向所述传压板的一侧，所述施压元件为压力推板或撞针并通过所述传压板连接于所述第二云台板上，以能够在所述丝杆转动时，依次通过所述第一云台板、第一支撑杆、第二云台板、第一压力传感器、传压板将驱动力传递至所述施压元件。

优选地，所述设备壳体上安装有安全阀，当所述测试腔内的气压达到设定值时，该安全阀打开以使得所述测试腔与所述设备壳体外部的空间连通。

优选地，所述设备壳体上还安装有用于对所述测试腔内进行观测的摄像装置，该摄像装置包括不锈钢套管，该不锈钢套管的一端设置有具有石英玻璃外罩的红外摄像头并形成有贯穿延伸至另一端的控制线孔，以在该不锈钢套管的远离所述红外摄像头的一端形成有用于引入连接至所述红外摄像头的控制线的控制线引入口。

通过上述技术方案，本发明的电池测试设备可以通过支撑加热机构加热被测电池，使之处于不同的测试温度条件下；并通过施压元件(如压力推板或撞针)在被测电池上施加压力以刺穿或挤压该被测电池，其中，第一压力传感器可以测量被测电池施加的压力，因而能够在单次或较少次数的测试中获得被测电池发生起火或爆炸等的极限压力条件，从而便于节约电池材料、降低测试成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一种优选实施方式的电池测试设备的剖视示意图；

图2是图1中电池测试设备的俯视示意图；

图3a和图3b分别是图1中电池测试设备的压力云台的主视和立体结构示意图；

图4a和图4b分别是图3a中压力云台在另一升降位置时的主视和立体结构示意图；

图5a和图5b分别是图1中电池测试设备的安全阀的剖视图；

图6a和图6b分别是图1中电池测试设备的摄像装置的立体和主视结构示意图。

附图标记说明

1支撑加热机构11加热板12石墨垫板

2施压机构21施压元件21a压力推板

22第一压力传感器23固定部231第一固定板

232第二固定板233丝杆234第二支撑杆

24云台部241第一云台板242第二云台板

243第一支撑杆244传压板245连接杆

246球头关节3设备壳体31测试腔

32上套筒321引线孔322温度传感器

323第二压力传感器33下套筒4动力装置

5安全阀51阀座511中间通道

512台阶面5121凹槽部52膜片

53压紧件531凸起部6摄像装置

61控制线孔62控制线引入口63套管

631外螺纹部632台阶部64摄像头

65密封环

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参照图1至图6b，根据本发明一种优选实施方式的电池测试设备，包括支撑加热机构1和施压机构2。

其中，被测电池(未示出)可以支撑在支撑加热机构1上，并由该支撑加热机构1加热，以便于使被测电池具有所需的测试温度。通过控制发热元件(如下述电热板11)，可以使被测电池具有不同的温度。

施压机构2具有施压元件21(如压力推板21a或撞针等)，该施压元件21能够被如动力装置4驱动以靠近或远离支撑加热机构1，从而在该支撑加热机构1上挤压被测电池。可以理解的是，此处所述挤压包括如利用撞针、压力推板21a等各类型施压元件21刺入、冲击或压紧被测电池，只要施压元件21在被测电池上施加有压力作用，均属于本发明的构思范畴。另外，施压机构2还具有第一压力传感器22，该第一压力传感器22能够在施压元件21靠近支撑加热机构1并作用于被测电池时测量支撑在支撑加热机构1上的被测电池承受的压力，这种压力可以是冲击作用下的瞬时(或短时间)内的压力值，也可以是压力推板21a施加在被测电池上的逐渐变化的压力。

本发明的电池测试设备可以形成为多种结构形式，通过支撑加热机构1加热被测电池，使之处于不同的测试温度条件下(辅以测温元件可以控制测试温度)，并通过施压机构2的施压元件21在被测电池上施加压力，以刺穿、冲击、挤压被测电池，同时由第一压力传感器22测量施加的压力，能够对被测电池进行多种安全性测试，并便于在单次或较少次数的测试中获得被测电池发生起火、爆炸等时的极限压力条件，能够有效节约电池材料、降低测试成本。

参照图1所示，在根据本发明一种优选实施方式的电池测试设备中，可以包括设备壳体3，该设备壳体3形成有测试腔31。在此情形下，电池测试设备的主要的功能性部件(如支撑加热机构1和施压机构2等)可以设置在该测试腔31内，并在该测试腔31内完成安全性测试，以避免测试过程中被测电池发生燃烧、爆炸等对试验人员造成伤害。例如，在图示实施方式中，支撑加热机构1具有用于支撑被测电池的支撑面(如石墨垫板12的上表面)，该支撑面位于测试腔31内，施压元件21在该测试腔31内运动以靠近或远离支撑加热机构1，从而在靠近时向支撑面上的被测电池施加压力，此时，若电池发生燃烧、爆炸，则火焰或爆炸碎片可以被设备壳体3限定在测试腔31内，避免伤及试验人员。另外，通过随后的说明可以看出，可以将设备壳体3设置为具有竖直延伸的测试腔31，支撑加热机构1的支撑面位于水平方向，施压元件21在竖直方向上移动以对被测电池施加压力，从而能够方便地放置/安装各个部分。例如，施压机构2及其动力装置4可以安装于设备壳体3的上端壁，支撑加热机构1放置于测试腔31的底部。

为了便于将被测电池放置于支撑加热机构1的支撑面上，并便于安装、维修及更换测试腔31内的部件，可以将设备壳体3设置为分体式结构。具体地，如图1所示，设备壳体3可以包括上套筒32和下套筒33，该上套筒32和下套筒33分别具有相对的开口并彼此对接(如通过法兰)。施压机构2安装至上套筒32的上端壁，且其施压元件21可以与动力装置4(如步进电机等)的动力输出端传动连接，为此，动力装置4可以设置于上套筒32的上端壁外侧面上。支撑加热机构1设置于下套筒33的下端壁的内侧面上，并可以利用引线电连接至如位于设备壳体3外侧的电源。

在上述优选实施方式中，为了便于如用于动力装置4、支撑加热机构1被测电池等的引线接入，可以在设备壳体3上设置引线孔321。例如，参照图2所示，该引线孔321可以设置在上套筒32的上端壁上。另外，可选地或优选地，还可以在该上端壁上设置温度传感器322、第二压力传感器323等，以用于测量、监控测试腔31内的环境温度和/或气压等参数，从而便于更准确、全面地获得被测电池的性能状况。

再次参照图1所示，本发明的电池测试设备中，支撑加热机构1可以包括加热板11和石墨垫板12，该石墨垫板12贴合设置于加热板11的上侧并能够支撑被测电池(如通过形成上表面作为支撑面)。加热板11可以具有电热丝，当该电热丝通电时，通过石墨垫板12能够对被测电池加热。在该优选实施方式中，设置石墨垫板12主要用于热电池(组)的测试，在放电过程用作集流体。对于其他类型的电池，则无需该石墨垫板12或可以利用其他材质的垫板。

通过上述说明可以看出，电池测试过程中(由于燃烧、爆炸等)具有较为恶劣的环境，而相对封闭的测试腔31承受高温、高压作用可能导致设备受损，为此可以在设备壳体3上设置用于泄压的安全阀5，以在测试腔31内的压力升高至设定值时，如通过安全阀5两端的压差作用下连通测试腔31与设备壳体3外部的空间连通，从而释放测试腔31内的压力，限定该测试腔31所容许的最高气压。另外，为了观测测试状态，还可以在设备壳体3上安装摄像装置6，并通过特殊的设计避免该摄像装置6无法清楚拍摄测试腔31内的情况或在高温下损坏等问题。

为了更好地理解本发明的上述技术方案并说明进一步优选的技术方案，以下将对本发明的电池测试设备中的几个关键部件分别进行详细说明，这些说明并不用于构成对本发明构思范围的限定。

压力云台

结合图1、图3a至图4b，本发明的电池测试设备中的施压机构2可以包括连接于施压元件21的压力云台。其中，图3a-3b与图4a-4b分别为该压力云台处于不同升降位置时的视图，图3a和图3b为使压力元件21处于伸出极限状态时的升降位置，图4a和图4b为使压力元件21处于缩回极限状态时的升降位置。并且，为了更好地表示该压力云台的具体结构，图3a至图4b中所示的压力云台为图1中的安装状态时的压力云台的倒置状态。

该压力云台包括固定部23和云台部24。其中，云台部23具有通过轴承(如交叉辊子轴承)安装的丝杆233；云台部24设置有与所述丝杆233螺纹配合的螺孔。当丝杆233(如在动力装置4带动下)转动时，云台部24能够带动连接至其上的施压元件21沿丝杆233的轴向运动，以通过该施压元件21向被测电池施加压力。

此处，压力元件21可以为如上所述的压力推板21a、撞针等。该压力云台以固定部23为运动机架(如可以固定至设备壳体3上)，从而在丝杆233转动时，利用云台部24带动施压元件21在被测电池上施加压力以刺穿或挤压该被测电池，能够实现多种安全性测试功能。

在图示实施方式中，固定部23包括间隔设置的第一固定板231和第二固定板232，从而丝杆233可以安装在该第一固定板231和第二固定板232上，即在第一固定板231和第二固定板232上分别设置有轴承，丝杆233通过该轴承安装以在第一固定板231和第二固定板232之间延伸。利用该间隔设置的第一固定板231和第二固定板232可以分别限定云台部24的两个极限运动位置。但本发明并不限于此，例如可以仅设置一个固定板，并使丝杆233安装在该固定板和设备壳体3的上端壁上，该丝杆233延伸至该上端壁之上以传动连接至动力装置4的动力输出端。

进一步地，云台部24可以包括间隔设置的第一云台板241和第二云台板242。其中，用于与丝杆233螺纹配合的螺孔设置于第一云台板241上，即该第一云台板241位于第一固定板231与第二固定板232之间。为了在第一云台板241随丝杆233的转动而移动时将动力传递至第二云台板242，第一云台板241和第二云台板242通过第一支撑杆243相互连接，该第一支撑杆243穿过第一固定板231和第二固定板232中的一者延伸，且延伸方向平行于丝杆233的延伸方向。从而，可以将施压元件21连接于第二云台板242的背向第一云台板241的一侧，以能够在移动时使得施压元件21向被测电池施加压力。作为一种替代实施方式，云台部24也可以仅设置一个云台板，用于与丝杆233螺纹配合的螺孔设置于该云台板上，为了通过该云台板向施压元件21传递动力，可以使该云台板延伸至固定部23之外，如在图3a的放置位置中，使第一云台板241水平延伸至超出第二固定板232，从而能够绕过该第二固定板232直接连接施压元件21，而无需设置第二云台板242和第一支撑杆243等。

在丝杆233转动并驱动第一云台板241和第二云台板242运动过程中，螺纹之间的摩擦力可能带动该第一云台板241和第二云台板242发生转动，无法将动力装置4的动力输出端的旋转运动良好地转化为施压元件21的沿丝杆233的延伸方向的轴向位移。为此，可以将第二固定板232直接固定在设备壳体3的侧壁上。在本发明的优选实施方式中，可以在第一固定板231与第二固定板232之间连接第二支撑杆234，使该第二支撑杆234穿过第一云台板241并沿平行于丝杆233的延伸方向延伸，从而第一固定板231和第二固定板232至少在环绕丝杆241的周向彼此固定，并通过第二支撑杆234以及上述第一支撑杆243共同作用以限定第一云台板241和第二云台板242的转动，使之仅能在沿平行于丝杆233的延伸方向运动。

重要地，根据本发明一种较为优选的实施方式中，云台部24还包括用于连接施压元件21的传压板244，该传压板244能够将被测电池对施压元件21的反作用力传递至第一压力传感器22，以测量被测电池所受的压力。具体地，传压板244可以与第二云台板242间隔地设置在该第二云台板242的背向第一云台板241的一侧，并通过连接杆245滑动连接。也就是说，传压板244能够在被测电池的反作用力下沿连接杆245向第二云台板242滑动。第二云台板242的朝向传压板244的一侧安装有第一压力传感器22，施压元件21连接于传压板244。从而，当丝杆233转动时，该丝杆233传递的驱动力能够依次通过第一云台板241、第一支撑杆243、第二云台板242、第一压力传感器22和传压板244传递至施压元件21(即忽略摩擦力时，连接杆245不受轴向力)，以向被测电池施压。此时，第一压力传感器22测得的力等于施压元件21作用在被测电池上的压力。另外，设置传压板244还可以在被测电池发生燃烧、爆炸时避免直接损坏第一压力传感器22及压力云台的其他部件，从而延长使用寿命。典型地，本发明中的第一压力传感器22可以为荷重传感器。

进一步地，传压板244上可以安装有用于连接施压元件21的球头关节246，这种设置方式的优点在于，若被测电池对于施压元件21的反作用力相对丝杆233存在偏移(即压力作用点不在丝杆233的轴线上)，该反作用力均可以通过球头关节246沿平行于丝杆233的延伸方向传递至第一压力传感器22，从而准确测量被测电池所受的压力。

安全阀

结合图1、图2、图5a和图5b，本发明优选实施方式的电池测试设备中，可以在设备壳体3上安装安全阀5，用于在测试腔31内的气压达到设置值时，该安全阀5打开以使得测试腔31与设备壳体3外部的空间连通。

在一种优选实施方式中，该安全阀5包括阀座51和膜片52。其中，阀座51贯穿形成有中间通道511并能够以各种适当的形式连接至设备壳体3；膜片52设置为隔断中间通道511的连通。该膜片52能够在中间通道511两端的压差达到设定值时在该压差作用下破裂。由此，可以通过该安全阀5限定测试腔31所容许的最大压力，避免压力过高导致的安全性问题。此处所述膜片52可以采用多种适当的材质，如金属膜片(如铝箔)、pp膜、pe膜等。

正如以上所述，阀座51可以以多种适当形式连接至设备壳体3，如焊接、螺接等。在图示优选实施方式中，阀座51的一端端部外周面上形成有外螺纹，以便于螺接至形成在设备壳体3上的螺孔中。通过这种设置，可以方便地从设备壳体3上拆下安全阀5，以便于更换或维修。

在本发明中，膜片52也可以以多种方式设置，如直接粘结在阀座51上，只要其能够隔断中间通道511的连通即可。在图示优选实施方式中，膜片52通过压紧件53固定在阀座51上。具体地，安全阀5包括具有环形形状的压紧件53，该压紧件53连接至阀座51，并将膜片52固定至中间通道511内。例如，可以利用该压紧件53的端面或周面与阀座51紧密配合而固定膜片52，随后将对此详细说明。作为替代实施方式，压紧件53可以将膜片52固定至阀座51的一端，例如可以在压紧件53上形成内螺纹，并使其与阀座51上的外螺纹配合，以将膜片52压紧在阀座51的一端。

本发明的一种优选实施方式利用压紧件53的端面与阀座51紧密配合而固定膜片52，参照图5a，阀座51的中间通道511内形成有台阶面512，压紧件53连接至该中间通道511内并抵靠于台阶面512上，从而能够利用台阶面512限定压紧件53的连接位置，便于稳固连接，以将膜片52夹紧固定在压紧件53与台阶面512之间。

正如以上所述，安全阀5的膜片52在使用中会因设定值的压差而破裂，因而导致安全阀5失效。为此，可以将上述压紧件53设置为可拆卸地连接至阀座51上，以在膜片52破裂后仅需更换该膜片52即可，无需更换整个安全阀5。例如，在图示实施方式中，中间通道511的与台阶面512的外缘相邻的部分形成有内螺纹，压紧件53形成有外螺纹以能够螺接至中间通道511内并由台阶面512限定连接位置。从而，可以通过将压紧件53从阀座51上拆下而更换膜片52。

此处，为了便于拆下压紧件53，可以在其上形成有用于与拆装工具配合的螺纹拆装配合结构。该螺纹拆装配合结构可以形成为各种适当的形式，如内孔形成为内六角形以便利用内六角扳手进行拆装；或者，在压紧件53的背向台阶面512的端面形成用于拆装工具的结构，如一字型凹槽，即在环形形状的压紧件53的背向台阶面512的端面上形成位于同一直线上的两个凹槽部分，以能够利用一字螺丝刀等工具进行拆装。

重要地，本发明的安全阀5用于在测试腔31内压力过高时开启以释放压力，然而，在测试腔31内的压力较小时应当保持相对的封闭性，以具有较高的测试准确度，为此，需要使安全阀5在开启之前具有较好的密封性。在本发明一种较为优选的实施方式中，阀座51的台阶面512和压紧件53的朝向台阶面512的端面中的至少一者上可以形成有凹槽部512，另一者上形成有与该凹槽部5121匹配的凸起部531。从而，当压紧件53连接为抵靠在台阶面512上时，可以将膜片52压入凹槽部5121内，避免测试腔31内的气体通过该连接部位外溢。

通过连接在设备壳体3上的上述安全阀5，可以在测试腔31内的气压达到预定值时，使安全阀5在压差作用下打开(膜片52破裂)，以连通测试腔31与设备壳体3外部的空间，释放测试腔31内压力，通过限定其最高容许压力而避免压力过高导致的安全性事故。

摄像装置

结合图1、图2、图6a和图6b，本发明优选实施方式的电池测试设备中，可以在设备壳体3上安装摄像装置6，用于观测测试腔31内的测试状态。

该摄像装置6可以包括套管63，该套管63的一端设置有摄像头64并形成有从该摄像头64贯穿延伸至另一端的控制线孔61，例如，可以在形成有贯穿的控制线孔61的一端安装摄像头64，则另一端可以作为控制线引入口62，控制线能够通过该控制线引入口62引入至控制线孔61中并与摄像头64连接，以便于通过该摄像头64观测被测电池在测试过程中的变化情况。此处，套管63可以对控制线起到一定保护作用。

正如以上所述，在电池测试过程中，设备壳体3及其测试腔31具有较为恶劣的测试环境，如高温、高压等，这容易对摄像头64、控制线等造成损坏，且不便于清楚地观测测试状态。为此，本发明分别提供了相应优选方案。

为了对控制线提供较好的保护，避免或减少腐蚀，套管63可以为不锈钢套管，以具有较长的使用寿命。该套管63的靠近控制线引入口62的外周面部分可以形成为朝向该控制线引入口62方向渐缩的锥台形形状，以具有较高的结构强度。尽管可以提供多种方式进行保护，但摄像装置6仍属于电池测试设备中的易损件，为便于更换或维修，可以使其可拆卸地连接于设备壳体3上。例如，可以在套管63的靠近摄像头64的一端外周面部分上形成外螺纹部631，以能够螺纹连接至设备壳体3并使摄像头64伸入至设备壳体3内进行观测。

在正常测试过程中，测试腔31内应当保持相对的封闭性，以具有较高的测试准确度，应尽量减小摄像装置6连接导致的密封性问题。为此，可以在套管63上形成与外螺纹部631相邻且朝向摄像头64一侧的台阶部632，该台阶部632上设置有密封环65，从而可以通过使台阶部632朝向设备壳体3压紧而利用密封环65密封地连接至设备壳体3上。该密封环65可以具有各种适当的材料，只要其具有较高的耐腐蚀性、耐压耐高温特性，典型地，该密封环65可以为聚四氟乙烯密封环。

在电池测试过程中，测试腔31内常常烟雾缭绕，导致利用普通摄像头无法清楚观测测试状况。为此，本发明采用红外摄像头，从而不仅能够在测试腔31内存在烟雾时进行观测，还能够方便地获得被测电池的放电、内部反应等状态信息。摄像头4由于需要朝向测试腔31内，面临相对更恶劣的测试环境，为此，可以使其具有石英玻璃外罩，以能够耐受高温、高压环境，延长使用寿命。

通过连接在设备壳体3上的上述摄像装置6，可以观测电池测试过程中的放电、内部反应及电池发生安全问题时的状态，解决烟雾环境下无法清楚拍摄测试腔31内部情况的问题，从而便于更全面地获知电池测试信息。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。