本发明涉及电芯测量领域，尤其涉及一种测量电芯体积变化的仪器及方法。
背景技术：
目前测量电芯体积变化的方法有单次体积测量法、内压测量法等。单次体积测量法是利用排水法测量电芯体积。内压测量法是在电芯内部放置测压装置，通过压力变化来表征电芯的体积变化。
单次体积测量法的缺点有：
(1)该方法只能进行单点测量，无法得到电芯整个化成过程的体积变化和产气速率；
(2)非原位测量，该方法在转移测量过程中易受到外部环境的影响；
(3)采用普通天平称重，无法做到长时间的在线稳定高精度测量；
(4)测试需要耗费大量电芯，成本高，且无法排除电芯不一致性的影响。
内压测量法的缺点有：
(1)内置测压装置的方式操作繁琐；
(2)该方法仅适用于钢壳电芯；
(3)制作成本高。
技术实现要素：
为了改善上述电芯体积测量的问题，本发明提供一种测量电芯体积变化的仪器，包含壳体、高精度力学传感系统和测量端；其中：
所述高精度力学传感系统包括高精度重量传感器和传感器支架，所述高精度重量传感器固定安装在所述壳体内；所述传感器支架安装于所述高精度重量传感器上，其两端超出所述高精度重量传感器；
所述测量端包含测量支架，所述测量支架连接于所述传感器支架，且位于所述传感器支架的下方；
所述壳体设有用于放置电芯样品的容置腔，所述测量支架部分位于所述容置腔内，以连接电芯样品。
优选地，所述测量端还包含用于固定所述电芯样品的夹具和用于盛放浴液以及电芯样品的容器；所述测量支架包括第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂，所述第一连接臂以及第二连接臂的一端分别连接所述传感器支架的两端，所述第三连接臂横向连接所述第一连接臂以及第二连接臂的另一端；所述夹具连接在所述第三连接臂上；所述容器置于所述容置腔内，并位于所述夹具下方。
优选地，所述容器是双层烧杯，所述双层烧杯的外壁设置入水口和出水口，所述双层烧杯的夹层可通水对所述浴液和所述电芯进行水浴加热。
优选地，所述壳体内还设置有上内板以及下内板；所述高精度重量传感器设置于所述上内板上，所述下内板与所述壳体的底板构成所述容置腔；所述测量支架的第一连接臂以及第二连接臂均无接触的穿过所述上内板以及下内板并延伸至所述容置腔内；所述第三连接臂位于所述容置腔内。
优选地，还包括传感系统保护装置；所述传感系统保护装置设置于所述上内板以及下内板之间，并连接所述第一连接臂以及第二连接臂，以通过提供支撑力来断开所述测量支架对所述传感器支架的传导力；或者去除支撑力来恢复所述测量支架对所述传感器支架的传导力。
优选地，所述传感系统保护装置包括横杆和驱动机构，所述横杆的两端分别连接所述第一连接臂以及第二连接臂，所述驱动机构的驱动端抵接在所述横杆下方，所述驱动机构的固定端固定在所述下内板上；所述第一连接臂以及所述第二连接臂与所述传感器支架之间均设置有柔性连接段。
优选地，所述柔性连接段的一端连接所述传感器支架，另一端连接所述第一连接臂或者所述第二连接臂，或者是另一端均无接触穿过所述上内板并连接所述横杆。
优选地，所述柔性连接段为非刚性材料的绳索；所述驱动机构能够驱动所述横杆向上移动，使得两条所述绳索弯曲，从而断开所述测量支架对所述传感器支架的传导力；或者所述驱动机构的输出端下移直至脱离所述横杆，使得两条所述绳索绷直，从而恢复所述测量支架对所述传感器支架的传导力。
本发明还提供了一种测量电芯体积变化的方法，应用于本发明的测量电芯体积变化的仪器，包括以下步骤：将浴液置于容器内，将待测量的电芯置于所述夹具上并浸没入所述浴液中；对电芯进行充放电操作，并通过所述高精度力学传感系统实时监控电芯的浮力变化，进而根据浮力变化计算出电芯的体积变化量。
优选地，所述测量电芯体积变化的仪器还设置有传感系统保护装置：在未启动测量时，通过所述传感系统保护装置断开所述测量支架对所述传感器支架的传导力；在启动测量时，通过所述传感系统保护装置恢复所述测量支架对所述传感器支架的传导力。
本发明的有益效果是：
(1)能够原位记录电芯在整个充放电过程的体积变化，进而得到电芯在各个阶段准确的产气体积和产气速率；
(2)测量过程不易受外部环境的影响；
(3)操作简单、成本低，测量过程无需移动电芯，无需耗费大量电芯参与测试；
(4)采用高精度力学感应系统，测试结果精确；
(5)适用于测量软壳电芯。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1～2提供的测量电芯体积变化的仪器的外部正面示意图；
图2是本发明实施例1提供的测量电芯体积变化的仪器的内部结构的正面示意图；
图3是本发明实施例3～4提供的测量电芯体积变化的仪器的内部结构的侧面示意图；
图4是本发明实施例4提供的柔性连接段和传感器支架以及测量支架的一种连接示意图；
图5是本发明实施例4提供的柔性连接段和传感器支架以及测量支架的另一种连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，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，都属于本发明保护的范围。
下面通过本发明实施例综合描述测量电芯体积变化的仪器及方法。
实施例1
如图1～2所示，本实施例提供了一种测量电芯体积变化的仪器，包含壳体1、高精度力学传感系统和测量端。
其中，所述壳体1可由金属材料制成，其形成有相对封闭的容置空间，以容纳所述高精度力学传感系统和测量端，从而保证高精度力学传感系统和测量端处于比较稳定的工作环境。
在本实施例中，所述高精度力学传感系统包括高精度重量传感器2和传感器支架3，所述高精度重量传感器2固定安装在所述壳体1内；所述传感器支架3安装于所述高精度重量传感器2上，其两端超出所述高精度重量传感器2。
具体地，在本实施例中，所述高精度重量传感器2可为e10k单点式称重传感器，所述传感器支架3呈一字形，其放置于高精度重量传感器2的测量部位之上，并且两端沿所述高精度重量传感器2水平向外延伸一段，以利于在传感器支架3的两端悬挂连接施力装置。当然，需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述高精度重量传感器2也可以采用其他型号、类型的重量传感器，这些方案均在本发明的保护范围之内。
在本实施例中，所述测量端包含测量支架4，所述测量支架4连接于所述传感器支架3，且位于所述传感器支架3的下方。所述壳体1设有用于放置电芯样品的容置腔14，所述测量支架4部分位于所述容置腔14内，以连接电芯样品。
具体地，如图2所示，在本发明一优选实施方式中，所述测量端还可包含用于固定所述电芯样品的夹具(图未示)和用于盛放浴液以及电芯样品的容器(图未示)；所述测量支架4包括第一连接臂41、第二连接臂42以及第三连接臂43，所述第一连接臂41以及第二连接臂42的一端分别连接所述传感器支架3的两端，所述第三连接臂43横向连接所述第一连接臂41以及第二连接臂42的另一端；所述夹具连接在所述第三连接臂43上；所述容器置于所述容置腔14内，并位于所述夹具下方。
下面描述本发明实施例的操作步骤及其测量原理。
在本实施例中，在测量电芯体积变化时，先将浴液置于容器内，再将待测量的电芯置于夹具上并浸没入浴液中，此时电芯通过夹具、测量支架4和传感器支架3，将由重力产生的拉力传导给高精度重量传感器2，高精度重量传感器2记录一个初始拉力值；
接着，对电芯进行充放电或化成操作或不进行任何操作，通过高精度力学传感系统实时监控电芯的拉力的变化，即可获得电芯的浮力变化量，进而计算出电芯的体积变化量，再结合整个充放电过程，就可以得到电芯各个阶段准确的产气体积和产气速率；
相关计算公式如下：
其中，δv为电芯的体积变化量，δf为电芯的浮力变化量，ρ为浴液的密度，g是重力常数。
在本实施例中，浴液可选取为硅油。硅油具有电绝缘性，挥发性弱，沸点大于200℃较高，无毒，适用于电芯加热。当然，也可以采用其他浴液，本发明不做具体限定。
通过以上机制，本发明实施例的测量电芯体积变化的仪器能够原位记录电芯在整个充放电过程的体积变化，进而得到电芯在各个阶段准确的产气体积和产气速率，测量过程不易受外部环境的影响，操作简单、成本低，测量过程无需移动电芯，无需耗费大量电芯参与测试，测试结果精确，适用于测量软壳电芯。
实施例2
如图1所示，优选地，在上述实施例的基础上，在本实施例中，所述容器为双层烧杯8，所述双层烧杯8的外壁设置入水口9和出水口10，所述双层烧杯8的夹层11可通水对所述浴液和所述电芯进行水浴加热。
通过水浴加热，能满足电芯膨胀测试的温度条件，安全且易于掌控温度。
实施例3
如图3所示，优选地，在上述实施例的基础上，在本实施例中，所述壳体1内还设置有上内板12以及下内板13；所述高精度重量传感器2设置于所述上内板12上，所述下内板13与所述壳体1的底板构成所述容置腔14；所述测量支架4的第一连接臂41以及第二连接臂42均无接触的穿过所述上内板12以及下内板13并延伸至所述容置腔14内；所述第三连接臂43位于所述容置腔14内。无接触穿越能排除摩擦力对测试结果的干扰。
实施例4
如图3所示，优选地，在上述实施例3的基础上，在本实施例中，还包括传感系统保护装置；所述传感系统保护装置设置于所述上内板12以及下内板13之间，并连接所述第一连接臂41以及第二连接臂42，以通过提供支撑力来断开所述测量支架4对所述传感器支架3的传导力；或者去除支撑力来恢复所述测量支架4对所述传感器支架3的传导力。
因为高精度重量传感器2十分精密，在运输和取放样品等过程中容易受外界力的影响而损坏，所以在没有进行测量时要断开高精度重量传感器2与外界力的连接，以防止高精度重量传感器2损坏，故增加传感系统保护装置。
具体地，在一种实现方式中，所述传感系统保护装置包括横杆6和驱动机构7，所述横杆6的两端分别连接所述第一连接臂41以及第二连接臂42，所述驱动机构7的驱动端抵接在所述横杆6下方，所述驱动机构7的固定端固定在所述下内板13上；所述第一连接臂41以及所述第二连接臂42与所述传感器支架3之间均设置有柔性连接段5。
其中，驱动机构7包含电机和顶板，电机固定连接在下内板13上，顶板向下固定连接在电机的输出轴上，顶板向上抵接在横杆6下表面。在未启动测量时，电机能够驱动顶板上移，以支撑横杆6向上移动，使得柔性连接段5松弛，从而断开测量支架4对传感器支架3的传导力；在启动测量时，电机驱动顶板下移直至脱离横杆6，使得柔性连接段5绷直，从而恢复测量支架4对传感器支架3的传导力。
如图4所示，在本实施例中，所述柔性连接段5可为非刚性材料的绳索，所述柔性连接段5的一端连接所述传感器支架3，另一端连接所述第一连接臂41或者所述第二连接臂42。当然，如图5所示，也可以将所述柔性连接段5的一端连接所述传感器支架3，另一端无接触穿过所述上内板12并连接所述横杆6上，这些方案都在本发明的保护范围之内。本实施例中，通过增加传感系统保护装置，可以使得所述高精度重量传感器2在不需要工作时处于不受力或者受力较小的状态，从而避免在运输和取放样品等过程中因受到突变的力而致使所述高精度重量传感器2损坏。
以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的权利范围。
1.一种测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，包含壳体、高精度力学传感系统和测量端；其中：
所述高精度力学传感系统包括高精度重量传感器和传感器支架，所述高精度重量传感器固定安装在所述壳体内；所述传感器支架安装于所述高精度重量传感器上，其两端超出所述高精度重量传感器；
所述测量端包含测量支架，所述测量支架连接于所述传感器支架，且位于所述传感器支架的下方；
所述壳体设有用于放置电芯样品的容置腔，所述测量支架部分位于所述容置腔内，以连接电芯样品。
2.根据权利要求1所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，所述测量端还包含用于固定所述电芯样品的夹具和用于盛放浴液以及电芯样品的容器；所述测量支架包括第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂，所述第一连接臂以及第二连接臂的一端分别连接所述传感器支架的两端，所述第三连接臂横向连接所述第一连接臂以及第二连接臂的另一端；所述夹具连接在所述第三连接臂上；所述容器置于所述容置腔内，并位于所述夹具下方。
3.根据权利要求2所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，所述容器是双层烧杯，所述双层烧杯的外壁设置入水口和出水口，所述双层烧杯的夹层可通水对所述浴液和所述电芯进行水浴加热。
4.根据权利要求2所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，所述壳体内还设置有上内板以及下内板；所述高精度重量传感器设置于所述上内板上，所述下内板与所述壳体的底板构成所述容置腔；所述测量支架的第一连接臂以及第二连接臂均无接触的穿过所述上内板以及下内板并延伸至所述容置腔内；所述第三连接臂位于所述容置腔内。
5.根据权利要求4所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，还包括传感系统保护装置；所述传感系统保护装置设置于所述上内板以及下内板之间，并连接所述第一连接臂以及第二连接臂，以通过提供支撑力来断开所述测量支架对所述传感器支架的传导力；或者去除支撑力来恢复所述测量支架对所述传感器支架的传导力。
6.根据权利要求5所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，所述传感系统保护装置包括横杆和驱动机构，所述横杆的两端分别连接所述第一连接臂以及第二连接臂，所述驱动机构的驱动端抵接在所述横杆下方，所述驱动机构的固定端固定在所述下内板上；所述第一连接臂以及所述第二连接臂与所述传感器支架之间均设置有柔性连接段。
7.根据权利要求6所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，所述柔性连接段的一端连接所述传感器支架，另一端连接所述第一连接臂或者所述第二连接臂，或者是另一端均无接触穿过所述上内板并连接所述横杆。
8.根据权利要求6所述的测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，所述柔性连接段为非刚性材料的绳索；所述驱动机构能够驱动所述横杆向上移动，使得两条所述绳索弯曲，从而断开所述测量支架对所述传感器支架的传导力；或者所述驱动机构的输出端下移直至脱离所述横杆，使得两条所述绳索绷直，从而恢复所述测量支架对所述传感器支架的传导力。
9.一种测量电芯体积变化的方法，应用于如权利要求2～8所述的任意一种测量电芯体积变化的仪器，其特征在于，包括以下步骤：
将浴液置于容器内，将待测量的电芯置于所述夹具上并浸没入所述浴液中；
对电芯进行充放电操作，并通过所述高精度力学传感系统实时监控电芯的浮力变化，进而根据浮力变化计算出电芯的体积变化量。
10.根据权利要求9所述的测量电芯体积变化的方法，其特征在于：所述测量电芯体积变化的仪器还设置有传感系统保护装置；
在未启动测量时，通过所述传感系统保护装置断开所述测量支架对所述传感器支架的传导力；
在启动测量时，通过所述传感系统保护装置恢复所述测量支架对所述传感器支架的传导力。
技术总结