电极片充放电体积原位检测装置、控制系统及其使用方法制造方法及图纸

电极片充放电体积原位检测装置、控制系统及其使用方法，机架内设置有电池测试仓和移动组件，移动组件上设有位移传感器，电池测试仓的底部设置有热交换底座和温度传感器，热交换底座的出口接工质存储箱的进口，工质存储箱的出口接热交换工质循环泵的进口，热交换工质循环泵的出口连接热泵装置的进口，热泵装置的出口连接热交换底座的进口；移动组件由移动组件驱动器控制；热泵装置由热泵驱动器控制；热交换工质循环泵由热交换工质循环泵驱动器控制；两个传感器由测量反馈电路控制，最后通过微处理器原位地对电极片充放电过程中产生的体积变化进行监测，并且可以对电极片充放电过程中所处的温度进行控制，具有原位检测，温度控制，精确测量的优点。

In-situ Volume Detection Device, Control System and Application Method of Electrode Plate Charging and Discharging

The in-situ detection device, control system and its application method for the charge and discharge volume of the electrode sheet are provided with a battery test bin and a mobile component in the rack, a displacement sensor on the mobile component, a heat exchange base and a temperature sensor on the bottom of the battery test bin, an outlet of the heat exchange base to connect the inlet of the working substance storage box, and an outlet of the working substance storage box to connect the inlet of the heat exchange working substance circulation pump. The outlet of heat exchanger circulating pump is connected with the inlet of heat pump device, and the outlet of heat pump device is connected with the inlet of heat exchanger base; the mobile component is controlled by the mobile component driver; the heat pump device is controlled by the heat pump driver; the heat exchanger circulating pump is controlled by the heat exchanger circulating pump driver; the two sensors are controlled by the measurement feedback circuit, and finally through the original microprocessor. In situ monitoring of the volume change during the charging and discharging process of the electrode sheet can control the temperature during the charging and discharging process of the electrode sheet, which has the advantages of in situ detection, temperature control and accurate measurement.

【技术实现步骤摘要】
电极片充放电体积原位检测装置、控制系统及其使用方法
本专利技术涉及电极材料
,特别涉及一种基于温度条件下的电极片充放电体积原位检测装置、控制系统及其使用方法。
技术介绍
随着3C领域和电动汽车等的发展，传统电池逐渐无法满足人们的需求，大量科研机构对新型电极材料的研发愈加火热。而以硅基负极材料为代表的一批前景无限的新型电极材料普遍存在着在充放电过程中会产生巨大的体积变化的现象，而这一现象则会导致电极结构崩塌，电池效率下降，以及安全性下降等问题。因此，对电极材料在充放电过程中产生的体积变化进行研究是十分迫切的需求，而现有的能对电极材料体积变化进行表征的手段，如扫描电子显微镜等，都存在着难以定量，难以原位监测的问题，这将影响对电极材料体积变化本质原理的探索，减慢新型电极材料的研发过程。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中表征手段的不足，本专利技术提供了一种基于温度条件下的电极片充放电体积原位检测装置、控制系统及其使用方法,能够原位地对电极片充放电过程中产生的体积变化进行监测，并且可以对电极片充放电过程中所处的温度进行控制，测量精确，使用方便，弥补了当前测量表征手段的不足。为了达到上述目的,本专利技术采用的技术方案为:电极片充放电体积原位检测装置，包括机架1,机架1内下方设置有电池测试仓2，机架1顶部的下方固定有移动组件3，移动组件3上设置有位移传感器4，所述的位移传感器4位于电池测试仓2的上方且与电池测试仓垂直，电池测试仓2的底部设置有热交换底座5和温度传感器6，所述的热交换底座5的出口连接工质存储箱7的进口，工质存储箱7的出口连接热交换工质循环泵8的进口，热交换工质循环泵8的出口连接热泵装置9的进口，热泵装置9的出口连接热交换底座5的进口。所述的电池测试仓2包括下部的测试仓正极21，测试仓正极21的上方设置有测试仓负极22，测试仓负极22与测试仓正极21之间设置被测试的工作电池23。所述的测试仓负极22采用矩形结构，矩形结构的顶部下方设置有凸起24，测试仓正极21采用H型结构，H型结构的顶部与凸起相匹配，并且测试仓正极设置在测试仓负极，测试仓负极与测试仓正极之间设置有密封圈25。所述的位移传感器4采用变阻器式位移传感器、电容式位移传感器和光栅式位移传感器中的一种，分别率超过100纳米。所述的移动组件3采用电机驱动的丝杆装置或者压缩空气的气动装置，移动组件3重复定位的精度在50微米以上。所述的热交换工质循环泵8采用隔膜泵或者蠕动泵。所述的温度传感器6采用温度敏感电阻或数字式温度传感器。基于上述检测装置的控制系统，包括微处理器12、移动组件驱动器15、热泵驱动器16、热交换工质循环泵驱动器17和测量反馈电路14；移动组件4的控制信号输入端连接移动组件驱动器15的控制信号输出端，移动组件驱动器15控制信号输入端连接微处理器12的第三信号输出端；热泵装置9的控制信号输入端连接热泵驱动器16的控制信号输出端,热泵驱动器16的控制信号输入端连接微处理器12的第一信号输出端；热交换工质循环泵8的控制信号输入端连接交换工质循环泵驱动器17的控制信号输入端,热交换工质循环泵驱动器17的控制信号输入端连接微处理器12的第二信号输出端；位移传感器3和温度传感器6的信号输出端分别连接测量反馈电路14的信号输入端，测量反馈电路14的信号输出端连接微处理器12的信号输入端；微处理器12数据信号与外部计算机13双向连接。所述的移动组件驱动器15包括驱动芯片，驱动芯片的第十四、第十五、第十六、第十八、第四十一和第四十二引脚连接微处理器的控制信号输出端，驱动芯片的第三十六引脚分别连接24伏电源正极和电容C1的一端，电容C1的另一端接地；驱动芯片的第四十引脚连接电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接驱动芯片的第三十九、第四十三、第四十四引脚和接地；驱动芯片的第三十五引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接24伏电源正极；驱动芯片第四引脚连接24伏电源正极和电容C4的一端，电容C4的另一端接地；驱动芯片第三十引脚连接24伏电源正极和电容C5的一端，电容C5的另一端接地；驱动芯片的第九引脚分别连接电阻R1和R3的一端，电阻R1的另一段接地，电阻R3的另一端连接驱动芯片第十二引脚；驱动芯片的第二十五引脚分别连接电阻R2和电阻R4的一端，电阻R2的另一段接地，电阻R4的另一端连接驱动芯片第二十二引脚；所述的驱动芯片第二，第三，第五，第六，第七，第八，第十，第十一，第二十三，第二十四，第二十六，第二十七，第二十八，第二十九，第三十一和三十二引脚与执行器连接。所述的热泵驱动器16包括第一光电耦合器UO1和第二光电耦合器UO2；所述的第一光电耦合器UO1的第一脚本连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接微控制器控制信号输出端，第一光电耦合器UO1第三脚本连接电阻R9和电阻R7的一端，电阻R7的另一端接地，电阻R9的另一端连接第一场效应管Q1栅极，第一场效应管Q1源极接地，第一场效应管Q1漏极与热泵装置的控制信号输入端连接；第一光电耦合器UO1第二脚本接地，第一光电耦合器UO1第四脚本连接5伏电源正极；所述的第二光电耦合器UO2第一脚本连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接微控制器控制信号输出端，第二光电耦合器UO2第三脚本分别连接电阻R8和电阻R10的另一端，电阻R8的另一端接地，电阻R10的另一点连接第二场效应管Q2栅极，第二场效应管Q2源极接地，第二场效应管Q2漏极与热泵装置的控制信号输入端连接；第二光电耦合器UO2第二脚本接地，第二光电耦合器UO2第四脚本连接5伏电源正极。所述的热交换工质循环泵驱动器17包括第三光电耦合器UO3，第三光电耦合器UO3第一脚本连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接微控制器控制信号输出端，第三光电耦合器UO3第三引脚连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接第一继电器UR1的第一脚本和第一肖特基二极管D1的负极，第一肖特基二极管D1的正极连接第一继电器UR1的第八引脚和接地，第一继电器UR1第四和第五引脚连接热交换工质玄幻泵的控制信号输入端，第一继电器UR1第三和第六引脚分别连接第二继电器UR2第三和第六引脚，第二继电器UR2的第四引脚、第七引脚和第八引脚接地；第二继电器UR2第五和第二移交连接12伏电源正极连接，第二继电器UR2第一引脚分别连接第二肖特基二极管D2的负极和电阻R14的一端，第二肖特基二极管D2正极连接第二继电器UR2第八引脚，电阻R14的另一端连接第四光电耦合器UO4第三脚本，第四光电耦合器UO4第一脚本连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接微控制器控制信号输出端，第四光电耦合器UO4的第四脚本连接5伏电源正极，第四光电耦合器UO4第二脚本接地。所述的测量反馈电路14包括第一模拟数字转换芯片和第一基准电业芯片，第一模拟数字转换芯片第十一脚本分别连接电阻R15和电容C11的一端，电阻R15的另一端连接位移传感器信号输出端，电容C11另一端接地，第一模拟数字转换芯片第十三脚本分别连接电阻R17和电容C13的一端，电容C13的另一端接地，电阻R17的另一端连接温度传感器信号输出端，第一模拟数字转换芯片第二十脚本分别连接电容C8、电容C7的一端和5伏电源正极，电容C8、电容C7的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电极片充放电体积原位检测装置，其特征在于，包括机架(1),机架(1)内下方设置有电池测试仓(2)，机架(1)顶部的下方固定有移动组件(3)，移动组件(3)上设置有位移传感器(4)，所述的位移传感器(4)位于电池测试仓(2)的上方且与电池测试仓垂直，电池测试仓(2)的底部设置有热交换底座(5)和温度传感器(6)，所述的热交换底座(5)的出口连接工质存储箱(7)的进口，工质存储箱(7)的出口连接热交换工质循环泵(8)的进口，热交换工质循环泵(8)的出口连接热泵装置(9)的进口，热泵装置(9)的出口连接热交换底座(5)的进口。

【技术特征摘要】
1.电极片充放电体积原位检测装置，其特征在于，包括机架(1),机架(1)内下方设置有电池测试仓(2)，机架(1)顶部的下方固定有移动组件(3)，移动组件(3)上设置有位移传感器(4)，所述的位移传感器(4)位于电池测试仓(2)的上方且与电池测试仓垂直，电池测试仓(2)的底部设置有热交换底座(5)和温度传感器(6)，所述的热交换底座(5)的出口连接工质存储箱(7)的进口，工质存储箱(7)的出口连接热交换工质循环泵(8)的进口，热交换工质循环泵(8)的出口连接热泵装置(9)的进口，热泵装置(9)的出口连接热交换底座(5)的进口。2.根据权利要求1所述的电极片充放电体积原位检测装置，其特征在于，所述的电池测试仓(2)包括下部的测试仓正极(21)，测试仓正极(21)的上方设置有测试仓负极(22)，测试仓负极(22)与测试仓正极(21)之间设置被测试的工作电池(23)。3.根据权利要求2所述的电极片充放电体积原位检测装置，其特征在于，测试仓负极(22)采用矩形结构，矩形结构的顶部下方设置有凸起(24)，测试仓正极(21)采用H型结构，H型结构的顶部与凸起相匹配，并且测试仓正极设置在测试仓负极，测试仓负极与测试仓正极之间设置有密封圈(25)。4.根据权利要求1所述的电极片充放电体积原位检测装置，其特征在于，所述的位移传感器(4)采用变阻器式位移传感器、电容式位移传感器和光栅式位移传感器中的一种，分别率超过100纳米；所述的移动组件(3)采用电机驱动的丝杆装置或者压缩空气的气动装置，移动组件(3)重复定位的精度在50微米以上；所述的热交换工质循环泵(8)采用隔膜泵或者蠕动泵；所述的温度传感器(6)采用温度敏感电阻或数字式温度传感器。5.基于权利要求1所述的电极片充放电体积原位检测装置的控制系统，其特征在于，包括微处理器(12)、移动组件驱动器(15)、热泵驱动器(16)、热交换工质循环泵驱动器(17)和测量反馈电路(14)；移动组件(4)的控制信号输入端连接移动组件驱动器(15)的控制信号输出端，移动组件驱动器(15)控制信号输入端连接微处理器(12)的第三信号输出端；热泵装置(9)的控制信号输入端连接热泵驱动器(16)的控制信号输出端,热泵驱动器(16)的控制信号输入端连接微处理器(12)的第一信号输出端；热交换工质循环泵(8)的控制信号输入端连接交换工质循环泵驱动器(17)的控制信号输入端,热交换工质循环泵驱动器(17)的控制信号输入端连接微处理器(12)的第二信号输出端；位移传感器(3)和温度传感器(6)的信号输出端分别连接测量反馈电路(14)的信号输入端，测量反馈电路(14)的信号输出端连接微处理器(12)的信号输入端；微处理器(12)数据信号与外部计算机(13)双向连接。6.根据权利要求5所述的电极片充放电体积原位控制系统，其特征在于，所述的移动组件驱动器(15)包括驱动芯片，驱动芯片的第十四、第十五、第十六、第十八、第四十一和第四十二引脚连接微处理器的控制信号输出端，驱动芯片的第三十六引脚分别连接24伏电源正极和电容C1的一端，电容C1的另一端接地；驱动芯片的第四十引脚连接电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接驱动芯片的第三十九、第四十三、第四十四引脚和接地；驱动芯片的第三十五引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接24伏电源正极；驱动芯片第四引脚连接24伏电源正极和电容C4的一端，电容C4的另一端接地；驱动芯片第三十引脚连接24伏电源正极和电容C5的一端，电容C5的另一端接地；驱动芯片的第九引脚分别连接电阻R1和R3的一端，电阻R1的另一段接地，电阻R3的另一端连接驱动芯片第十二引脚；驱动芯片的第二十五引脚分别连接电阻R2和电阻R4的一端，电阻R2的另一段接地，电阻R4的另一端连接驱动芯片第二十二引脚；所述的驱动芯片第二，第三，第五，第六，第七，第八，第十，第十一，第二十三，第二十四，第二十六，第二十七，第二十八，第二十九，第三十一和三十二引脚与执行器连接。7.根据权利要求5所述的电极片充放电体积原位控制系统，其特征在于，所述的热泵驱动器(16)包括第一光电耦合器UO1和第二光电耦合器UO2；所述的第一光电耦合器UO1的第一脚本连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接微控制器控制信号输出端，第一光电耦合器UO1第三脚本连接电阻R9和电阻R7的一端，电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋江选，张超凡，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61