一种锂离子软包电池平整度测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种锂离子软包电池平整度测量装置及测量方法 (Flatness measuring device and method for lithium ion soft package battery ) 是由 张翮辉 常春平 游浩林 于 2020-12-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种锂离子软包电池平整度测量装置,包括由多个相同的测量杆(2)组成的矩阵阵列、基座(3)和采集卡(4)；所述测量杆(2)处于竖直状态,包括测量探头(21)、支撑杆(22)和信号线(23)；所述信号线(23)的上下两端分别于和采集卡(4)电性连接；所述测量探头(21)由压电陶瓷制成且顶端为水平平面。本发明还提供了一种锂离子软包电池平整度测量方法,将被测的锂离子软包电池平放于测量杆(2)组成的矩阵阵列之上,读取各测量杆(2)测得的压力值构成压力值矩阵,计算并输出平整度系数。本发明提供的测量装置结构简单、易于制作、精度较高,对应的测量方法操作简便、科学合理且稳定性好。(The invention provides a flatness measuring device for a lithium ion soft package battery, which comprises a matrix array, a base (3) and a collecting card (4), wherein the matrix array is composed of a plurality of same measuring rods (2); the measuring rod (2) is in a vertical state and comprises a measuring probe (21), a supporting rod (22) and a signal line (23); the upper end and the lower end of the signal wire (23) are respectively and electrically connected with the acquisition card (4); the measuring probe (21) is made of piezoelectric ceramics, and the top end of the measuring probe is a horizontal plane. The invention also provides a flatness measuring method of the lithium ion soft package battery, which comprises the steps of placing the lithium ion soft package battery to be measured on a matrix array formed by the measuring rods (2), reading pressure values measured by the measuring rods (2) to form a pressure value matrix, and calculating and outputting a flatness coefficient. The measuring device provided by the invention has the advantages of simple structure, easiness in manufacturing, higher precision, simplicity and convenience in operation of the corresponding measuring method, science and reasonability and good stability.)
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子软包电池平整度测量装置及测量方法。
背景技术
锂离子电池广泛用于国民经济各个部门和居民生活领域。其中，锂离子软包电池因具有安全性好、重量轻、容量大、内阻小和可灵活定制等各种优点，而越来越受到人们的重视。锂离子软包电池在结构上通常采用铝塑膜包装，其产品要求电池表面平整无孔洞。譬如中国专利CN201910208796.2就公开了改善锂电池表面平整度的方法。若存在设计缺陷、生产工艺欠佳或使用不当等因素，锂离子软包电池平面的平整程度很可能下降，并导致性能降低甚至带来安全隐患。因此，需要对刚出厂或使用一段时期后的锂离子软包电池的表面平整度进行检测。然而，公知的技术场合通常使用人工目测或触摸等方式进行锂离子软包电池的表面平整度检测，这严重依赖于人工的主观判断且无法给出客观、精确和定量的检测结果。因此，亟待发展出一种客观科学且操作方便的锂离子软包电池平整度测量装置及测量方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、易于制作、精度较高的锂离子软包电池平整度测量装置，并提供其测量方法。
根据本发明的一个方面，提供锂离子软包电池平整度测量装置，其技术方案是：一种锂离子软包电池平整度测量装置，用于锂离子软包电池的平整度测量，该装置包括由多个相同的测量杆组成的矩阵阵列、基座和采集卡；所述测量杆处于竖直状态，包括测量探头、支撑杆和信号线；所述支撑杆的上下两端分别与测量探头和基座机械连接；所述信号线的上下两端分别于和采集卡电性连接；所述支撑杆为中空结构且内部穿有信号线；所述测量探头由压电陶瓷制成且顶端为水平平面。
上述锂离子软包电池平整度测量装置，所述多个相同的测量杆组成的矩阵阵列刚好覆盖锂离子软包电池被测的平面，且矩阵阵列同一延伸方向上相邻两个测量杆之间的距离相等。
根据本发明的另一个方面，提供一种应用于所述锂离子软包电池平整度测量装置的测量方法，其技术方案分为以下步骤：
S1、将被测的锂离子软包电池平放于由多个相同的测量杆组成的矩阵阵列之上；
S2、测量每一测量探头获得的压力值；
S3、通过采集卡读取各测量杆测得的压力值构成压力值矩阵，计算并输出平整度系数K：
K＝1-Std/Ave
式中，K为锂离子软包电池的平整度系数；Std为压力值矩阵中所有元素的标准差；Ave为压力值矩阵中所有元素的平均值。
本发明的有益效果在于：
1、本发明根据锂离子软包电池各处质量分布大致均等的事实，将锂离子软包电池平放于测量杆矩阵阵列顶端的各水平面上，并通过压电陶瓷制成的测量探头来获得各处压力数据。若锂离子软包电池与测量杆接触的表面不平整，则凹陷处测量杆测得的压力值偏高，突出处测量杆测得的压力值偏低，各测量杆测得的压力值构成压力值矩阵中所有元素的标准差较大。因此，根据上述特点而设计的锂离子软包电池平整度测量方法客观科学，简单易行，且针对同一类型电池的测量结果稳定性好。
2、本发明提供的锂离子软包电池平整度测量装置，支撑杆为中空结构且内部穿有信号线，故结构紧凑，支撑杆及其内部的信号线方便检查和维护，若个别测量杆出现问题也便于单独更换。此外，整个锂离子软包电池平整度测量装置结构简单、易于制作、精度较高。
附图说明
图1为本发明实施例中锂离子软包电池平整度测量装置的结构示意图。
图2为图1中测量杆的结构示意图。
具体实施方式
一种锂离子软包电池平整度测量装置，用于锂离子软包电池的平整度测量，包括由多个相同的测量杆组成的矩阵阵列、基座和采集卡；所述测量杆处于竖直状态，包括测量探头、支撑杆和信号线；所述支撑杆的上下两端分别与测量探头和基座机械连接；所述信号线的上下两端分别于和采集卡电性连接；所述支撑杆为中空结构且内部穿有信号线；所述测量探头由压电陶瓷制成且顶端为水平平面。
进一步地，所述多个相同的测量杆组成的矩阵阵列刚好覆盖锂离子软包电池被测的平面，且矩阵阵列同一延伸方向上相邻两个测量杆之间的距离相等。
应用于以上锂离子软包电池平整度测量装置的测量方法，分为以下步骤：
S1、将被测的锂离子软包电池平放于由多个相同的测量杆组成的矩阵阵列之上；
S2、测量每一测量探头获得的压力值；
S3、通过采集卡读取各测量杆测得的压力值构成压力值矩阵，计算并输出平整度系数K：
K＝1-Std/Ave
式中，K为锂离子软包电池的平整度系数；Std为压力值矩阵中所有元素的标准差；Ave为压力值矩阵中所有元素的平均值。
实施例
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
某锂离子软包电池的标称容量为10Ah，正极采用三元材料，标称电压3.7V，长度220mm，宽度130mm，厚度6mm，使用锂离子软包电池平整度测量装置对该锂离子软包电池的尺寸为220mm×130mm的底面的平整度进行测量。
锂离子软包电池平整度测量装置示意图见图1。图1中(1)为被测的锂离子软包电池，(2)为测量杆，(3)为基座，(4)为采集卡，图1中使用省略号“……”来代表未绘出的其他测量杆(2)。各测量杆(2)均相同且都处于竖直状态。如图2所示，测量杆(2)包括测量探头(21)、支撑杆(22)和信号线(23)。
请结合图1和图2观察，其中，支撑杆(22)的上下两端分别与测量探头(21)和基座(3)机械连接；信号线(23)的上下两端分别于和采集卡(4)电性连接；支撑杆(22)为中空结构且内部穿有信号线(23)；测量探头(21)由压电陶瓷制成且顶端为水平平面。
本实施例中，由22×13个测量杆组成矩形阵列，每个测量杆的直径为2mm，矩形阵列的行方向和列方向上相邻两个测量杆(2)之间的距离均为10mm，故测量杆(2)组成的矩阵阵列所刚好覆盖锂离子软包电池(1)尺寸为220mm×130mm的被测平面。
正式测量前，使用与被测锂离子软包电池三维尺寸相同、重量大致相等且表面平整的平板对装置进行标定。
标定过程的操作与锂离子软包电池平整度测量方法一致，即分为以下步骤：
S1、将标定物平放于由多个相同的测量杆组成的矩阵阵列之上；
S2、测量每一测量探头获得的压力值；
S3、通过采集卡读取各测量杆测得的压力值构成压力值矩阵，计算并输出平整度系数K：
K＝1-Std/Ave
式中，K为标定物的平整度系数；Std为压力值矩阵中所有元素的标准差；Ave为压力值矩阵中所有元素的平均值。
本实施例中，通过采集卡读取各测量杆测得的压力值构成22×13的压力值矩阵，矩阵中所有元素的标准差和平均值分别为0.0004N和0.0150N，故标定物的平整度系数K＝1-0.0004/0.0150＝0.973。
对于用于标定的平板，要求测量得到的平整度系数K尽量接近1。若标定结果不符合该要求，则需要对装置进行检查和调整，重点关注压力值矩阵中压力值与平均值偏差较大的元素，并通过这些元素的位置来定位需要检查和调整的测量杆。
本实施例的标定结果基本符合要求，故现在使用该装置进行被测锂离子软包电池平整度的正式测量。测量的步骤参照标定过程，但将标定物更换为被测锂离子软包电池。测量结果发现，压力值矩阵中所有元素的标准差和平均值分别为0.0037N和0.0152N，故标定物的平整度系数K＝1-0.0037/0.0152＝0.757，这说明被测离子软包电池的被测平面具有一定程度的不平整现象。
需要指出是，某些应用场合下可能会出现锂离子软包电池待测平面小于测量杆(2)组成的矩阵阵列所覆盖范围的情况，这种情况下只需要断开部分信号线(23)的和采集卡(4)的电性连接即可，从而保证测量杆(2)组成的矩阵阵列所刚好覆盖锂离子软包电池(1)的被测平面，而不需要重新制作锂离子软包电池平整度测量装置或减少测量杆(2)的数目。
本实施例提供的锂离子软包电池平整度测量装置及测量方法，针对锂离子软包电池各处质量分布大致均等的事实，将锂离子软包电池平放于测量杆矩阵阵列顶端的各水平面上，并通过压电陶瓷制成的测量探头来获得各处压力数据。若锂离子软包电池与测量杆接触的表面不平整，则凹陷处测量杆测得的压力值偏高，突出处测量杆测得的压力值偏低，各测量杆测得的压力值构成压力值矩阵中所有元素的标准差较大，故测量方法客观科学，简单易行，且针对同一类型电池的测量结果稳定性好。测量装置包含的支撑杆为中空结构且内部穿有信号线，故结构紧凑，支撑杆及其内部的信号线方便检查和维护，若个别测量杆出现问题也便于单独更换。此外，整个锂离子软包电池平整度测量装置结构简单、易于定制、精度较高。
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