[发明专利]锂电池充放电中膨胀力分量及位移分量的测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种锂电池充放电中膨胀力分量及位移分量的测量装置，包括：电池充放电设备；恒温箱；锂电池测试装置，设置在所述恒温箱内，用于检测锂电池在不同的温度、电流、电压充放电时的膨胀力、位移信号；数据采集设备，通过导线分别与锂电池测试装置、计算机相连接，用于将采集的电流、电压、温度、膨胀力、位移信号输送至计算机；计算机，用于根据锂电池荷电状态对采集的位移、膨胀力信号进行同步化处理，获得不同温度下不同预载荷的硬壳锂电池沿厚度方向的膨胀位移分量‑膨胀力分量曲线。本发明可以实现多个数据信号的同时采集，为建立锂电池的电、热、力学多物理耦合模型提供了基础数据，为建立包含电、热、力信号的电池管理系统打下基础。

技术领域

本发明涉及一种膨胀力及其相应膨胀位移的测量装置与方法，尤其涉及一种硬壳锂电池充放电过程中沿厚度方向膨胀力分量及相应膨胀位移分量的测量装置与方法。

技术背景

近年来，随着油价的波动，自然资源的减少、气候变化以及越来越严格的排放标准，汽车行业逐渐转型研究开发环保、高效的汽车，因此电动汽车、混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车被人们赋予了极大的希望。锂电池具有高功率密度，高能量密度和低自放电率等优点使其成为了从小型便携式电子设备到大规模储能系统等各种应用的理想选择。

然而，这些绿色汽车的广泛采用仍然受到诸如高成本，电池寿命，行驶范围较短和易于意外故障等因素的限制。由于锂电池组的高成本，其循环寿命与容量衰减现象是我们尤为关注的。锂电池无论是否处于使用状态在其寿命期间中均会发生容量衰减，这严重限制了其性能，此外，锂电池随时都在发生容量衰减，但随着使用和外部条件的不同而导致退化的程度不同。

自从锂电池的寿命问题进入国内外学者的视线以来，对其的研究就从未停止过。但目前的大多数研究是在锂电池电化学与热力学的水平上展开的，如锂电池中发生的各种竞争老化机制，如SEI生长，电极材料损失和隔膜孔闭合。这些老化研究考虑了广泛的参数(例如充电状态，放电深度，充电/放电速率，电荷变化和温度)，以更好地了解不同操作/环境条件对老化的影响。但锂电池在实际的运行工况下，并不仅仅是单一的电化学过程，他是电化学、热力学与机械学的耦合。

发明内容

为了能理解锂电池的容量衰减现象背后的机理，提高锂电池的循环寿命，同时提高锂电池荷电状态(SOC)估算的精度，以拓展增强当前的电池管理系统，本发明提供了一种硬壳锂电池充放电过程中沿厚度方向膨胀力分量及相应膨胀位移分量的测量装置与方法，能有效的测量锂电池充放电过程中的膨胀力变化及其相应膨胀位移变化，建立膨胀力、膨胀位移与锂电池SOC的关系，为建立锂电池的电、热、力学多物理耦合模型提供了基础数据，提高锂电池SOC估算的精度，拓展当前的电池管理系统。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种锂电池充放电中膨胀力分量及位移分量的测量装置，包括：

电池充放电设备，用于对锂电池进行充放电；

恒温箱，用于提供设定的测试温度；

锂电池测试装置，设置在所述恒温箱内，用于检测锂电池在不同的温度、电流、电压充放电时的膨胀力、位移信号；

数据采集设备，通过导线分别与膨胀力分量测量装置、膨胀位移分量测量装置、计算机相连接，用于将采集的实时电流、电压、温度、膨胀力、位移信号输送至计算机；

计算机，用于根据数据采集设备采集的电流电压信号实时估算锂电池荷电状态，并根据不同温度下估算获得的锂电池荷电状态对采集的位移、膨胀力信号进行同步化处理，获得不同温度下不同预载荷的硬壳锂电池沿厚度方向的膨胀位移分量-膨胀力分量曲线。

进一步地，所述的锂电池测试装置包括：

平行设置的第一钢板和第二钢板；

若干相配合的固定轴、固定螺母，固定连接在所述第一钢板和第二钢板之间；