一种锂离子电池测试夹具及测试方法与流程

1.本技术属于锂离子电池测试技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池测试夹具及测试方法。


背景技术：

2.现阶段锂离子电池在测试时，需要使用夹具来模拟单体电芯在模组中的受力情况。模组设计不同，电芯的受力情况和受力的变化过程也不尽相同。现有的夹具一般为定间距夹具，夹具未给电芯预留膨胀量，电芯的厚度在测试过程中是完全不变的，电芯受到的压力在不断发生变化，只能模拟一种受力情况，无法进行复合受力模式的测试。
3.但是在实际模组设计中，会存在多种设计：无预留膨胀量/预留膨胀量/带压力自由膨胀等，现有的夹具无法满足多种受力模式的需求。虽然通过使用压力控制设备，可以满足多种受力模式的需求，但压力控制设备价格普遍较高，单个通道价格一般超过5万元，并且设备体积较大，占用的测试空间较多，也无法放到恒温箱中进行温度控制。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子电池测试夹具，以满足在多种受力模式下对单体电芯进行测试的需求。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种锂离子电池测试夹具，包括固定夹板、活动夹板、调节螺栓、弹簧及限位套，固定夹板及活动夹板平行相对设置，所述活动夹板上设有通孔，固定夹板上设有螺纹孔，调节螺栓的前端穿过活动夹板上的通孔与固定夹板上的螺纹孔螺纹连接，弹簧套设于调节螺栓上，限位套套设于弹簧上。进一步地，所述活动夹板上的所述通孔内壁无螺纹。
7.进一步地，所述限位套为中空圆柱结构或中空棱柱结构。
8.进一步地，所述锂离子电池的电芯置于所述固定夹板和所述活动夹板之间，基于所述调节螺栓、所述弹簧、和/或所述限位套，进行所述锂离子电池的单一工况或复合工况测试。
9.本发明另一个目的在于提出一种锂离子电池测试方法，以模拟电芯受力情况，提高测试结果准确性。
10.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
11.一种锂离子电池测试方法，应用了如上所述的锂离子电池测试夹具，包括：
12.固定间距工况测试；
13.固定压力工况测试；和/或
14.复合工况测试。
15.进一步地，所述固定间距工况测试包括：
16.将所述锂离子电池的电芯放置在所述固定夹板与所述活动夹板之间，调节所述调节螺栓使所述固定夹板和所述活动夹板的间距至第一预设值。
17.进一步地，所述固定压力工况测试包括：
18.将所述锂离子电池的电芯放置在所述固定夹板与所述活动夹板之间，调节所述调节螺栓使所述弹簧的形变量至第二预设值。
19.进一步地，所述复合工况测试包括：
20.将所述锂离子电池的电芯放置在所述固定夹板与所述活动夹板之间；
21.调节所述调节螺栓使所述弹簧的形变量至第三预设值，且使所述限位套上沿与所述调节螺栓3的端盖下沿紧密接触后，所述限位套下沿与所述活动夹板上沿的距离为预留的弹簧膨胀量。
22.进一步地，所述预留的弹簧膨胀量与模组中弹性件的最大弹性形变一致。
23.相对于现有技术，本发明所述的锂离子电池测试夹具及测试方法具有以下优势：
24.本发明所述的测试夹具结构简单，使用方便，无需使用压力控制设备，仅使用机械结构，通过增减弹簧/调整弹簧劲度系数/增加限位套等方法即可模拟电芯在模组中的不同受力状态，同时本发明中的测试夹具体积小，不含电子设备，可以放置在保温箱中以实现对检测温度的精确控制。
附图说明
25.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明实施例所述的锂离子电池测试夹具的结构示意图。
27.附图标记说明：
28.1、固定夹板；2、活动夹板；3、调节螺栓；4、弹簧；5、限位套；6、电芯。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
31.如图1所示，本技术的锂离子电池测试夹具，包括固定夹板1、活动夹板2、调节螺栓3、弹簧4、限位套5。其中，固定夹板1和活动夹板2平行相对设置，活动夹板2上设有通孔，通孔内部无螺纹。固定夹板1上设有螺纹孔，调节螺栓3包括螺杆及端盖，螺杆的后端与端盖相连，螺杆的前端穿过活动夹板2上的通孔与固定夹板1上的螺纹孔螺纹连接。弹簧4套设于调节螺栓3上，弹簧4的内径与螺杆的外径相匹配；限位套5套设于弹簧5上，限位套5为中空圆柱结构、中空棱柱结构等。
32.如图1所示，锂离子电池的电芯6置于固定夹板1和活动夹板2之间，基于所述调节螺栓3、所述弹簧4、和/或所述限位套5，进行所述锂离子电池的单一工况或复合工况测试。单一工况包括固定间距工况、固定压力工况，其中，固定间距工况是指在固定夹板1和活动夹板2的间距是固定值，而电芯受到的压力是非固定值；固定压力工况是指在电芯受到的压力是固定值，而固定夹板1和活动夹板2的间距是非固定值。复合工况可以包括多个单一工况，例如，包括固定压力工况和固定间距工况，且先进行固定压力工况测试，再进行固定间距工况测试。
33.实施例1
34.本实施例中的锂离子电池测试夹具可以用于固定间距测试，在此实施例中，无需使用弹簧4和限位套5，可以将弹簧4和限位套5取掉。本实施例的测试方法如下：
35.将固定夹板1水平放置在测试台上，沿调节螺栓3的螺杆向上拉动活动夹板2，使活动夹板2与固定夹板1之间隔开一定距离，将电芯放置在固定夹板1上与活动夹板2之间，调节调节螺栓3使固定夹板1和活动夹板2的间距至第一预设值。该第一预设值可以根据不同的受力测试条件进行选择，示例地，该第一预设值的取值范围为3-45mm，例如，可以是3mm、3.5mm、5mm、12mm、20mm、25mm、30mm、40mm、40.5mm、45mm等。
36.实施例2
37.本实施例中的锂离子电池测试夹具可以用于固定压力测试，在此实施例中，无需使用限位套5，可以将限位套取掉。本实施例的测试方法如下：
38.将固定夹板1水平放置在测试台上，沿调节螺栓3的螺杆向上拉动活动夹板2，使活动夹板2与固定夹板1之间隔开一定距离，将电芯放置在固定夹板1上与活动夹板2之间，调节调节螺栓3使弹簧4的形变量至第二预设值。该第二预设值可以根据不同的受力测试条件进行选择，示例地，该第二预设值的取值范围可以是10-25mm，例如，可以是10mm、13mm、15mm、16.5mm、18mm、22mm等。
39.在此实施例中，由于电芯的膨胀厚度一般为毫米级别，整体压力的变化一般在1
‰
这个数量级，可以近似看作压力不变，即初始压力即为本实施例中的固定压力。
40.在此实施例中，初始压力f1(即固定压力)可以通过公式(1)确定：
41.f1＝m1g nkδl1ꢀꢀꢀ
公式(1)，
42.其中，m1为活动夹板2、弹簧4的总重量；g为重力加速度；n为调节螺栓3数量；k为弹簧4的劲度系数；δl1为弹簧4的形变量。
43.从公式(1)得到，在其他条件不变的情况下，可以通过控制弹簧4的形变量，来调节不同的初始压力(固定压力)。此外，在其他条件不变的情况下，初始压力(固定压力)与弹簧4的劲度系数成正比，若k值越小，当弹簧被压缩后，压力的变化越小。为了满足近似的固定压力工况，在满足初始压力要求的情况下，优先选择k值较小的弹簧。
44.实施例3
45.本实施例中的锂离子电池测试夹具可以用于复合工况测试。在一些情况下，复合工况包括固定压力工况和固定间距工况。
46.一般模组设计时，模组框架/缓冲材料等(定义为弹性件)存在一定量的压缩空间，可以在一定范围能进行弹性形变，在此阶段，随着电芯的膨胀，电芯受到的压力较小(近似为固定压力工况)。随着电芯继续膨胀，超出弹性件的弹性形变范围后，电芯膨胀空间为零，电芯受到的压力随膨胀变化突增(近似为固定间距工况)。
47.本实施例中的锂离子电池测试夹具的测试方法如下：
48.将固定夹板1水平放置在测试台上，沿调节螺栓3的螺杆向上拉动活动夹板2，使活动夹板2与固定夹板1之间隔开一定距离，将电芯放置在固定夹板1上与活动夹板2之间，调节调节螺栓3使弹簧4的形变量至第三预设值，且使限位套5上沿与调节螺栓3的端盖下沿紧密接触后，限位套5下沿与活动夹板2上沿的距离为预留的弹簧膨胀量。预留的弹簧膨胀力与模组中弹性件的最大弹性形变一致。该第三预设值可以根据不同的受力测试条件进行选
择，示例地，该第三预设值的取值范围可以是10-25mm，例如，可以是10mm、13mm、15mm、16.5mm、18mm、22mm等
49.在第一阶段，锂离子电池受到近似固定压力工况，初始压力即为本实施例的固定压力。
50.在此实施例中，初始压力f2(即固定压力)可以通过公式(2)确定：
51.f2＝m2g nkδl2ꢀꢀꢀ
公式(2)，
52.其中，m2为活动夹板2、弹簧4、限位套5的总重量；g为重力加速度；n为调节螺栓3数量；k为弹簧4的劲度系数；δl2为弹簧4的形变量。
53.从公式(2)得到，在其他条件不变的情况下，可以通过控制弹簧4的形变量，来调节不同的初始压力(固定压力)。此外，在其他条件不变的情况下，初始压力(固定压力)与弹簧4的劲度系数成正比，在满足初始压力要求的情况下，优先选择k值较小的弹簧。假设模组中弹性件的劲度系数为k1,则弹簧4的劲度系数可以为k＝k1/4。
54.在第二阶段，锂离子电池受到近似固定间距工况，在此阶段，电芯的膨胀空间为0，电芯受到的压力随着电芯的膨胀突增。
55.本技术的锂离子电池测试夹具结构简单，使用方便，无需使用压力控制设备即可模拟电芯在模组中的受力情况；通过增减弹簧、调整弹簧劲度系数、增加限位套等方法模拟电芯在模组中的不同受力情况；同时本发明中的测试夹具体积小，不含电子设备，可以放置在保温箱中以实现对检测温度的精确控制。
56.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。