锂离子电池内应力的检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种锂离子电池内应力的检测装置，为克服测量锂离子电池内应力计算量大、耗时长，无法在实车上应用的问题，所述的检测装置包括应变传感器探头组件、应变传感器探头光纤组件、箱体(29)、模数转换器(30)、单片机(31)与上位机(32)；应变传感器探头组件的输出端和应变传感器探头光纤组件的一端连接，应变传感器探头光纤组件的另一端和箱体(29)内各个应变传感器的输入端连接，箱体(29)内各个应变传感器的输出端与模数转换器(30)的输入端连接，模数转换器(30)的输出端和单片机(32)的输入端连接，单片机(31)的输出端和上位机(32)连接。本实用新型专利技术还提供了一种测量锂离子电池内应力的测量方法。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池内应力的检测装置
本技术属于锂离子电池
，更确切地说，本技术涉及一种锂离子电池内应力的检测装置。
技术介绍
锂离子电池由于具有高的功率密度和能量密度、无记忆效应、自放电小、循环寿命长以及无污染等优异特点，是目前电动汽车的理想电源。同时，锂离子电池在航天设备、手机、笔记本电脑和电动自行车等领域均展现出了广阔的应用前景。在使用过程中，锂离子电池会产生化学反应、产热传热和内应力等，且彼此之间相互影响。其中，内应力的产生对锂离子电池的性能有着重要影响。外载荷、扩散诱导应力与热应力等均会使锂离子电池产生内应力，当内应力增大到一定程度可能会致使电极破裂和隔膜失效，进而使锂离子电池的性能降低，缩短锂离子电池的使用寿命，从而导致短路等安全问题。近几年锂离子电池的应力分析得到研究者们的重视，对锂离子电池应力的研究主要为：锂离子迁移时引起的内应力，因温升和温度梯度而引起的热应力，以及外载荷加载条件下锂离子电池变形的研究等。但内应力对锂离子电池所造成的危害如因电极材料膨胀不均匀或者膨胀受约束而产生的内应力超过临界值致使的电极材料粉化失效；隔膜压缩变形可导致孔径以及孔隙率减小，进而使锂离子电池的内阻增大和引起锂离子迁移不均匀；以及因外载荷作用而引起的内部短路等问题尚未解决，也影响着锂离子电池的安全，因此锂离子电池的内应力必须得到有效控制。目前关于锂离子电池内应力的研究主要为采用数值计算的方法进行研究，且数值计算的方法计算量大、耗时长，无法在实车上应用，无法为锂离子电池内应力的控制提供准确的信息，使得锂离子电池存在一定的危险性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的数值计算方法测量锂离子电池内应力计算量大、耗时长，无法在实车上应用的问题，提出一种锂离子电池内应力的检测装置。为解决上述技术问题，本技术是采用如下技术方案实现的：所述的锂离子电池内应力的检测装置包括应变传感器探头组件、应变传感器探头光纤组件、箱体、模数转换器、单片机与上位机。所述的应变传感器探头组件的一端布置在锂离子电池的内部，应变传感器探头组件的输出端和应变传感器探头光纤组件的一端绞合连接，应变传感器探头光纤组件的另一端和箱体内各个应变传感器的输入端绞合连接，箱体内各个应变传感器的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端和单片机的输入端连接，单片机的输出端通过RS232串口和上位机连接。技术方案中所述的应变传感器探头组件的一端布置在锂离子电池的内部是指：所述的应变传感器探头组件包括6～14个应变传感器探头，即包括第一应变传感器探头、第二应变传感器探头、第三应变传感器探头、第四应变传感器探头、第五应变传感器探头、第六应变传感器探头、……与第十四应变传感器探头；第一应变传感器探头布置在锂离子电池容易出现应力集中的负极和隔膜的转角处，即负极的内层负极涂层与隔膜的转角处；第二应变传感器探头、第三应变传感器探头、第四应变传感器探头、第五应变传感器探头、第七应变传感器探头、第八应变传感器探头、第九应变传感器探头、第十应变传感器探头、第十一应变传感器探头、第十二应变传感器探头、第十三应变传感器探头与第十四应变传感器探头布置在锂离子电池充放电过程中热膨胀造成应力集中的侧边中心区域；第六应变传感器探头布置在锂离子电池的中心区域。技术方案中所述的第一应变传感器探头、第二应变传感器探头、第三应变传感器探头、第四应变传感器探头、第五应变传感器探头、第六应变传感器探头、……与第十四应变传感器探头(14)均为光纤应变传感器探头，探头外径为0.1mm～0.125mm。技术方案中所述的应变传感器探头组件的输出端和应变传感器探头光纤组件的一端绞合连接是指：所述的应变传感器探头组件包括6～14个应变传感器探头，即包括第一应变传感器探头、第二应变传感器探头、第三应变传感器探头、第四应变传感器探头、第五应变传感器探头、第六应变传感器探头、……与第十四应变传感器探头；所述的应变传感器探头光纤组件包括第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、……与第十四光纤；第一应变传感器探头、第二应变传感器探头、第三应变传感器探头、第四应变传感器探头、第五应变传感器探头、第六应变传感器探头、……与第十四应变传感器探头的输出端依次和第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、……与第十四光纤的一端绞合连接。技术方案中所述的第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、……与第十四光纤均采用低损耗的单模光纤，尺寸为9/125μm，即光纤芯径为9μm，包层后直径为125μm。技术方案中所述的应变传感器探头光纤组件的另一端和箱体内各个应变传感器的输入端绞合相连接是指：所述的应变传感器探头光纤组件包括第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、……与第十四光纤；所述的箱体内设置有6～14个应变传感器，即箱体内设置有第一应变传感器、第二应变传感器、第三应变传感器、第四应变传感器、第五应变传感器、第六应变传感器、……与第十四应变传感器；第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤、……与第十四光纤的另一端依次和第一应变传感器、第二应变传感器、第三应变传感器、第四应变传感器、第五应变传感器、第六应变传感器、……与第十四应变传感器的输入端绞合连接。与现有技术相比本技术的有益效果是：1.本技术所述的锂离子电池内应力的检测装置和测量方法在锂离子电池制备过程中，将应变传感器探头均匀布于锂离子电池内部容易出现应力集中的负极与隔膜的转角处，即负极内层负极涂层与隔膜的转角处、锂离子电池充放电过程中热膨胀易造成应力集中的侧边中心区域,具体可根据需要在每组(每组的各层组成由外到内依次为隔膜、负极涂层、负极集流体、负极涂层、隔膜、正极涂层、正极集流体、正极涂层)靠近内层负极涂层的侧边中心位置布置应变传感器探头，以及锂离子电池的中心区域，从而能实时、准确的测得锂离子电池内应力的分布情况。2.本技术所述的锂离子电池内应力的检测装置和测量方法通过将应变传感器探头埋入锂离子电池内部，当锂离子电池受到外载荷作用或锂离子电池内部的锂离子迁移时以及有热应力产生时，将应变传感器探头组件通过应变传感器探头光纤组件连接至锂离子电池外部箱体内的各个应变传感器、模数转换器、单片机和上位机，从而能实时测试锂离子电池各个部位内应变的变化情况，将测得的锂离子电池各个部位内应变的数值乘以其弹性模量，通过数学方法计算出锂离子电池各个检测部位的内应力值，提供了一种简便易行、便于采集、能实时准确、多点测量锂离子电池内应力的检测装置和测量方法，能实时判断出锂离子电池内应力过高的部位，进而优化锂离子电池的工艺和结构设计；此外，还能更为精确的获取锂离子电池内应力的三维分布情况，为锂离子电池内应力三维模型的建立提供更有效的数据。3.本技术所述的锂离子电池内应力的检测装置和测量方法中采用的应变传感器探头为光纤应变传感器探头，探头外径可细至0.1mm，具有尺寸小，灵敏度高、耐高温、耐腐蚀、防爆、较好的抗电磁干扰和原子辐射干扰的能力等优点，能使用在强电磁干扰、易燃易爆和有害等恶劣环境中。4.本技术所述的锂离子电池内应力的检测装置和测量方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池内应力的检测装置，其特征在于，所述的锂离子电池内应力的检测装置包括应变传感器探头组件、应变传感器探头光纤组件、箱体(29)、模数转换器(30)、单片机(31)与上位机(32)；所述的应变传感器探头组件的一端布置在锂离子电池(33)的内部，应变传感器探头组件的输出端和应变传感器探头光纤组件的一端绞合连接，应变传感器探头光纤组件的另一端和箱体(29)内各个应变传感器的输入端绞合连接，箱体(29)内各个应变传感器的输出端与模数转换器(30)的输入端连接，模数转换器(30)的输出端和单片机(31)的输入端连接，单片机(31)的输出端通过RS232串口和上位机(32)连接。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池内应力的检测装置，其特征在于，所述的锂离子电池内应力的检测装置包括应变传感器探头组件、应变传感器探头光纤组件、箱体(29)、模数转换器(30)、单片机(31)与上位机(32)；所述的应变传感器探头组件的一端布置在锂离子电池(33)的内部，应变传感器探头组件的输出端和应变传感器探头光纤组件的一端绞合连接，应变传感器探头光纤组件的另一端和箱体(29)内各个应变传感器的输入端绞合连接，箱体(29)内各个应变传感器的输出端与模数转换器(30)的输入端连接，模数转换器(30)的输出端和单片机(31)的输入端连接，单片机(31)的输出端通过RS232串口和上位机(32)连接。2.按照权利要求1所述的锂离子电池内应力的检测装置，其特征在于，所述的应变传感器探头组件的一端布置在锂离子电池(33)的内部是指：所述的应变传感器探头组件包括6～14个应变传感器探头，即包括第一应变传感器探头(1)、第二应变传感器探头(2)、第三应变传感器探头(3)、第四应变传感器探头(4)、第五应变传感器探头(5)、第六应变传感器探头(6)、……与第十四应变传感器探头(14)；第一应变传感器探头(1)布置在锂离子电池(33)出现应力集中的负极(36)和隔膜(35)的转角处，即负极(36)的内层负极涂层(38)与隔膜(35)的转角处；第二应变传感器探头(2)、第三应变传感器探头(3)、第四应变传感器探头(4)、第五应变传感器探头(5)、第七应变传感器探头(7)、第八应变传感器探头(8)、第九应变传感器探头(9)、第十应变传感器探头(10)、第十一应变传感器探头(11)、第十二应变传感器探头(12)、第十三应变传感器探头(13)与第十四应变传感器探头(14)布置在锂离子电池(33)充放电过程中热膨胀造成应力集中的侧边中心区域；第六应变传感器探头(6)布置在锂离子电池(33)的中心区域。3.按照权利要求2所述的锂离子电池内应力的检测装置，其特征在于，所述的第一应变传感器探头(1)、第二应变传感器探头(2)、第三应变传感器探头(3)、第四应变传感器探头(4)、第五应变传感器探头(5)、第六应变传感器探头(6)、……与第十四应变传感器探头(14)均为光纤应变传感器探头，探头外径为0.1mm～0.125mm。4.按照权利要求1所述的锂离子电池内应力的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高镇海，李明月，胡宏宇，张晓婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22