电池膨胀力测试装置的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池膨胀力测试装置。


背景技术：

2.锂离子电池，在长期使用中，会发生膨胀，膨胀达到一定程度时可能会出现爆炸等风险。特别是作为电动汽车的动力来源，电池在安全可靠的状态下运行，对电动汽车的正常使用非常重要。具体的，由于锂离子在正负极材料中嵌入和脱出引起的晶胞体积膨胀不一致，锂离子电池的工作过程伴随着电极材料体积的变化，表现在极片的厚度变化。电池在循环使用过程中会逐渐老化，产生气体导致电池膨胀。厚度以及膨胀力的变化会对锂离子电池的性能(容量、循环寿命等)和电池模组造成不利的影响。因此，出于电池安全、可靠性和寿命考虑，电池研发过程中需要测试电池的膨胀力。
3.传统的测试方法主要将压力传感器放在电池外面，电池壳体的厚度和硬度对测试会造成干扰。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种电池膨胀力测试装置，以期在检测电池膨胀力的过程中消除壳体的厚度和硬度对测试带来的干扰。
5.本技术提供了一种电池膨胀力测试装置，其用于检测电池内部的膨胀力，所述电池包括壳体和芯体，所述壳体上开设有过线孔，所述芯体设置在所述壳体内，该电池膨胀力测试装置包括：
6.薄膜压力传感器，用于设置于所述芯体内部和/或设置于所述芯体与所述壳体之间；
7.监测设备，用于监测所述薄膜压力传感器的压力信息；
8.数据线，经所述过线孔贯穿所述壳体，所述数据线的一端与所述薄膜压力传感器连接，另一端与所述监测设备连接。
9.根据本技术提供的电池膨胀力测试装置，薄膜压力传感器内置于电池的壳体内部的不同位置，并且薄膜压力传感器通过数据线与外部的监测装置进行数据交互，可以直接获得电池壳体内部不同位置的压力信息，从而排出掉电池壳体的厚度和硬度对于膨胀力测试的干扰。
附图说明
10.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人
员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1示出了本技术实施例提供的电池膨胀力测试装置的立体结构示意图；
13.图2示出了本技术实施例提供的第一种电池膨胀力测试装置的爆炸结构示意图；
14.图3示出了本技术实施例提供的第二种电池膨胀力测试装置的爆炸结构示意图；
15.图4示出了本技术实施例提供的第三种电池膨胀力测试装置的结构示意图；
16.图5示出了本技术实施例提供的第四种电池膨胀力测试装置的结构示意图；
17.图6示出了本技术实施例提供的电池膨胀力测试装置中电池应用于电池模组或电池包的结构示意图。
18.附图标记：
19.100、电池；110、壳体；111、箱体；112、顶盖；120、芯体；130、过线孔；
20.200、薄膜压力传感器；
21.300、监测设备；
22.400、数据线；
23.500、夹具；510、第一夹板；520、第二夹板；530、杆件；540、紧固件；550、第三夹板；560、金属压力传感器；
24.600、缓冲件。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.如图1-4所示，本技术实施例提供的一种电池膨胀力测试装置，其用于检测电池100内部的膨胀力，其中电池100包括壳体110和芯体120，壳体110上开设有过线孔130，芯体120设置在壳体110内；电池膨胀力测试装置包括薄膜压力传感器200、监测设备300和数据线400。薄膜压力传感器200用于设置于芯体120内部和/或设置于芯体120与壳体110之间；监测设备300用于监测薄膜压力传感器200的压力信息；数据线400经过线孔130贯穿壳体110，数据线400的一端与薄膜压力传感器200连接，另一端与监测设备300连接，过线孔130通过密封件密封。
27.上面的实施方式中采用的薄膜压力传感器200可以自由弯曲，具有很好的柔韧度，压力检测灵敏，并且在尺寸上可以制作的特别薄，使其可以直接和被测量的表面进行接触，降低对电池100内部空间的占用，并迅速感知到压力的变化情况，可以快速把测得的压力信号输送至监测装置中。此外，为了适应电池100内部的工作环境，薄膜压力传感器200具有耐高温和耐酸碱腐蚀的特性。
28.在上面的实施方式中，薄膜压力传感器200用于设置在电池100的壳体110内部，通过薄膜压力传感器200可以直接获得电池100内部的压力数据，直接通过数据线400传输至外部的监测装置，可以通过监测装置直观的获得电池100内部的膨胀力数据。由于薄膜压力传感器200设置于壳体110内部，相比于相关技术中将压力测试装置设置在壳体110外的技术方案，能够排除掉壳体110的厚度和硬度对于膨胀力测试结果的干扰和影响，使得获得的
膨胀力数据更为精确。具体的，可以选择将薄膜压力传感器200设置在芯体120的内部，直接获取芯体120内部的压力信息；也可以如图3所示，将薄膜压力传感器200设置在壳体110与芯体120之间，直接获取壳体110与芯体120之间的压力信息；还可以选择在壳体110与芯体120之间，以及芯体120内部均设置薄膜压力传感器200，从而可以获得电池100的壳体110内多个位置的压力信息。
29.在上面的实施方式中，采用薄膜压力传感器200内置的方式可以直接精确的获取壳体110内的膨胀应力数据，可以采用电池膨胀力测试装置连续监测电池100壳体110内部的膨胀应力数据，根据连续监测的膨胀应力数据，可建立关系函数，用于预估计算电池100和模组soc、使用寿命，并可以用于预估和计算要预留的电池100内部空间、模组中电池100与电池100之间间隙，优化电池100在模组装配时所使用的约束力，从而为改善电池100在模组性能和寿命提供数据支持。
30.在上面的实施方式中，薄膜压力传感器200通过数据线400与监测装置实现数据交互，相较于无线传输的方式，可以提升数据交互的及时性和快速响应性。数据线400通过过线孔130穿过壳体110，过线孔130通过密封件密封，用于在壳体110内部形成密封的环境，从而使得薄膜压力传感器200获得的压力信息包含了壳体110内气体膨胀所造成的压力信息，使得测试数据更加贴近于电池100的工作实际，对于电池100的设计具有更为明确的指导意义。密封件优选为耐高温、耐酸碱腐蚀的密封胶，例如环氧树脂胶、高强ab胶。
31.可选地，壳体110可以设计为分体式的结构，例如图1-3所示，壳体110包括箱体111和顶盖112，箱体111为顶部开口的结构，顶盖112与箱体111的开口配合，芯体120设置于箱体111与顶盖112合围形成的腔体内，过线孔130可以开设在顶盖112上，即与壳体110内的薄膜压力传感器200连接的数据线400从顶盖112上引出。
32.在一些实施方式中，如图2和3所示，芯体120设置有多个，薄膜压力传感器200还用于设置于相邻的芯体120之间。通过在芯体120之间设置薄膜压力传感器200，可以精确的获得相邻芯体120之间的压力及压力变化的信息，可以用于预估和计算要预留的电池100内部芯体120与芯体120之间的间隙，优化电池100的结构和性能。
33.在一些实施方式中，芯体120为通过极片形成的卷芯。可选的，芯体120为通过极片以卷绕形式设置的卷芯，薄膜压力传感器200与极片贴合设置，在生产过程中，极片经卷绕机卷好后形成卷芯，将薄膜压力传感器200放入卷芯中，再将做好的卷芯进行热压、极耳超声焊等工序，然后用绝缘膜包住卷芯，放入电池100壳体110中。可选的，芯体120为通过极片以叠片形式设置的卷芯，薄膜压力传感器200与极片贴合设置，在生产过程中，极片经叠片机进行叠片的过程中，将薄膜压力传感器200放入卷芯中，再将做好的卷芯进行热压、极耳超声焊等工序，然后用绝缘膜包住卷芯，放入电池100壳体110中。无论是叠片形式形成的卷芯还是卷绕方式形成的卷芯，在将卷芯放入到壳体110内之后，将顶盖112钻孔形成过线孔130，薄膜压力传感器200的数据线400从过线孔130中穿出，以便与外界的监测设备300连接，钻孔处通过密封件连接，最后经过顶盖112激光焊接、气密检查、烘烤、注液、化成、补液、分容等一系列工序后，做成电池100。
34.薄膜压力传感器200内置于卷芯内部的情况下，可以精确测得与之贴合的极片表面上各点的膨胀力变化。薄膜压力传感器200优选平行于卷芯的大面进行设置，卷芯的大面应当理解为卷芯结构较大面积的表面，这样可以充分利用薄膜压力传感器200厚度薄面积
大的优势，实现与极片较大的接触面积，获得极片表面上多点的压力信息。
35.在上面的实施方式中，卷芯在其厚度方向形成若干层极片层叠设置的效果，当在某相邻两层极片设置薄膜压力传感器200之后，随着远离薄膜压力传感器200，其它层极片表面上各点的膨胀力变化，难以被该薄膜压力传感器200精确监测，随着电池100体积越来越大，卷芯也越来越厚，卷芯上远离薄膜压力传感器200的极片表面上的膨胀力变化也就越难被传感器精确监测到。基于此，如图3所示，为了获得卷芯上多层极片表面的膨胀力数据，可在卷芯放置多个薄膜压力传感器200，以便同时监测卷芯不同位置的膨胀力数据，即卷芯内设置有多个薄膜压力传感器200，多个薄膜压力传感器200在卷芯的厚度方向上间隔分布。此外，将众多的薄膜压力传感器200放入卷芯内，可以获得卷芯内众多层极片的膨胀力数据。根据测得的众多层极片的膨胀力数据，不仅可以获得对应极片表面的膨胀力信息，还可以形成卷芯的立体膨胀力数据，即由众多层极片表面的膨胀力数据，组成卷芯的立体膨胀力数据，以便用于电池100、卷芯、极片的膨胀变化的模拟仿真，优化电池100的设计及模组装配等。
36.在一些实施方式中，芯体120为单层极片或双层极片的形式，薄膜压力传感器200设置于壳体110与极片之间。可选的，芯体120仅为单层极片，此时电池100结构为半电池100或对称电池100，将薄膜压力传感器200内置于半电池100的壳体110中，与极片贴合。可选的，芯片为双层极片，具体包含正极片和负极片，此时电池100结构为全电池100，将薄膜压力传感器200内置于全电池100的壳体110与极片之间，且与极片贴合。充放电时极片厚度会发生变化，体现极片具有不同的膨胀，此时可以通过薄膜压力传感器200来测试极片的膨胀。为了测试便利，可以采用单层极片来进行测试。单层极片指的是只有1张正极片或1张负极片，在测试时增加一张锂片，形成正极片+隔膜+锂片的形式对正极片进行测量或者形成负极片+隔膜+锂片的形式对负极片进行测量。双层极片指的是包括一张正极片、一张负极片，形成正极片+隔膜+负极片的形式来测量极片膨胀。在本实施方式中，可精确测得单张极片上各点的膨胀力数据，该数据可应用于分析、表征浆料搅拌是否均匀、极片涂布是否均匀、电池100soc状态及极片是否析锂等指标。
37.需要说明的是，本技术中电池膨胀力测试装置中的电池100可以为硬包电池100也可以为软包电池100，硬包电池100的壳体110包括但不限于铝壳，软包电池100的壳体110包括但不限于铝塑膜，本技术中的数据线400将贯穿该铝壳或铝塑膜。
38.在一些实施方式中，如图4所述，电池膨胀力测试装置还包括夹具500，该夹具500包括第一夹板510、第二夹板520、杆件530和紧固件540，第一夹板510和第二夹板520套设在杆件530上，电池100设置于第一夹板510与第二夹板520之间，紧固件540与杆件530配合以将电池100夹紧于第一夹板510与第二夹板520之间。根据测试需求，可以将电池100至于第一夹板510和第二夹板520之间，通过紧固带锁紧后施加一定的总压力，然后根据电池100内置的薄膜压力传感器200获得电池100内部的膨胀力数据，通过二者的差值可以获得壳体110对膨胀力的影响。即将内置的薄膜压力传感器200与夹具500组合使用，可以将监测的电池100膨胀力进行校验和分解，从而获得壳体110内部的膨胀力数据以及壳体110对膨胀力的影响等。优选的，可以在夹具500与电池100的壳体110之间设置有薄膜压力传感器200，该薄膜压力传感器200也通过数据线400与监测设备300连接，可以精确获得夹具500对电池100施加的总压力。
39.具体的，杆件530可以为螺栓，螺栓平行设置有多个，例如本技术附图4所示，螺栓平行设置有四个，可以提升其与第一夹板510及第二夹板520配合的稳定性。紧固件540优选为与螺栓配合的螺母，第二夹板520与螺栓之间固定连接，第一夹板510与螺栓之间滑动配合，螺母在第一夹板510背离第二夹板520的一侧与螺栓配合，从而将电池100夹紧在第一夹板510和第二夹板520之间。本实施方式中，可以通过螺母的旋进位置来判断施加的总压力，当然也可以通过前述实施例中在夹具500与电池100之间设置薄膜压力传感器200的方式来获取更为精确的总压力。
40.在另外的实施方式中，如图5所示，夹具500包括该夹具500包括第一夹板510、第二夹板520、杆件530、紧固件540、第三夹板550和金属压力传感器560，第一夹板510、第二夹板520和第三夹板550均套设在杆件530上，电池100设置于第一夹板510与第二夹板520之间，紧固件540与杆件530配合以将电池100夹紧于第一夹板510与第二夹板520之间，位于第二夹板520背离第一夹板510的一侧，金属压力传感器560设置于第二夹板520与第三夹板550之间，金属压力传感器560与监测设备300电连接。杆件530可以优先为螺栓，紧固件540优选为与螺栓配合的螺母，第三夹板550与螺栓之间固定连接，第一夹板510和第二夹板520与螺栓之间滑动配合，螺母在第一夹板510背离第二夹板520的一侧与螺栓配合，从而将电池100夹紧在第一夹板510和第二夹板520之间。本实施方式中，金属压力传感器560用于监测夹具500对电池100施加的总压力，从而与内置于电池100中的薄膜压力传感器200配合，以获得壳体110内部的膨胀力数据以及壳体110对膨胀力的影响。
41.在一些实施方式中，如图6所示，本技术实施例的电池膨胀力测试装置中的电池100也可应用在电池模组和电池包中。实际应用中，在组成的电池模组或电池包中，电池100与电池100之间还可安放橡胶垫、隔热垫及气凝胶等缓冲件600。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

技术特征：
1.一种电池膨胀力测试装置，用于检测电池(100)内部的膨胀力，所述电池(100)包括壳体(110)和芯体(120)，所述壳体(110)上开设有过线孔(130)，所述芯体(120)设置在所述壳体(110)内，其特征在于，所述电池膨胀力测试装置包括：薄膜压力传感器(200)，用于设置于所述芯体(120)内部和/或设置于所述芯体(120)与所述壳体(110)之间；监测设备(300)，用于监测所述薄膜压力传感器(200)的压力信息；数据线(400)，经所述过线孔(130)贯穿所述壳体(110)，所述数据线(400)的一端与所述薄膜压力传感器(200)连接，另一端与所述监测设备(300)连接。2.根据权利要求1所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述过线孔(130)通过密封件密封，所述密封件为耐高温、耐酸碱腐蚀的材料。3.根据权利要求1所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述电池(100)包括多个芯体(120)，所述薄膜压力传感器(200)还用于设置于相邻的所述芯体(120)之间。4.根据权利要求1所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述芯体(120)为通过极片以卷绕形式设置的卷芯或通过极片以叠片形式设置的卷芯，所述薄膜压力传感器(200)与所述极片贴合设置。5.根据权利要求4所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述卷芯内设置有多个所述薄膜压力传感器(200)，多个所述薄膜压力传感器(200)用于在所述卷芯的厚度方向上间隔分布。6.根据权利要求1所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述芯体(120)为单层极片或双层极片，所述薄膜压力传感器(200)用于设置于所示壳体(110)与所述极片之间。7.根据权利要求1-6任一项所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述壳体(110)为铝壳或铝塑膜，所述数据线(400)贯穿所述铝壳或所述铝塑膜。8.根据权利要求1-6任一项所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述电池膨胀力测试装置还包括夹具(500)，所述夹具(500)包括第一夹板(510)、第二夹板(520)、杆件(530)和紧固件(540)，所述第一夹板(510)和所述第二夹板(520)套设在所述杆件(530)上，所述第一夹板(510)与所述第二夹板(520)用于夹持所述电池(100)，所述紧固件(540)与所述杆件(530)配合以将所述电池(100)夹紧于所述第一夹板(510)与所述第二夹板(520)之间。9.根据权利要求8所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述薄膜压力传感器(200)还用于设置于所述夹具(500)与所述电池(100)的所述壳体(110)之间。10.根据权利要求8所述的电池膨胀力测试装置，其特征在于，所述夹具(500)还包括第三夹板(550)和金属压力传感器(560)，所述第三夹板(550)套设于所述杆件(530)上且位于所述第二夹板(520)背离所述第一夹板(510)的一侧，所述金属压力传感器(560)设置于所述第二夹板(520)与所述第三夹板(550)之间，所述金属压力传感器(560)与所述监测设备(300)电连接。

技术总结
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池膨胀力测试装置。电池膨胀力测试装置用于检测电池内部的膨胀力，测试装置包括薄膜压力传感器、监测设备和数据线，电池包括壳体和芯体，壳体上开设有过线孔，芯体设置在壳体内；薄膜压力传感器用于设置于芯体内部和/或设置于芯体与壳体之间；监测设备用于监测薄膜压力传感器的压力信息；数据线经过线孔贯穿壳体，数据线的一端与薄膜压力传感器连接，另一端与监测设备连接，过线孔通过密封件密封。薄膜压力传感器内置于电池的壳体内部的不同位置，并且薄膜压力传感器通过数据线与监测装置进行数据交互，可以直接获得壳体内部不同位置的压力信息，从而排除掉电池壳体的厚度和硬度对于膨胀力测试的干扰。力测试的干扰。力测试的干扰。


技术研发人员：操佳华 阚光伟 鲁俊文 张友为 陶国柱
受保护的技术使用者：欣旺达电动汽车电池有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/17