动力电池膨胀测量装置的制作方法

本发明涉及动力交通工具技术，尤其涉及一种动力电池膨胀测量装置。

背景技术：

随着新能源汽车在我国汽车行业的数量迅速增长，锂离子动力电池已经成为发展电动汽车的关键。在软包装锂离子电池生命周期内，锂离子动力电池随着充放电的循环进行，电池体积会呈现一定比例的膨胀；而体积的膨胀往往伴随着电池厚度的增加，这种厚度的变化对锂离子电池的寿命和电池成组造成非常不利的影响。因此，抑制电池在生命周期内体积过快的膨胀成为了电池包设计的关键。为了抑制电池体积膨胀过快，测量电池的膨胀程度成为目前研发人员重点研究的课题。

现有技术中，经常通过内压监测装置以及外压监测装置分别监测电芯壳体的内部的气体受力变化以及电芯壳体因膨胀对外界的施力变化，来获得电池的体积膨胀程度。

但是，现有技术的测量电池体积膨胀的方法，无法为研发人员确定电池电芯与电池电芯间的预留间隙及弹性填充材料提供准确的参考。

技术实现要素：

本发明提供一种动力电池膨胀测量装置，用以解决现有技术中测量电池体积膨胀时，其测量结果无法为研发人员确定电池电芯与电池电芯间的预留间隙及弹性填充材料提供准确的参考的技术问题。

第一方面，本发明提供一种动力电池膨胀测量装置，包括：第一受力板、第二受力板、第三受力板、弹性装置、位移测量装置和压力测量装置；

其中，所述第二受力板和所述第三受力板均位于所述第一受力板的正下方，且所述第二受力板位于所述第一受力板和所述第三受力板之间，所述第二受力板与所述第三受力板之间具有一容纳电池电芯的空间；所述弹性装置的一端固定在所述第一受力板朝向所述第二受力板的一面，所述弹性装置的另一端固定在所述第二受力板朝向所述第一受力板的一面，所述第一受力板在压力作用下压缩所述弹性装置并朝向所述第二受力板的方向运动；

所述位移测量装置的两端分别垂直固定在所述第一受力板和所述第二受力板上，用于测量在所述压力作用下所述弹性装置的第一形变量，以及测量在所述电池电芯膨胀时所述弹性装置的第二形变量；所述压力测量装置固定在所述第三受力板的底部，用于测量所述电池电芯的膨胀力。

进一步地，所述弹性装置为弹簧。

更进一步地，所述位移测量测量装置为位移传感器。

更进一步地，所述压力测量装置为压力传感器。

进一步地，所述第一受力板和所述第二受力板通过直线轴承组连接。

更进一步地，施力装置，所述施力装置用于向所述第一受力板施加压力，并在所述压力达到预设压力时停止施压。

更进一步地，所述施力装置包括：丝杠控制装置、顶板、丝杠和丝杠安装板；

所述丝杠控制装置固定在所述顶板上，并与所述丝杠的一端连接；所述丝杠的另一端固定在所述丝杠安装板上；

所述丝杠安装板位于所述第一受力板的正上方，并与所述第一受力板可伸缩连接；

所述丝杠控制装置，用于控制所述丝杠朝向所述丝杠安装板的方向运动，以带动所述丝杠安装板朝向所述第一受力板的方向运动，以使所述第一受力板朝向所述第二受力板的方向运动。

可选的，所述丝杠控制装置为手轮。

更进一步地，所述装置还包括：盖板、底板和两个侧板，所述盖板、所述底板和所述两个侧板构成一容纳空间，所述第一受力板、所述第二受力板、所述第三受力板均位于所述容纳空间中，且所述第三受力板固定在所述底板上；

所述丝杠安装板位于所述盖板的正上方，并通过所述盖板上的通孔与所述第一受力板可伸缩连接。

本发明提供的动力电池膨胀测量装置，通过自上而下设置第一受力板、第二受力板和第三受力板，并在第一受力板和第二受力板之间设置弹性装置和位移测量装置，以及在第三受力板的底部设置压力测量装置，从而使得第一受力板在受到一定的压力时，能够压缩弹性装置并朝向第二受力板的方向运动，通过位移测量装置测量得到弹性装置的第一形变量从而得到当前的压力，与此同时，在该压力不变的前提下，对电池电芯进行充放电循环，使得电池电芯膨胀产生的膨胀力向上推动第二受力板，从而使得第二受力板压缩上述弹性装置，再次通过位移测量装置测得该弹性装置的第二形变量，此时位于第三受力板底部的压力测量装置也可以测得电池电芯的膨胀力。基于此，本发明的动力电池膨胀测量装置可以获得不同的压力下电池电芯的膨胀力和电池电芯的膨胀厚度之间的对应关系，进而为研发人员提供较好的参考，以使研发人员在实际设计动力电池时，能够基于该对应关系很好的抑制电池电芯充放电的膨胀及生命终止阶段的膨胀，大大提高了动力电池的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例二的结构示意图；

图3为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例三的结构示意图；

图4为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的正视图；

图5为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的左视图；

图6为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的俯视图；

图7为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的立体结构示意图。

附图标记：

11：第一受力板；12：第二受力板；13：第三受力板；

14：弹性装置；15：位移测量装置；16：压力测量装置；

17：容纳电池电芯的空间；141：弹性装置的一端；

142：弹性装置的另一端；10：直线轴承组；18：施力装置；

181：丝杠控制装置；182：顶板；183：丝杠；

184：丝杠安装板；21：丝杠的一端；22：丝杠的另一端；

23：手轮；24：盖板；25：底板；

26：侧板；27：盖板上的通孔。

具体实施方式

本发明实施例提供的动力电池，可以适用于任意的电动交通工具，例如电动车、电动汽车、电动轨道车辆等，还可以适用于其他需要电池提供动力或者能源的设备。另外，本发明涉及的动力电池，可以是锂离子电池包，还可以是其他材质的电池包，本实施例对此并不做限定。

目前，在电池包生命周期内，动力电池随着充放电的循环进行，电池体积会呈现一定比例的膨胀；而体积的膨胀往往伴随着电池厚度的增加，这种厚度的变化对动力电池的寿命和电池成组造成非常不利的影响。为了提高电池包的运行安全，电池电芯充放电的膨胀及生命终止阶段的膨胀给电池包结构设计提出了非常高的要求，如果没有充分的抑制膨胀设计，电池包在运行过程中结构件可能会被过大的膨胀力作用变形，从而造成绝缘故障、电池漏液甚至爆炸起火等一系列的严重安全隐患，对乘客的生命安全造成了巨大的威胁，因此在进行一款电池包设计前，掌握电池电芯在生命周期内的膨胀力及厚度变化显得非常必要。

但是，现有技术中经常通过内压监测装置以及外压监测装置分别监测电芯壳体的内部的气体受力变化以及电芯壳体因膨胀对外界的施力变化，来获得电池的体积膨胀程度。由于在电池包实际设计过程中，电池电芯往往会受到不同的压紧力的作用，而电池电芯在不同的压紧力作用下呈现出的膨胀程度往往不同，即电池电芯的膨胀厚度不同，现有技术这种测量膨胀的方式无法测量电池电芯在一定的压紧力束缚下，电池电芯膨胀后的厚度的变化，即无法得知压紧力和电池膨胀厚度之间的实际对应关系，从而无法为研发人员确定电池电芯与电池电芯间的预留间隙及弹性填充材料提供准确的参考。

本发明提供的动力电池膨胀测量装置，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例一的结构示意图。如图1所示，该装置包括：第一受力板11、第二受力板12、第三受力板13、弹性装置14、位移测量装置15和压力测量装置16；

其中，所述第二受力板12和所述第三受力板13均位于所述第一受力板11的正下方，且所述第二受力板12位于所述第一受力板11和所述第三受力板13之间，所述第二受力板12与所述第三受力板13之间具有一容纳电池电芯的空间17；所述弹性装置14的一端141固定在所述第一受力板11朝向所述第二受力板12的一面，所述弹性装置14的另一端142固定在所述第二受力板12朝向所述第一受力板11的一面，所述第一受力板11在压力作用下压缩所述弹性装置14并朝向所述第二受力板12的方向运动；

所述位移测量装置15的两端分别垂直固定在所述第一受力板11和所述第二受力板12上，用于测量在所述压力作用下所述弹性装置14的第一形变量，以及测量在所述电池电芯膨胀时所述弹性装置14的第二形变量；所述压力测量装置16固定在所述第三受力板13的底部，用于测量所述电池电芯的膨胀力。

具体的，本实施例中的动力电池包括多个电池电芯，该动力电池膨胀测量装置实际上测量的是动力电池的电池电芯在充放电循环过程中的膨胀厚度(即电池电芯膨胀后的厚度，本发明实施例简称电池电芯的膨胀厚度)。在动力电池的实际设计时，电池电芯和电池电芯之间往往会预留一定的间隙并在该间隙中填充一些弹性材料，这样使得电池电芯膨胀时具有一定的膨胀空间，且电池电芯的膨胀力被弹性材料所吸收。由于动力电池的实际设计时电池电芯经常会受到不同的压紧力作用，而电池电芯在不同的压紧力作用下其膨胀厚度是不同的，因此，如果获取到不同的压紧力作用下电池电芯的膨胀厚度，无疑为研发人员在预留电池电芯和电池电芯之前的孔隙以及填充何种材质的弹性材料提供了很好的参考，本发明实施例提供的动力电池膨胀测量装置旨在获取不同的压紧力作用下电池电芯的膨胀厚度。

参见图1所示，该动力电池膨胀测量装置自上而下包括第一受力板11、弹性装置14、位移测量装置15、第二受力板12、第三受力板13和压力测量装置16，其中，弹性装置14和位移测量装置15均位于第一受力板11和第二受力板12之间，且第二受力板12与所述第三受力板13之间具有一容纳电池电芯的空间17，实际上电池电芯放置在第三受力板13上。可选的，该弹性装置14可以有任一在压力作用下具有弹性形变的柔性材料，该弹性装置14可以为4个，分别设置在所述第一受力板11和第二受力板12的四个顶角位置处，以保持第一受力板11在压力作用下向下压缩该弹性装置14并朝向第二受力板12运动时的平稳性。

上述位移测量装置15一端可以固定在第一受力板11上，该位移测量装置15的另一端可以固定在第二受力板12上，且该位移测量装置15垂直于第一受力板11和第二受力板12；可选的，该位移测量装置15的两端可以分别垂直固定在第一受力板11的侧壁和第二受力板12的侧壁上，还可以分别垂直固定在第一受力板11的底部(即第一受力板11朝向第二受力板12的一面上)和第二受力板12朝向第一受力板11的一面，只要保证位移测量装置15垂直于第一受力板11和第二受力板12，能够测量出第一受力板11在压力作用下朝向第二受力板12向下运动的位移、以及能够测量出在电池电芯膨胀时膨胀力推动第二受力板12向上运动的位移即可。可选的，该位移测量装置15可以为量尺、游标卡尺等工具。

上述压力测量装置16位于第三受力板13的底部，该第三受力板13可以固定在地面或者固定在其他的平板上，只要确保第三受力板13位置固定不会发生移动即可，这样当电池电芯在充放电循环过程中产生的向外膨胀力就可以被压力测量装置16测量得到。可选的，该压力测量装置16可以为任意的能够测量力的装置，本实施例对此并不做限定。

上述动力电池膨胀测量装置的具体工作过程如下：

当第一受力板11受到一定的压力时，该第一受力板11压缩上述弹性装置14，从而带动第二受力板12向下运动并与电池电芯接触。此时保持压力不变，即保持第二受力板12的位置不变，通过位移测量装置15测得该弹性装置14的第一形变量，从而根据胡克定律F＝K*X，得到第一受力板11受到的压力，即得到电池电芯当前受到的压力。保持当前的压力不变，将电池电芯连接好动力测试线，使得电池电芯在当前压力下开始进行充放电，电池电芯膨胀时产生的膨胀力使第二受力板12上行压缩上述弹性装置14，弹性装置14向上收缩后，位移测量装置15可以测得弹性装置14的第二形变量，该第二形变量实际上就是电池的膨胀厚度，同时，位于第三受力板13底部的压力测量装置16可以测得此时的电池电芯的膨胀力。也就是说，通过上述过程，可以获得在当前压力下，电池电芯的膨胀力以及该膨胀力引发的电池电芯的厚度变化(即该膨胀力对应的电池电芯的膨胀厚度)。

基于上述的工作原理，可以对第一受力板11施加不同的压力，测量得到不同压力下，电池电芯的膨胀力和电池电芯的膨胀厚度之间的对应关系，从而为研发人员提供较好的参考，以使研发人员在实际设计动力电池时，能够基于该对应关系很好的抑制电池电芯充放电的膨胀及生命终止阶段的膨胀，例如在相邻的两个电池电芯之间预留合适的孔隙，并填充相应的弹性填充材料，以吸收电池电芯的膨胀力。

本发明提供的动力电池膨胀测量装置，通过自上而下设置第一受力板、第二受力板和第三受力板，并在第一受力板和第二受力板之间设置弹性装置和位移测量装置，以及在第三受力板的底部设置压力测量装置，从而使得第一受力板在受到一定的压力时，能够压缩弹性装置并朝向第二受力板的方向运动，通过位移测量装置测量得到弹性装置的第一形变量从而得到当前的压力，与此同时，在该压力不变的前提下，对电池电芯进行充放电循环，使得电池电芯膨胀产生的膨胀力向上推动第二受力板，从而使得第二受力板压缩上述弹性装置，再次通过位移测量装置测得该弹性装置的第二形变量，此时位于第三受力板底部的压力测量装置也可以测得电池电芯的膨胀力。基于此，本发明的动力电池膨胀测量装置可以获得不同的压力下电池电芯的膨胀力和电池电芯的膨胀厚度之间的对应关系，进而为研发人员提供较好的参考，以使研发人员在实际设计动力电池时，能够基于该对应关系很好的抑制电池电芯充放电的膨胀及生命终止阶段的膨胀，大大提高了动力电池的安全性。

在上述图1所示实施例的基础上，可选的，上述弹性装置14可以为弹簧，该弹簧可以为扭转弹簧、拉伸弹簧、压簧等，本实施例对弹簧的类型并不做限定。

可选的，上述位移测量装置15可以是位移传感器，上述压力测量装置16可以是压力传感器。

图2为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例二的结构示意图。在上述实施例的基础上，该装置还可以包括一施力装置18，用于向上述第一受力板11施加压力，并在所述压力达到预设压力时停止施压。可选的，上述第一受力板11和第二受力板12之间通过直线轴承组10连接。

具体的，本实施例中，该施力装置18可以为通过相应的控制指令控制的施力装置18，例如，通过计算机控制的能够施加压力的装置，本实施例对施力装置18的具体形式并不做限定，只要其能够向第一受力板11施加压力，并且可以在压力达到预设压力时停止施压即可，即本实施例的施力装置18在施加的压力达到预设压力值时，可以主动保持当前的压力不变，为测量电池电芯的膨胀力和膨胀厚度提供良好的压力环境。

另外，本实施例中，第一受力板11和第二受力板12之间通过直线轴承组10连接，当施力装置18向第一受力板11施加压力时，第一受力板11可以在该直线轴承组10的导向作用下向下平稳运动，并压缩弹簧，提高了第一受力板11向下运动的平稳性。

本发明提供的动力电池膨胀测量装置，通过施力装置向第一受力板施加压力，使得第一受力板在该压力作用下向下压缩弹簧促使第二受力板向下运动与电池电芯接触，通过直线轴承组的导向作用，提高了第一受力板向下运动的平稳性；同时，施力装置向第一受力板施加压力，可以确保所施加的压力的稳定性，并且在所施加的压力时达到预设压力时主动停止施压，使得电池电芯可以在当前压力保持不变的状态下进行充放电，避免了电池电芯充放电时压力变化导致最后测量得到的电池电芯膨胀力和电池厚度与压力对应不准确的情况发生，大大提高了测量不同压力下电池电芯的膨胀力和膨胀厚度之间的对应关系的准确性。

图3为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例三的结构示意图。在上述实施例的基础上，进一步地，上述施力装置18包括：丝杠控制装置181、顶板182、丝杠183和丝杠安装板184；所述丝杠控制装置181固定在所述顶板182上，并与所述丝杠183的一端21连接；所述丝杠183的另一端22固定在所述丝杠安装板184上；所述丝杠安装板184位于所述第一受力板11的正上方，并与所述第一受力板11可伸缩连接；所述丝杠控制装置181，用于控制所述丝杠183朝向所述丝杠安装板184的方向运动，以带动所述丝杠安装板184朝向所述第一受力板11的方向运动，以使所述第一受力板11朝向所述第二受力板12的方向运动。

具体的，本实施例，上述施力装置18自上而下包括丝杠控制装置181、顶板182、丝杠183和丝杠安装板184，如图3所示，该丝杠控制装置181固定在顶板182上，且丝杠控制装置181的一端穿过所述顶板182与丝杠183的一端21连接，该丝杠控制装置181可以控制丝杠183向下运动。可选的，该丝杠控制装置181可以为能够套设丝杠183的一端21的扳手，还可以为手轮23，该手轮23可以具有一手柄和一用于套接上述丝杠183的一端21的盲孔，通过手柄旋转手轮23，该丝杠183就可以向下运动。

需要说明的是，丝杠183的另一端22(即丝杠183的螺母)可以固定在位于第一受力板11正上方的丝杠安装板184上，由于该丝杠安装板184与第一受力板11可伸缩连接，例如可以通过相应的活塞缸体连接等，当旋转手轮23时，丝杠183下行，由于丝杠183的另一端22固定在丝杠安装板184上，因此，丝杠安装板184也下行，另外，由于丝杠安装板184与第一受力板11之间可伸缩连接，因此，丝杠安装板184向下运动时下压第一受力板11向下运动，此时第一受力板11受到一定的压力(此时的压力的值为未知数)。由于第一受力板11和第二受力板12之间设置有弹簧，当第一受力板11向下运动时，压缩弹簧，带动第二受力板12向下运动。继续旋转手轮23，直至第二受力板12与放置在第三受力板13上的电池电芯接触，停止转动手轮23，保证施加在电池电芯上的压力恒定(该压力与当前弹簧的第一形变量有关，通过胡克定律F＝K*X得到当前的压力，其中，X为第一形变量)，当前通过位移传感器测量弹簧的压缩量为第一形变量，然后清空该位移传感器上的数值。将电池电芯连接好动力测试线，开始电池电芯的充放电过程，电池电芯膨胀时第二受力板12在膨胀力的作用下向上移动，此时可以读取位移传感器上的显示值(即弹簧的第二形变量，该第二形变量即就是电池电芯的膨胀厚度)，另外，由于电池电芯体积膨胀时对第三受力板13产生压力(该压力即为膨胀力)，该压力可以通过位于第三受力板13底部的压力传感器读取。基于上述过程，可以通过旋转手轮23改变施加在电池电芯上的压力，从而得到不同压力下电池电芯的膨胀力和电池电芯的膨胀厚度之间的关系。

本发明提供的动力电池膨胀测量装置，通过旋转手轮控制施加在电池电芯上的压力，并通过停止转动手轮来使得当前施加在电池电芯上的压力保持不变，从而为测量电池电芯在当前压力下进行充放电循环时的膨胀力和膨胀周度提供了良好的压力环境，避免了电池电芯充放电时压力变化导致最后测量得到的电池电芯膨胀力和电池厚度与压力对应不准确的情况发生，大大提高了测量不同压力下电池电芯的膨胀力和膨胀厚度之间的对应关系的准确性；另外，本发明提供的动力电池膨胀测量装置，操作方式简单，提高了电池电芯的膨胀测量效率，也节省了人力成本。

图4为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的正视图，图5为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的左视图，图6为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的俯视图，图7为本发明提供的动力电池膨胀测量装置实施例四的立体结构示意图。在上述实施例的基础上，上述动力电池膨胀测量装置还可以包括盖板24、底板25和两个侧板26，所述盖板24、所述底板25和所述两个侧板26构成一容纳空间，所述第一受力板11、所述第二受力板12、所述第三受力板13均位于所述容纳空间中，且所述第三受力板13固定在所述底板25上；

所述丝杠安装板184位于所述盖板24的正上方，并通过所述盖板24上的通孔27与所述第一受力板11可伸缩连接。

具体的，参见图4至图7所示，盖板24、底板25和两个侧板26构成一容纳空间，上述第一受力板11、第二受力板12和第三受力板13均位于该容纳空间中，当然，上述弹簧、位移传感器、压力传感器也位于该容纳空间中，另外，上述第三受力板13固定在底板25上。并且，该盖板24上具有四个通孔27，上述丝杠安装板184位于盖板24的正上方，并通过盖板24上的四个通孔27与第一受力板11可伸缩连接。在图4至图7中，底板25的底部设置有四个支撑座，用于支撑该动力电池膨胀测量装置，从而使得本实施例中的动力电池膨胀测量装置方便移动，可以满足用户的测量要求。

本发明提供的动力电池膨胀测量装置，通过将上述第一受力板、第二受力板和第三受力板容纳在盖板、底板和两个侧板构成的容纳空间中，同时将第三受力板固定在底板上，使得该动力电池膨胀测量装置方便移动，满足了用户的测量要求和美观要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。