一种能够同时测量电池压力和厚度的测量装置

1.本发明属于电气技术领域，具体涉及一种能够同时测量电池压力和厚度的测量装置。


背景技术：

2.为了对电池进行约束以及提高电池包的能量密度，锂离子动力电池在成组时会对电池模组施加一定的预紧力，从而使电池包中各电池单体之间产生沿成组方向的压力。同时，锂电池在充放电时由于锂离子的嵌入和脱出会引起电极的膨胀和回缩，大倍率充电时的温升也会引起热膨胀，电池的厚度变化在固定装置的约束下也转化为变化的电池间压力。
3.然而研究发现，外部压力对电池的阻抗和循环寿命都存在巨大的影响，因此，测试电池模组最佳预紧力的大小，探究电池模组中电池间压力的演变规律，模拟整个电池模组全生命周期的厚度变化对提高电池系统的能量密度、安全性和循环寿命都具有重要意义。
4.现有的电池间压力和厚度测量装置主要包括两种加压方式。一种是通过伺服电机控制给电池施加的压力，伺服电机成本太高且结构过于复杂，难以在大批量的电池老化实验中进行应用。另一种是通过手动调整螺栓在螺杆上的位置对电池进行加力，手动螺栓加力无法测量电池厚度，这种方式随着实验的长期进行会因为螺纹的老化和变形导致实验误差，电池厚度和电池间压力的测量精度较差。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能够同时测量电池压力和厚度的测量装置，以简单的结构和较低的制造成本实现电池厚度(微米级)和电池间压力的高精度的同时测量，满足电池加压老化及特性测试在实际中大批量同时进行需求，减小电池测试耗费的时间和资源。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.本发明公开的一种能够同时测量电池压力和厚度的测量装置，包括：安装支架、位移传感测试组件和预紧机构；
8.所述位移传感测试组件设于安装支架外部，且能够沿着所述安装支架竖直方向移动；
9.所述预紧机构设于所述安装支架内腔中，包括定位螺栓、第一限位板、第二限位板和第三限位板，在第一限位板和第二限位板之间设有弹性件，所述第一限位板、第二限位板与第三限位板上均开设有与定位螺栓配合的通孔，第一限位板、弹性件和第二限位板通过定位螺栓固定安装于支架内腔中，第三限位板与所述安装支架上端面连接；
10.待测电池置于所述安装支架的内腔中，待测电池的上端与第二限位板接触，在安装支架的内腔底部设有压力传感器，压力传感器上端固定有压力传感器上端板，待测电池与压力传感器上端板之间的空腔用于填充垫片。
11.优选地，所述定位螺栓由方形头螺栓和方形螺母组成，第一限位板、第二限位板与第三限位板上开设有供该方形头螺栓通过的通孔。
12.进一步优选地，所述第二限位板底部开设有用于供方形头螺栓旋转卡入的凹槽，弹性件、第一限位板和第二限位板通过方形头螺栓和螺母固定在安装支架的内腔上部。
13.优选地，所述位移传感测试组件包括磁性件，所述磁性件设置在安装支架的外壁。
14.进一步优选地，磁性件有两个，对称设置在安装支架的外壁两侧。
15.进一步优选地，所述位移传感测试组件还包括位移传感器和位移传感器支架，所述位移传感器支架与所述磁性件连接，位移传感器固定在位移传感器支架上。
16.优选地，所述磁性件为磁铁。
17.优选地，所述弹性件为弹簧。
18.优选地，通过更换弹簧刚度实现测量装置的刚度可调。
19.优选地，通过更换垫片的厚度实现预紧力可调。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本发明公开的能够同时测量电池压力和厚度的测量装置，在结构简化方面，将待测电池置于安装支架的内腔中，在安装支架的外部设有位移传感测试组件，在安装支架内腔底部设置压力传感器，在安装支架的内腔上部设置预紧机构，压力传感器和待测电池之间可以填充不同厚度的垫片，该预紧机构通过创新的结构设计为弹性件上拉结构，使得压力施加不需要通过电机进行控制，只需要将弹性件上拉后更换不同厚度的垫片即可实现压力的调整，从而通过压力传感器测试获得电池组的压力数据，通过位移传感测试组件测得电池组的厚度数据。而在测量精度保障方面，当通过上述创新的预紧机构施加完预紧力后，测量装置中电池间压力的演变只与电池厚度变化有关，避免了通过螺纹结构维持施加压力时因螺纹变形、磨损和滑动引起的电池间压力变化，减小了试验误差。因此可以实现同时测量电池间压力和电池厚度变化的目的，并且预紧机构、待测电池和压力传感器沿同一轴心线装配，避免了压力不均，保障了位移测量的准确性。
附图说明
22.图1为本发明的能够同时测量电池压力和厚度的测量装置的结构示意图；
23.图2为预紧机构的结构示意图；
24.其中，测量装置100；安装支架10；位移传感测试组件20，磁性件201，位移传感器支架202，位移传感器203；预紧机构30，定位螺栓301，第一限位板302，第二限位板303，第三限位板304；弹簧40；待测电池50；压力传感器60，压力传感器上端板601，垫板602。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
28.如图1和图2所示，根据本发明一些实施例的能够同时测量电池压力和厚度的测量装置100，测量装置100包括：安装支架10、位移传感测试组件20和预紧机构30，其中，位移传感测试组件20设置在安装支架10外部，位移传感测试组件20沿着安装支架10竖直方向移动，便于测量电池的厚度；预紧机构30设置在安装支架10内腔上，预紧机构30包括：定位螺栓301、第一限位板302和第二限位板303，其中，第一限位板302与第二限位板303开设有通孔，便于定位螺栓301与通孔配合；测量装置100还包括：弹性件和压力传感器60，弹性件设置在第一限位板302和第二限位板303之间，待测电池50设置在安装支架10的内腔，其与第二限位板303连接，压力传感器60设置在远离第二限位板303的一侧，压力传感器60用于测量待测电池50承受的压力。用于测量电池压力和厚度的测量装置100还包括压力传感器上端板601，压力传感器上端板601设置在压力传感器60上，便于预紧力均匀的传递到压力传感器60上。压力传感器上端板601设有垫板602，通过更换不同厚度的垫板602，调节电池50的高度，保证预紧力的大小合适。
29.根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，通过测量装置100同时测量电池间压力和电池厚度变化，实现了测量数值的准确性，通过确定待测电池50之间最佳预紧力的大小和电池之间压力的演变规律，从而提高了电池系统的能量密度、安全性和循环寿命。
30.根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，第一限位板302、弹性件、第二限位板303通过定位螺栓301将其连接在安装支架10的上腔，通过旋转定位螺栓301，测量待测电池50的压力，从而判断预紧力的大小，例如，定位螺栓301向下旋转时，第一限位板302推动弹性件，使弹性件伸长并向下挤压待测电池50，通过压力传感器60测量压力并读取数值，从而判断施加的预紧力大小。
31.如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，第二限位板303开设有凹槽，定位螺栓301通过旋转与凹槽配合，一方面避免预紧力大小不适合，有利于待测电池50压力的多次测量，重新判断预紧力大小，例如，当预紧力大时，需要旋转螺母拉伸定位螺栓301带动第二限位板303向上移动，第一限位板302限制弹性件上移；当预紧力小时，需要旋转螺母拉伸定位螺栓301带动第二限位板303向下移动，从而测得压力传感器60的数值，重复该步骤直至预紧力达到预先设定的预紧力。另一方面便于压紧弹性件，例如，将定位螺栓301头部插入第二限位板303通孔，旋转90度后卡入第二限位板303底部的凹槽，将第二限位板303向上拉升从而压紧弹性件。
32.需要说明的是，定位螺栓301的头部为方形，便于与第二限位板303上的凹槽配合，便于向上拉升，此外，定位螺栓301的头部也可以为其他形状，例如，梅花形也可以实现同样的效果。
33.根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，安装支架10上端开设有通孔，定位螺栓301与通孔配合，保证定位螺栓301与通孔之间的同轴度，避免压力不均匀。
34.如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，预紧机构30还包括第三限位板304，第三限位板304与安装支架10上端面连接，第三限位板304开设有通孔，通孔与定位螺栓301配合，从而将第三限位板304固定在安装支架10上，保证了安装支架10、第三限位板304、定位螺栓301之间的同轴度。
35.如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，位移传感测试组件20包括：磁性件201，磁性件201设置在安装支架10的外侧，便于调节待测电池50的高度或者弹性件的高度，也就是说磁性件201的位置由待测电池50的高度或者弹性件的高度来决定。
36.所述位移传感测试组件20还包括：位移传感器支架202和位移传感器203，位移传感器支架202与磁性件201连接，位移传感器203固定在远离压力传感器60一侧的位移传感器支架202上，也就是说，调整磁性件201在竖直方向的位置，使位移传感器203的测量头与弹性件下端第二限位板303接触，从而测量弹性件下端第二限位板303与安装支架10的相对位移。
37.进一步付，根据本发明实施例的用于测量电池压力和厚度的测量装置100，弹性件为弹簧40，便于预紧力的均匀，保证位移和压力测量的准确性。
38.本发明的能够同时测量电池压力和厚度的测量装置，在测量时：
39.根据试验目的确定弹簧40刚度，如果需要对电池施加恒定大小的压力，则选择刚度小的弹簧40，如果需要模拟电池包的内的加载情况，则根据电池包的等效刚度选择弹簧40。
40.首先，定位螺栓301以头部向下的形式，通过安装支架10上端开口插入，沿着弹簧40上端第一限位板302的通孔和弹簧40内部，将定位螺栓301头部插入弹簧40下端第二限位板303通孔，旋转90度后卡入弹簧40下端第二限位板303底部的凹槽，通过进给卡在第三限位板304上端面的螺母，将弹簧40下端第二限位板303向上拉升从而压紧弹簧40；
41.其次，在压力传感器上端板601上放置待测电池50单体或电池组，待测电池上端与弹簧40下端之间的空腔通过垫板602填补；进一步，将螺母从定位螺栓301上旋下，使弹簧40伸长并向下挤压待测电池50，然后读取压力传感器60数值，判断施加的预紧力大小；
42.进一步，若预紧力大小不合适，重新将弹簧40下端第二限位板303向上拉升，更换不同厚度的垫板602后再次将螺母旋下，读取压力传感器60数值，重复该步骤直至预紧力为预先设定的预紧力；
43.进一步，调整磁性件201在竖直方向的位置，使位移传感器203的测量头与弹簧40下端第二限位板303接触，从而测量弹簧40下端第二限位板303与安装支架10的相对位移；进一步，通过充放电设备对电池10进行充放电，采集电压、电流和温度数据；
44.最终，根据充放电设备和传感器采集的电压、电流、温度、压力和位移信号，获取在不同的测试工况下，电池间压力和电池厚度的变化。
45.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书
的保护范围之内。