一种电池模组膨胀力测量装置及膨胀力分布测试方法

本发明属于电池模组膨胀力测试，具体的说，是涉及一种电池模组膨胀力测量装置及膨胀力分布的测试方法。

背景技术：

1、电池作为现代社会不可或缺的能源储存装置，在人们日常生活中起着至关重要的作用。随着便携式设备和电动汽车的需求不断增长，对电池能量密度的追求也日益迫切。然而，在追求高比能量密度的过程中，一系列新的挑战和问题也随之而来。其中之一即是高比能电池在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀，当电池体积膨胀到一定程度后会引起壳体破裂、电解质流出，这可能导致燃烧和爆炸等重大安全问题，严重影响电池的电化学性能和安全性。因此，测量电池模组的膨胀力显得格外重要。

2、同时，根据应用场景对电池容量需求也有所差别，因此不同规格尺寸的电池被设计出来。考虑到电池规格的多样性，装置必须能够容纳各种尺寸的电池，确保能够准确测量不同规格尺寸电池的膨胀力。为了适应这些变化，电池膨胀力测试装置需要具备自由调节尺寸的能力，对于装置的通用性来说至关重要。

3、另外，由于电池模组在充放电过程中内部化学反应的不均匀，会导致模组中不同电芯、以及同一电芯的不同部位受力不一致的问题，使得电池模组表面的膨胀力分布存在差异。因为高比能电池对安全隐患更加敏感，且其发生危险后的危害性更大，如何能够表征出电池模组中各个电芯表面膨胀力的差异就显得更为重要，以便可以更加全面地了解电池工作状态，及时调整设计和制造工艺，提高电池的使用寿命和安全性。

技术实现思路

1、本发明旨在解决电池膨胀力测试中的相关技术问题，开发一种电池模组膨胀力测量装置，其调节机构依靠类似曲柄-连杆滑块的结构组合，配合其框架结构的滑槽结构，实现两侧侧板同步同向或反向运动以调整空间大小，确保与所需测量的电池模组等宽；另外，其测力机构不仅通过电机对电池模组施加准确预紧力，还能在电池充放电过程中测量电池模组平均膨胀力的大小。同时，本发明提出一种电池模组膨胀力分布测试方法，利用荧光材料的特殊性，在电池模组中的电芯表面均匀涂敷荧光溶液，当电池模组中电芯发生膨胀时，成膜材料会受到力的作用，在特定光源激发的作用下发光，通过ccd照相系统获取并记录在电池表面的荧光照片，故可获取膨胀力在模组表面的分布情况。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种电池模组膨胀力测量装置，包括框架结构、调节机构和测力机构；

4、所述框架结构包括长方形结构的底部支撑板，所述底部支撑板上表面开设有两排所述第一滑槽，两排所述第一滑槽在所述底部支撑板的宽度方向对称地并排布置，每排的多个所述第一滑槽沿所述底部支撑板的长度方向间隔分布；所述第一滑槽用于连接所述调节机构的侧板，并且用于实现两个所述侧板之间间距的调节；所述底部支撑板的一端设置有通孔槽，所述通孔槽用于连接固定板，并且用于实现所述固定板在所述底部支撑板长度方向的位置调节，所述固定板同时垂直于所述底部支撑板和所述侧板；所述底部支撑板的另一端固定有隔离板，所述隔离板与所述固定板平行且相对设置；所述隔离板中部开设有固定孔，所述固定孔沿所述底部支撑板的长度方向贯通于所述隔离板；

5、所述调节机构包括安装于所述底部支撑板之上的两个侧板，电池模组在试验时放置在所述底部支撑板之上，并以所述固定板为基准位于两个所述侧板之间；每个所述侧板包括侧板主板，所述侧板主板底部设置有数个第一滑块，所述第一滑块一一对应地安装在所述第一滑槽中并能够沿所述第一滑槽滑动，以实现所述侧板主板在所述底部支撑板宽度方向的位置调节；所述侧板主板顶部设置有一个第一t型杆和多个第二t型杆，所述第二t型杆的高度低于所述第一t型杆；所述第一t型杆和所述第二t型杆共同沿所述侧板主板的长度方向间隔均布，且所述第一t型杆位于所述侧板主板的顶部中间位置，相同数量的所述第二t型杆分布于所述第一t型杆的两边；两个所述侧板主板之上设置有盖板，所述盖板设置有两排所述第二滑槽，两排所述第二滑槽分别位于两个所述侧板上方，每排的所述第二滑槽一一对应地与所述第一t型杆和所述第二t型杆相配合，并且能够实现所述第一t型杆和所述第二t型杆在所述第二滑槽中滑动；所述盖板在两排所述第二滑槽之间设置有两个滑轨，两个所述滑轨均沿两排所述第二滑槽的对称中心线设置，并且两个滑轨相对于对应所述第一t型杆的两个所述第二滑槽对称设置；每个所述滑轨安装有第二滑块，所述第二滑块能够在所述滑轨内进行滑动；所述盖板上表面设置有凹槽，所述凹槽位于对应所述第一t型杆的两个所述第二滑槽和两个所述滑轨之间，所述凹槽安装有带座轴承；所述带座轴承安装有连接轴，所述连接轴通过键与转盘连接；所述转盘包括圆形平板结构，所述圆形平板结构的上表面固定连接有固定杆，所述固定杆与其中一根所述第一t型杆通过第一连接杆进行连接，所述第一连接杆两端分别与所述固定杆和所述第一t型杆铰接；每根所述第一t型杆分别与两个所述第二滑块通过两个所述第二连接杆进行连接，所述第二连接杆的两端分别与其连接的所述第一t型杆和所述第二滑块铰接；四根所述第二连接杆长度相等因而连接为菱形；通过所述固定杆推动所述转盘转动，所述第一连接杆带动所述第一t型杆在所述第二滑槽内进行往复直线运动，同时通过四根所述第二连接杆所构成菱形的变化，借助两个所述第二滑块的同步反向运动，实现两个所述侧板的同步反向运动，从而实现调节所容纳电池模组空间的大小；

6、所述测力机构包括正反转电机，所述正反转电机设置在所述隔离板背向于所述固定板的一侧；所述正反转电机的输出轴穿过所述隔离板中部的固定孔，并与联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端通过传动轴与传感器固定板的一侧螺纹连接，所述传感器固定板的另一侧通过力传感器与挤压板的一侧连接，所述挤压板的另一侧通过伸缩杆与绝缘板的一侧连接；所述伸缩杆外部套有伸缩弹簧，所述伸缩弹簧的两端分别抵顶于所述挤压板和所述绝缘板；所述绝缘板的另一侧用于对所述电池模组直接施加压力。

7、进一步地，所有的所述第一滑槽的结构相同，其沿所述底部支撑板的宽度方向的尺寸大于长度方向的尺寸；所有的所述第二滑槽的结构相同，其沿所述盖板宽度方向的尺寸大于长度方向的尺寸。

8、进一步地，两个通孔槽在所述底部支撑板的宽度方向对称地并排布置；两个所述通孔槽的结构相同，其沿所述底部支撑板长度方向的尺寸大于宽度方向的尺寸；所述固定板包括竖直设置的限位板和水平连接于所述限位板底部的底座，所述底座的两侧分别设置有通孔，用于与两个所述通孔槽通过螺栓螺母连接。

9、进一步地，所述盖板中部相对于两端加厚。

10、进一步地，所述正反转电机通过电机安装座固定在所述底部支撑板上。

11、进一步地，所述绝缘板的表面平整无毛刺，且长度和宽度与所述电池模组接触面尺寸相等的平板。

12、根据本发明的另一个方面，提供了一种电池模组膨胀力分布测试方法，基于上述电池模组膨胀力测量装置进行，包括：在所述电池模组中每个电池的表面均匀涂敷荧光溶液，并使所述荧光溶液在每个电池的表面成膜；之后进行所述电池模组的膨胀力测量，所述电池模组在受力膨胀之后，在紫外光的激发下，所述电池模组中每个电池表面的荧光材料因力的作用而被激发出荧光，采用ccd照相系统获取并记录荧光照片，即能够得到所述电池模组中每个电池表面膨胀力的分布情况；荧光越亮的部位证明发生的形变越大，产生的膨胀力越大。

13、进一步地，所述荧光材料为四硝基-四苯基乙烯，所述紫外光的波长为365nm。

14、进一步地，所述荧光材料的浓度为0.01～1g/ml。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明提出一种电池模组膨胀力测量装置，其调节机构依靠类似曲柄-连杆滑块的结构组合，配合其框架结构的滑槽结构，实现了两侧侧板的同步同向或反向运动，这种设计提高了装置的灵活性和适应性，确保了测量装置能够适应不同尺寸的模组，提高了测量装置的普适性；同时，测力机构的加入既能模拟电池模组在实际使用中的初始工况，又能实时测量模组在充放电过程中的平均膨胀力，有助于更真实地模拟和测量电池模组在充放电过程中的膨胀力，对于电池安全管理和性能评估具有重要意义。

17、本发明提出一种电池模组膨胀力分布的测试方法，提出使用荧光材料配合ccd照相系统来获取电池模组表面膨胀力的分布情况，这种方法创新性地将视觉检测技术应用于电池模组膨胀力的分布测试，简单且直观的观察膨胀力的分布情况，便于分析电池模组结构中的薄弱环节，为提高电池模组的可靠性提供科学依据。