一种电芯安全测试装置及测试方法与流程

1.本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电芯安全测试装置及测试方法。


背景技术：

2.锂离子电池因为具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、环境友好等优点，在化学储能器件中脱颖而出，受到电动汽车、3c等产业的广泛关注。为满足市场对高存储能量电池的需求，电池的能量密度越来越高，但其安全问题也越来越突出。
3.目前常用的电芯机械滥用安全测试方法主要包括针刺、重物冲击、跌落和异物挤压等。但是这些测试方法均不能较好的模拟消费类电池在手机维修过程中可能出现的机械滥用安全失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种电芯安全测试装置，解决了电芯在弯折测试时，其弯折角度无法控制的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电芯安全测试装置，包括底板、夹持部和挤压部，所述底板一表面设置有滑槽；所述夹持部形成有可调节的夹持位，所述夹持位用于夹持电芯，所述夹持部一端和所述底板连接，所述夹持部的另一端和支撑件连接，所述支撑件可沿所述滑槽滑动；所述挤压部用于向电芯一端施加作用力，以使得电芯弯折。
6.进一步地，所述夹持部包括第一固定件和第二固定件，所述第二固定件和所述第一固定件平行设置，所述第一固定件包括第一固定端和第二固定端，所述第一固定端和所述底板活动连接，所述第二固定端和所述支撑件3活动连接。
7.进一步地，所述滑槽内设置有滑块，所述支撑件远离所述夹持部的一端与所述滑块连接。
8.进一步地，所述第一固定件和所述底板上端面形成的夹角为θ，所述第一固定端至所述第二固定端的距离为b，所述第一固定端至所述滑块的距离为a，第二固定端至所述滑块的距离为c，其中，a、b、c和θ满足关系式：a＝b
×
cosθ
9.(c
2-b2 (b
×
cosθ)2)
1/2
，且c＞b。
10.进一步地，沿所述夹持部的长度方向，所述挤压部至所述夹持部的距离为l；沿所述挤压部的高度方向，所述挤压部至所述夹持部的夹持端口的距离为h，l和h满足关系式：h＝l
×
sinθ，其中，所述挤压部与所述底板相互垂直。
11.进一步地，所述底板表面设置有角度刻度线，所述角度刻度线沿所述滑槽的长度方向设置。
12.进一步地，所述底板一侧设置有连接部，所述第一固定件可绕与所述连接部的连接处做旋转运动。
13.进一步地，所述第一固定件和所述第二固定件之间通过紧固件可拆卸连接。
14.进一步地，所述紧固件包括螺母和螺栓，所述螺栓一端穿过所述第一固定件和所述第二固定件并与所述螺母固定连接。
15.本发明的目的之二在于：提供了一种电芯安全测试装置的测试方法，包括以下步骤：
16.将电芯固定在夹持部上；
17.调节支撑件一端在滑槽内的位置，使得所述夹持部与底板上端面之间的夹角为θ，其中，θ为0～90
°
；
18.挤压部下移并抵接所述电芯上表面，然后所述挤压部继续向下移动挤压电芯，所述挤压部向下移动至预定高度时，使电芯弯折至θ角度，所述挤压部停止挤压并回复至初始位置。
19.本发明的有益效果在于：
20.1、本发明提供的电芯安全测试装置其结构简单，成本低，能够将电芯弯曲角度转换为挤压部下移高度，测试过程中无需实际观测电芯的弯折角度，通过将电芯弯折角度转换为设备可监控的挤压部位移，不仅操作更加安全可靠，还能够精确控制电芯弯折角度，使得电芯实际的弯折角度与电芯预想的弯折角度保持一致；
21.2、本发明提供的电芯安全测试装置进行电芯弯折测试时电芯一端固定，另一端弯折，能够更好地模拟手机拆卸维修过程中由于电芯弯折角度所造成的损坏情形；
22.3、本发明提供的电芯安全测试装置可使得电芯弯折测试角度在0～90
°
之间任意变换，能够满足客户不同角度需求；
23.4、本发明提供的电芯安全测试装置，其夹持部可调节，从而使得夹持位能够匹配各种不同尺寸电芯，满足不同尺寸电芯的测试要求。
附图说明
24.下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。
25.图1为本发明实施例1中的电芯安全测试装置的结构示意图之一；
26.图2为本发明实施例1中的电芯安全测试装置的结构示意图之二；
27.图3为本发明实施例1中的第一固定件的结构示意图；
28.图4为本发明实施例1中的第二固定件的结构示意图；
29.图5为本发明实施例1中的挤压部的结构示意图。
30.其中，附图标记说明如下：
31.1、底板；11、滑槽；12、连接部；
32.2、夹持部；2a、夹持位；21、第一固定件；211、延伸部；22、第二固定件；
33.3、支撑件；
34.4、挤压部；
35.5、滑块；
36.6、紧固件；
37.θ、第一固定件和所述底板上端面形成的夹角；a、第一固定端至滑块的距离；b、第一固定端至所述第二固定端的距离；c、第二固定端至所述滑块的距离；
38.a、夹持部的长度方向；l、挤压部至夹持部的距离；b、挤压部的高度方向；h挤压部
至所述夹持部的夹持端口的距离；
39.f1、平行于电芯的力；f2、垂直于电芯方向上的力。
具体实施方式
40.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
41.在申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”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发明和简化描述，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发明的限制。
42.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
43.以下结合附图1～5对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
44.实施例1
45.目前对于机械滥用安全测试主要包括重物冲击、单边加压、针刺、dent(凹陷)等；重物冲击是通过将铁棒搁置在电芯中心，通过重物在特定高低下坠撞击铁棒，铁棒对电芯产生挤压直至电芯发生内部短路引发电芯失效；单边挤压在电芯中心对电芯完成剪切，剪切大小为电芯宽度的一半。针刺是通过一定锥角的钢针穿透电芯使电芯直至电芯发生内部短路，dent通过半球形圆柱挤压电芯，使电芯发生变形产生内部短路。发明人发现，虽然上述方法均能进行电芯机械滥用安全验证，但是上述几种方法均不能很好地模拟手机在维修过程中可能产生的对电芯的机械滥用破坏从而引发的滥用安全事故。
46.目前，在手机的维修过程中，由于施加在螺丝刀上的力导致电芯弯折，从而引发电池安全失效的情况普遍存在，目前均没有一种测试方法用于评估电芯在弯折一定角度时的安全性能。
47.基于此，发明人提供了一种电芯安全测试装置，包括底板1、夹持部2和挤压部4，底板1一表面设置有滑槽11；夹持部2形成有可调节的夹持位2a，夹持位2a用于夹持电芯，夹持部2一端和底板1连接，夹持部2的另一端和支撑件3连接，支撑件3可沿滑槽11滑动；挤压部4用于向电芯一端施加作用力，以使得电芯弯折。
48.更为具体地，夹持部2包括第一固定件21和第二固定件22，第二固定件22和第一固定件21平行设置，第一固定件21包括第一固定端和第二固定端，第一固定端和底板1活动连接，第二固定端和支撑件3活动连接。第一固定件21和第二固定件22之间的间隙形成夹持位
2a，第一固定件21和第二固定件22之间通过螺母和螺栓相互配合锁紧，当电芯一端放置在夹持位2a内时，第一固定件21和第二固定件22分别贴合在电芯的上下两端面上，然后通过调节螺母在螺栓上的位置，从而实现将电芯锁紧在夹持位2a上的目的。
49.在本实施例1中，底板1一侧设置有连接部12，在垂直于xy平面的方向上，连接部12设置有贯穿其两侧的第一通孔，相对应地，第一固定件21的第一固定端设置有第二通孔，第一通孔和第二通孔的直径相等，在连接部12上设置有转轴，转轴部分插设在第一通孔和第二通孔内，从而使得第一固定端和连接部12之间能够活动连接，以使得第一固定件21可绕与连接部12的连接处做旋转运动，进而使得第一固定件21和底板1之间的夹角可任意调节。
50.在本实施例1中，在垂直于xy平面的方向上，第一固定件21的第二固定端设置有贯穿其两侧的第三通孔，相对应地，支撑件3设置有第四通孔，第三通孔和第四通孔的直径相等，同样地，在第一固定件21的第二固定端上设置有转轴，转轴部分插设在第三通孔和第四通孔内，以使得第二固定端和支撑件3能够活动连接，便于调节支撑件3在滑槽11内的位置。
51.在本实施例1中，通过底板1、第一固定件21以及支撑件3之间构成一个三角形结构，且该三角形结构的内角θ可调，从而构建了一个用于控制电芯弯折角度的测试装置，当支撑件3远离第一固定件21的一端在滑槽11内的位置发生变化时，第一固定件21和底板1上端面之间的夹角θ也随之发生变化，利用三角形中的三角函数可将滑槽11的长度与第一固定件21和底板1上端面之间的夹角值对应上，当需要测试电芯在某个弯折角度的性能参数时，仅需要调节支撑件3一端在滑槽11内的位置，直至该位置与刻印在滑槽11一侧的角度值对应，然后挤压部4继续向下移动挤压电芯，使电芯弯折至预定角度时，挤压部4停止挤压并回复至初始位置。
52.参见图1所示，在本实施例1中，挤压部4与底板1呈垂直设置，沿挤压部4的高度方向，挤压部4至夹持部2的夹持端口的距离为h，h值可预先设定，具体地，挤压部4与电芯外露的一端接触，沿夹持部2的长度方向，挤压部4至夹持部2的距离为l；l和h满足关系式：h＝l
×
sinθ。在实际应用中，挤压部4启动，向下移动挤压电芯，以使得电芯发生弯折，当挤压部4在y轴方向的位移量等于h时，即可使得电芯弯折至预定角度θ，使得电芯实际的弯折角度等于电芯理想的弯折角度，提高了后续的检测精度，当挤压部4在y轴方向的位移量等于h时，挤压部4停止挤压并回复至初始位置。
53.参见图1所示，滑槽11内设置有滑块5，支撑件3远离夹持部2的一端与滑块5连接。采用这种结构设计，通过调节滑块5在滑槽11内的位置来精确控制支撑件3远离第一固定件21的一端在滑槽11内的位置，提高了电芯安全测试装置的测试精度。
54.在本实施例1中，第一固定件21和底板1上端面形成的夹角为θ，第一固定端至第二固定端的距离为b，第一固定端至滑块5的距离为a，第二固定端至滑块5的距离为c，其中，a、b、c和θ满足关系式：a＝b
×
cosθ (c
2-b2 (b
×
cosθ)2)
1/2
，且c＞b。本实施例1中，第一固定件21、底板1和支撑件3之间采用上述的结构设计，从而使得三者之间可构建出上述的关系式，通过该关系式来设置角度刻线，且该角度刻线沿着滑槽11的长度方向设置。
55.更为具体地，测试过程中挤压部4对电芯产生的力分解为平行于电芯的力f1以及与垂直于电芯方向上的力f2，垂直于电芯方向的力对电芯产生力矩，在力矩作用下，电芯外露部分以夹持部2的夹持端口为轴发生旋转，达到电芯弯折测试的目的，当挤压部的位移为h时，此时电芯弯折角度为θ。其中，θ为夹持部2与底板1上端面之间的夹角，其中，θ为0～
90
°
。
56.在本实施例1中，为了保证a、b和c能够构成三角形关系，支撑件3远离挤压部4的一端设置有第五通孔，支撑件3通过第五通孔和滑块5相配合连接，第五通孔和第一通孔位于同一水平线上。
57.在本实施例1中，电芯安全测试装置的挤压部4其底部形状包括但不局限于半圆形，还可以为三角锥，梯形，或者挤压部为圆棒。
58.本实施例1中的挤压部4可以通过均匀的力或者均匀的位移速度施加载荷进行电芯弯曲试验。
59.本实施例1中，挤压部4的下移速度可以是匀速，也可以是加速，挤压部4下移速度根据需求调整，挤压部4速度越快，电芯弯折速度越快，电芯短时间产热越多，弯折处热量难以扩散，弯折处温度就越高，电芯越容易发生冒烟，起火，爆炸而失效；测试速度越慢，短时间内弯折处产热越少，热量也有充足时间扩散，电芯弯折处温度就越低，电芯越容易通过测试，本领域技术人员可基于此，并根据实际测试需求来设置挤压部4的下移速度。
60.本实施例1中的电芯安全测试装置不仅可以进行电芯不同角度弯折测试，还可以进行不同终止力测试。
61.本实施例1中的电芯安全测试装置中的各连接处不仅限使用螺钉与螺母连接，还可以任意其他连接方式来连接，只要能够保证其能够活动调节或能够实现本实施例1中所描述的作用即可。
62.本实施例1中提供的电芯安全测试装置，可于电芯弯折角度为0～90
°
之间任意一角度值来进行测试，可测量电芯长度为0～150mm，宽度为0～100mm，厚度为0～30mm。
63.本实施例1中所提及的电芯可以为新鲜电芯或完成其他性能测试后的电芯；本实施例1所采用的电芯电量为0～100％soc中任一电量；本实施例1中电芯与挤压部4的接触面可以为电芯的任一面，可以为电芯的头部或者尾部。
64.本实施例1中的挤压部4可以通过磁力、螺钉或者通过卡槽与压力机连接固定，本实施例1中的第一固定件和第二固定件采用镀铁氟龙钢板制成或者采用钢板制成并在其表面贴铁氟龙涂层进行绝缘处理；第一固定件和第二固定件头尾部均设置倒角，倒角可以为圆弧角或者直角。
65.如图1所示，本实施例1中，第一固定件和第二固定件的形状及尺寸并不完全相同，第一固定件的第一固定端设置有延伸部211，第二通孔设置在延伸部211上，第二通孔用于与连接部12的第一通孔配合。
66.本实施例1中的电芯安全测试装置在使用过程中可以与其他设备联合使用，如多路测温仪，高速相机等。
67.本实施例1中的电芯安全测试装置，其搭配多路测温仪测试温度时，并不局限于常温测试，也可以是在低温或高温的环境下测试。
68.如图1所示，本实施例1中的挤压部4垂直于底板，挤压部4施加在电芯表面的作用力可以是恒定力，也可以是均匀增加的力，也可以是随位移变化的力。
69.实施例2
70.本实施例2提供了一种电芯测试方法，采用实施例1中的电芯安全测试装置，包括以下步骤：
71.1、在电芯长度方向上，于电芯的中部划线形成第一标识线，在电芯主体一表面标注出第二标识线，第二标识线为挤压部4抵接在电芯表面的位置，并测量第二标识线至第一标识线(当电芯安装在夹持部2内时，第一标识线与夹持部2的夹持端口对齐)的距离l，然后测量电芯电压和内阻；
72.2、将电芯固定在夹持部2上，调节电芯在夹持位2a内的位置，使得夹持部2的夹持端口与第一标识线对齐，然后通过螺栓、螺丝或螺母等紧固件6将电芯一端锁紧在夹持位2a内；
73.3、调整滑块5到对应角度θ的刻度线处，然后通过定位销固定滑块5；
74.4、将电芯分别与多路测温仪以及电压温度测试器连接，用于监控测试过程中环境温度、电芯温度变化以及电压变化；
75.5、调整挤压部4的位置，使得挤压部4与位于电芯一表面的第二标识线接触；
76.6、设置挤压部4的下移速度与在y轴移动的位移量h，然后挤压部4开始施加作用力，驱使电芯绕着第一标识线所在的部位发生弯折；
77.7、挤压完成后将挤压部回复到初始位置，搁置一定时间，搁置时间为5～120min内某一确定时间，搁置目的是防止挤压完成后电芯依然产热，导致电芯发生安全失效，对测试人员造成伤害，同时防止挤压完成后持续产热无法确定电芯最大温升与电压变换；
78.8、搁置完成后观察电芯形貌，记录测试过程中电芯最高温度与电压变化，并测试弯折后的电芯内阻，计算测试过程中电芯最大温升与测试前后电芯内阻变化。
79.在本实施例2中，提供了一组常规电芯与安全电芯进行弯折测试后的实验数据，在本实施例2中，测试角度θ为45
°
，l为电芯长度1/2，挤压部4的下移速度为80mm/min，测试环境温度为25℃，搁置时间为120min，测试结果如下：
80.测试常规电芯安全电芯冒烟yesno起火yesno爆炸nono最高温升525℃22℃测试后电压na0v内阻变化na17mω
81.由上表可知，常规电芯在测试过程中，发生了起火、冒烟的情况。
82.由于电芯弯曲角度一般难于控制，测试人员往往无法精确控制电芯实际弯折角度与预想的弯折角度保持高度一致，在这种情况下进行测试，将会极大降低电芯性能测试数据的精确度。
83.本实施例2提供的电芯安全测试装置能够在密封的环境中进行电芯弯折测试，通过将电芯实际弯曲角度转换成挤压部4位移，使得测试人员无需近距离观测电芯弯折的角度，提高了使用安全性，而且，在整个测试过程中，通过控制挤压部4的位移量即可达到电芯实际弯折角度等于电芯预想的弯折角度的目的。
84.即，本实施例2提供的电芯安全测试装置通过监控挤压部4的位移，来精确控制电芯实际的弯折角度达到在测试前预想的弯折角度，并配置有温度、电压和电阻等检测设备，从而能够测试电芯弯折过程中，或弯折前后温度、电压以及电阻等参数的变化，在保证测试
人员的人身安全条件下，能够测试电芯在弯折至某个角度时是否发生起火、冒烟或爆炸风险，以及电芯测试后的形貌，利用电芯测试过程中电压，温度、内阻变化以及其他参数来判断电芯的安全性能，从而能够精确地评估电芯的安全性能，为消费类电芯的开发提供更好的评估方法。
85.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
86.根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。