一種圓柱電池過充試驗裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種圓柱電池過充試驗裝置及方法。在試驗裝置中，電芯夾具用于夾持圓柱電池，可調直流穩壓電源的正極與電芯夾具的正極端連接，其負極與分流器一端連接，分流器另一端與電芯夾具的負極端連接，電壓溫度采集器的第一通道正極端通過電壓采集線正極線與電芯夾具的正極端連接，電壓溫度采集器的第一通道負極端通過電壓采集線負極線與電芯夾具的負極端連接，電壓溫度采集器的第二通道通過溫度采集線與溫度探頭連接，溫度探頭與圓柱電池表面連接，電壓溫度采集器的第三通道通過電流采集線與分流器連接，電芯夾具保護罩套設在電芯夾具的外側，滅火裝置與電芯夾具保護罩相連通。本發明具有節約了電能和防止安全隱患的優點。
【專利說明】
一種圓柱電池過充試驗裝置及方法
技術領域
[0001]本發明涉及電池技術領域，更具體地說，特別涉及一種圓柱電池過充試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]由于圓柱形鋰離子電池用途不斷地擴大，電池能量密不斷地提高，電池安全性也越受人們的關注。所以，電池安全試驗設備也越來越多。目前，可用于電池過充電設備主要有:單體(單串)電池測試設備(電壓0-5v)，模組(多串電池)測試設備，以及不帶安全保護的簡易恒壓電源充電裝置。隨著新國標對過充條件的不斷提高，許多單體測試設備由于電壓范圍的限制，已經無發用于過充試驗;模組充放電設備用于單體電池過充試驗已經比比皆是，但由于模組設備功率大用于單體測試無疑是浪費資源。現有技術存在的缺點主要包括以下幾個部分:
[0003]1、單體試驗設備的電壓范圍是0-5V，而汽車行業標準QC/T743-2006或GB-T31485對單體電芯過充要求有一種是以3C電流充電止電壓到1V才停止試驗，所以這種單體試驗設備是無法滿足的。
[0004]2、使用模組充放電設備完成過充試驗，由于模組設備功率大、低電壓時誤差大，這樣既浪費電而且記錄電壓數據誤差大。
[0005]3、不帶安全保護的簡易恒壓電源充電裝置，基本只看過充電后結果，而不能實時地記錄數據;而且不帶安全保護裝置，在過充中電池發生著火和爆炸等可能會傷到周圍的事物。
[0006]4、誤差小又省電的充放電設備可用于過充試驗，但對測試場地要求高，因為過充屬于安全試驗，在過充中可能發生著火、爆炸等。
[0007]5、專門的充放電設備價錢高、體積大而且對實驗場地要求高，去專門的檢測機構驗證費用高、周期長。所以，很多需要安全驗證的試驗，由于條件限制而留下了許多安全隱串
■/Ql、O
[0008]6、由于連接和測試方法不規范，導致結果誤差大。
[0009]因此，發展圓柱電池過充試驗裝置刻不容緩。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供一種圓柱電池過充試驗裝置及方法，其可以節約電能、提高安全檢驗頻率，以減少不安全帶來的隱患。
[0011 ]為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0012]—種圓柱電池過充試驗裝置，包括電芯夾具、電壓溫度采集器、分流器、可調直流穩壓電源、溫度探頭、電芯夾具保護罩和滅火裝置，所述電芯夾具用于夾持圓柱電池，所述可調直流穩壓電源的正極與電芯夾具的正極端連接，其負極與分流器一端連接，所述分流器另一端與電芯夾具的負極端連接，所述電壓溫度采集器的第一通道正極端通過電壓采集線正極線與電芯夾具的正極端連接，所述電壓溫度采集器的第一通道負極端通過電壓采集線負極線與電芯夾具的負極端連接，所述電壓溫度采集器的第二通道通過溫度采集線與溫度探頭連接，所述溫度探頭與圓柱電池表面連接，所述電壓溫度采集器的第三通道通過電流采集線與分流器連接，所述電芯夾具保護罩套設在電芯夾具的外側，所述滅火裝置與電芯夾具保護罩相連通。
[0013]進一步地，所述電芯夾具包括固定底托、滑動側支架、固定側支架、夾具正極頭和夾具負極頭，所述滑動側支架可滑動的安裝于固定底托上，所述固定側支架固定安裝于固定底托上且該固定側支架與滑動側支架相對應，所述夾具正極頭安裝于滑動側支架上，所述夾具負極頭安裝于固定側支架上，所述圓柱電池固定在夾具正極頭與夾具負極頭之間。
[0014]進一步地，所述固定底托上設有調節槽，所述滑動側支架為L形結構，該L形結構的滑動側支架下端通過第一緊固件安裝于調節槽內。
[0015]進一步地，所述夾具正極頭包括第一過電流頭和與第一過電流頭連接的第一電壓采集針，所述夾具負極頭包括第二過電流頭和與第二過電流頭連接的第二電壓采集針，所述圓柱電池固定在第一過電流頭和第二過電流頭之間，所述第一電壓采集針與可調直流穩壓電源的正極連接，所述第二電壓采集針與分流器另一端連接。
[0016]進一步地，所述第一過電流頭和第二過電流頭的頭部均為錐形結構。
[0017]進一步地，所述第一過電流頭和第二過電流頭均采用銅材料制成，且第一過電流頭和第二過電流頭的頭部表面渡銀，所述第一電壓采集針和第二過電流頭均采用鋼鍍鎳材料制成。
[0018]進一步地，所述電芯夾具保護罩的上端設有滅火管接口，所述滅火裝置通過滅火管與滅火管接口連接。
[0019]進一步地，所述滅火裝置為CO2滅火裝置。
[0020]本發明還提供一種圓柱電池過充試驗方法，包括以下步驟，
[0021]步驟1:可調直流穩壓電源上電，然后打開儀器開關，調節電壓值到圓柱電池最高安全充電電壓的2倍，電流設置為圓柱電池額定容量的I倍，并設置為恒流模式；
[0022]步驟2:設置電壓溫度采集器，儀器上電，打開儀器開關，通過儀器顯示屏對儀器各通道設置，第一通道和第三通道設置為直流電壓模式，第二通道設置成T型熱電偶模式；
[0023]步驟3:將待測試且滿充電的圓柱電池用內阻儀測試開路電壓和交流內阻，再安裝在電芯夾具上，電池正極朝夾具正極，負極朝夾具負極;安裝完檢查電芯有沒有被夾緊、接觸良好，如果沒問題，則將溫度探頭高溫膠帶貼于圓柱電芯中心外表面，然后蓋上夾具保護罩；
[0024]步驟4:進入電壓溫度采集器監控界面查看顯示是否正常，如果正常，則設置數據采樣間隔為ls，設置好數據保存路徑;設置電壓報警閾值為電池安全最高電壓的1.5倍，時間報警閾值為1H，完成所有設置后點開始監控按鈕，同時可調直流穩壓電源點擊開始充電；
[0025]步驟5:開始測試，監控電池的電壓、溫度變化；
[0026]步驟6:當電壓或時間到報警值時，設備開始報警，則按下可調直流穩壓電源的停止按鈕;然后停止數據記錄并導出測試數據，過充電芯放置IH后取出，測量電池開路電壓和交流內阻，測試完放入安全廢品存放區，且在測試中圓柱電池無爆炸、沒起火，則測試合格；
[0027]步驟7:如果在測試過程中沒達到報警值圓柱電池爆炸或著火，則開啟滅火裝置迅速滅火并停止充電，停止電壓、溫度采集儀并導出數據，分析電壓和溫度變化情況，整個測試完成，電池過充不合格。
[0028]進一步地，在步驟I之間還包括檢查試驗裝置線路連接，線束有無斷裂及破皮，滅火裝置是否正常。
[0029]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明節約了電能，并且能及時檢驗出電池過充中的不安全隱患，防止后期使用過程中帶來的安全事故問題。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031 ]圖1是本發明所述圓柱電池過充試驗裝置的原理圖。
[0032]圖2是本發明所述圓柱電池過充試驗裝置中電芯夾具的爆炸圖。
[0033]圖3是本發明所述圓柱電池過充試驗裝置中電芯夾具的立體圖。
[0034]圖4是本發明所述圓柱電池過充試驗裝置中分流器的示意圖。
[0035]圖5是本發明所述圓柱電池過充試驗裝置的電路原理圖。
[0036]附圖標記說明:1、圓柱電池，2、電芯夾具，3、電壓溫度采集器，4、分流器，5、可調直流穩壓電源，6、負載連接線束，7、溫度探頭，8、電芯夾具保護罩，9、滅火管接口，10、滅火裝置，21、固定底托，22、滑動側支架，23、固定側支架，24、第一緊固件，25、第二緊固件，26、夾具正極頭，27、夾具負極頭，261、第一過電流頭，262、第一電壓采集針，271、第二過電流頭，272、第二電壓采集針，31、電壓采集線，32、溫度采集線，33、電流采集線。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0038]參閱圖1和圖5所示，本發明提供一種圓柱電池過充試驗裝置，包括電芯夾具2、電壓溫度采集器3、分流器4、可調直流穩壓電源5、溫度探頭7、電芯夾具保護罩8和滅火裝置10，所述電芯夾具2用于夾持圓柱電池I，所述可調直流穩壓電源5的正極與電芯夾具2的正極端連接(通過負載連接線束6)，其負極與分流器4一端連接(通過負載連接線束6)，所述分流器4另一端與電芯夾具2的負極端連接(通過負載連接線束6)，所述電壓溫度采集器3的第一通道正極端通過電壓采集線31正極線與電芯夾具2的正極端連接，所述電壓溫度采集器3的第一通道負極端通過電壓采集線31負極線與電芯夾具2的負極端連接，所述電壓溫度采集器3的第二通道通過溫度采集線32與溫度探頭7連接，所述溫度探頭7與圓柱電池I表面連接，所述電壓溫度采集器3的第三通道通過電流采集線33與分流器4連接，所述電芯夾具保護罩8套設在電芯夾具2的外側，所述滅火裝置10與電芯夾具保護罩8相連通。
[0039]參閱圖2和圖3所示，所述電芯夾具2包括固定底托21、滑動側支架22、固定側支架23、夾具正極頭26和夾具負極頭27，所述滑動側支架22可滑動的安裝于固定底托21上，所述固定側支架23固定安裝于固定底托21上且該固定側支架23與滑動側支架22相對應，所述夾具正極頭26安裝于滑動側支架22上，所述夾具負極頭27安裝于固定側支架23上，所述圓柱電池I固定在夾具正極頭26與夾具負極頭27之間。
[0040]所述固定底托21、滑動側支架22、固定側支架23都是由耐熱、絕緣聚合物加工而成。
[0041]具體的，為了適應不同的電池大小，所述固定底托21上設有調節槽，所述滑動側支架22為L形結構，該L形結構的滑動側支架22下端通過第一緊固件24(即螺絲)安裝于調節槽內。通過移動滑動側支架22即可夾持住不同大小的電池。
[0042]所述夾具正極頭26包括第一過電流頭261和與第一過電流頭261連接的第一電壓采集針262，所述夾具負極頭27包括第二過電流頭271和與第二過電流頭271連接的第二電壓采集針272，所述圓柱電池I固定在第一過電流頭261和第二過電流頭271之間，所述第一電壓采集針262與可調直流穩壓電源5的正極連接，所述第二電壓采集針272與分流器4另一端連接。
[0043]所述第一過電流頭261和第二過電流頭271的頭部均為錐形結構。
[0044]所述第一過電流頭261和第二過電流頭271均采用銅材料制成，且第一過電流頭261和第二過電流頭271的頭部表面渡銀，目的是為了減少電阻，所述第一電壓采集針262和第二過電流頭271均采用鋼鍍鎳材料制成，用于采集電池電壓。
[0045]所述電芯夾具保護罩8由耐高溫、透明玻璃纖維材料制成;夾具保護罩頂部中央位置上有用于連接滅火管的滅火管接口 9，滅火裝置10通過滅火管與滅火管接口 9連通，兩個側面有兩個半圓弧，用于電壓、電流線束通過。
[0046]作為優選，所述滅火裝置10為CO2滅火裝置，也可以根據需要選擇其他滅火裝置。
[0047]參閱圖4所示，所述分流器4分為分流器41和分流器42，夾具2負載連接線束6—端連接到第二過電流頭271271，另一端連接到分流器42上，分流器42另一端通過負載連接線束6連接到恒流可調電源5負極端。分流器的電流采集線33，一端連接到分流器41，另一端連接到電壓溫度采集儀器通道3上。
[0048]作為優選，所述分流器4使用60MV-100A猛銅直流分流器，精確度等級0.5級。
[0049]作為優選，所述可調直流穩壓電源5規格為20V-100A，電壓精度0.5%FS，電流精度
0.5%FSo
[0050]作為優選，所述負載線束6選用持續過電流為100A的軟銅線。
[0051]作為優選，所述電壓采集線31最大能過IA電流。
[0052]作為優選，所述溫度采集線32采用T型熱電偶，熱電偶紅色端接入第二通道的正極端，白色端接第二通道的負極端。
[0053]所述電壓溫度采集器3有八個通道，既可以采集電壓，又可以采集溫度可支持K型、T型、1K電阻等類型溫度線；電壓精度0.1 %，溫度精度0.5°C。
[0054]本發明實現圓柱電池過充試驗的方法包括具體為:
[0055]1、準備測試裝置及試驗用圓柱電池。
[0056]2、檢查測試裝置線路連接，螺絲有無松動，線束有無斷裂及破皮，滅火用C02氣體是否夠用，一切檢查完成后進入下一步。
[0057]3、可調直流穩壓電源上電，然后打開儀器開關，調節電壓值到電池最高安全充電電壓的2倍，電流設置為IC(電池額定容量的I倍)，儀器設置為恒流模式，設置完成進入下一步。
[0058]4、開始設置電壓溫度儀器，儀器上電，打開儀器開關，通過儀器顯示屏對儀器各通道設置，第一通道和第三通道設置為直流電壓模式，第二通道設置成T型熱電偶模式，其它通道不用選擇。
[0059]5、將準備好要測試的滿充電圓柱電池用內阻儀測試開路電壓(OCV)和交流內阻(IR)，然后安裝在夾具2上，電池正極朝夾具正極，負極朝夾具負極按照;安裝完檢查電芯有沒有被夾緊、接觸良好，如果沒問題，則將T型熱電偶用高溫膠帶貼于圓柱電芯(高)的中心外表面，然后蓋上夾具保護罩8，進入下一步。
[0060]6、進入電壓、溫度采集儀監控界面查看顯示是否正常，如果正常，則設置數據采樣間隔為ls，設置好數據保存路徑;設置電壓報警閾值為電池安全最高電壓的1.5倍(如果電池是三元材料，則電壓設為6.3v)，時間報警閾值為1H。完成所有設置后點開始監控按鈕，同時可調直流穩壓電源點擊開始充電。
[0061]7、開始測試，監控電池的電壓、溫度變化。
[0062]8、當電壓或時間到設備報警值時，設備開始報警，則按下可調直流穩壓電源5的停止按鈕;然后停止數據記錄并導出測試數據。過充電芯放置IH后取出，測量電池開路電壓和交流內阻，測試完放入安全廢品存放區。整個測試完成，測試中電芯無爆炸、沒起火，測試合格。
[0063]9、如果在測試過程中沒達到報警值電池爆炸或著火，則開啟滅火器裝置10迅速滅火并停止充電，停止電壓、溫度采集儀并導出數據，分析電壓和溫度變化情況。整個測試完成，電池過充不合格。
[0064]本發明以三元-18650-2.5AH鋰離子電池為例，1.5倍時的安全電壓為6.3v，IC的電流大小為2.5A。
[0065]本發明的試驗裝置既能精確采集電壓、電流、溫度，又能節約資源，安全性高，而且便于攜帶對測試場所的要求低;整個試驗接線及其操作方法簡單、易懂。
[0066]雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是專利所有者可以在所附權利要求的范圍之內做出各種變形或修改，只要不超過本發明的權利要求所描述的保護范圍，都應當在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:包括電芯夾具、電壓溫度采集器、分流器、可調直流穩壓電源、溫度探頭、電芯夾具保護罩和滅火裝置，所述電芯夾具用于夾持圓柱電池，所述可調直流穩壓電源的正極與電芯夾具的正極端連接，其負極與分流器一端連接，所述分流器另一端與電芯夾具的負極端連接，所述電壓溫度采集器的第一通道正極端通過電壓采集線正極線與電芯夾具的正極端連接，所述電壓溫度采集器的第一通道負極端通過電壓采集線負極線與電芯夾具的負極端連接，所述電壓溫度采集器的第二通道通過溫度采集線與溫度探頭連接，所述溫度探頭與圓柱電池表面連接，所述電壓溫度采集器的第三通道通過電流采集線與分流器連接，所述電芯夾具保護罩套設在電芯夾具的外側，所述滅火裝置與電芯夾具保護罩相連通。2.根據權利要求1所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述電芯夾具包括固定底托、滑動側支架、固定側支架、夾具正極頭和夾具負極頭，所述滑動側支架可滑動的安裝于固定底托上，所述固定側支架固定安裝于固定底托上且該固定側支架與滑動側支架相對應，所述夾具正極頭安裝于滑動側支架上，所述夾具負極頭安裝于固定側支架上，所述圓柱電池固定在夾具正極頭與夾具負極頭之間。3.根據權利要求2所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述固定底托上設有調節槽，所述滑動側支架為L形結構，該L形結構的滑動側支架下端通過第一緊固件安裝于調節槽內。4.根據權利要求2所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述夾具正極頭包括第一過電流頭和與第一過電流頭連接的第一電壓采集針，所述夾具負極頭包括第二過電流頭和與第二過電流頭連接的第二電壓采集針，所述圓柱電池固定在第一過電流頭和第二過電流頭之間，所述第一電壓采集針與可調直流穩壓電源的正極連接，所述第二電壓采集針與分流器另一端連接。5.根據權利要求4所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述第一過電流頭和第二過電流頭的頭部均為錐形結構。6.根據權利要求5所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述第一過電流頭和第二過電流頭均采用銅材料制成，且第一過電流頭和第二過電流頭的頭部表面渡銀，所述第一電壓采集針和第二過電流頭均采用鋼鍍鎳材料制成。7.根據權利要求1所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述電芯夾具保護罩的上端設有滅火管接口，所述滅火裝置通過滅火管與滅火管接口連接。8.根據權利要求1所述的圓柱電池過充試驗裝置，其特征在于:所述滅火裝置為CO2滅火目.ο9.一種根據權利要求1-8任意一項所述圓柱電池過充試驗裝置的試驗方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1:可調直流穩壓電源上電，然后打開儀器開關，調節電壓值到圓柱電池最高安全充電電壓的2倍，電流設置為圓柱電池額定容量的I倍，并設置為恒流模式； 步驟2:設置電壓溫度采集器，儀器上電，打開儀器開關，通過儀器顯示屏對儀器各通道設置，第一通道和第三通道設置為直流電壓模式，第二通道設置成T型熱電偶模式； 步驟3:將待測試且滿充電的圓柱電池用內阻儀測試開路電壓和交流內阻，再安裝在電芯夾具上，電池正極朝夾具正極，負極朝夾具負極;安裝完檢查電芯有沒有被夾緊、接觸良好，如果沒問題，則將溫度探頭高溫膠帶貼于圓柱電芯中心外表面，然后蓋上夾具保護罩；步驟4:進入電壓溫度采集器監控界面查看顯示是否正常，如果正常，則設置數據采樣間隔為ls，設置好數據保存路徑;設置電壓報警閾值為電池安全最高電壓的1.5倍，時間報警閾值為1H，完成所有設置后點開始監控按鈕，同時可調直流穩壓電源點擊開始充電； 步驟5:開始測試，監控電池的電壓、溫度變化； 步驟6:當電壓或時間到報警值時，設備開始報警，則按下可調直流穩壓電源的停止按鈕;然后停止數據記錄并導出測試數據，過充電芯放置IH后取出，測量電池開路電壓和交流內阻，測試完放入安全廢品存放區，且在測試中圓柱電池無爆炸、沒起火，則測試合格； 步驟7:如果在測試過程中沒達到報警值圓柱電池爆炸或著火，則開啟滅火裝置迅速滅火并停止充電，停止電壓、溫度采集儀并導出數據，分析電壓和溫度變化情況，整個測試完成，電池過充不合格。10.根據權利要求9所述的圓柱電池過充試驗方法，其特征在于:在步驟I之間還包括檢查試驗裝置線路連接，線束有無斷裂及破皮，滅火裝置是否正常。
【文檔編號】H01M10/42GK105958133SQ201610377420
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】詹天佑, 陳世強
【申請人】武漢閃信鼎中新能源有限公司