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申请/专利权人：西安艾瑞泽新能源科技有限公司

摘要：压力下电极片充放体积原位检测装置、控制系统及方法，机架内下方设置有电池测试仓,机架的顶部固定执行器,执行器通过连杆连接压力传递盘,压力传递盘的下方设置有弹簧,弹簧与电池测试仓接触,电池测试仓的下方设有压力传感器，机架顶部下方固定有移动组件，移动组件上设置有位移传感器，压力传递盘的中间设置有贯穿孔，用于位移传感器穿过压力传递盘与电池测试仓相接触，移动组件由移动组件驱动器控制；执行器由执行器驱动器控制；最后通过微处理器整体控制待测电池的工作压力；透过可活动的测试仓负极来测量电池测试仓中电极片的体积变化；本发明具有测量精确，使用方便的优点。

主权项：1.压力下电极片充放体积原位检测装置，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）的顶部固定执行器（3）,执行器（3）的输出端通过连杆（4）连接压力传递盘（5），压力传递盘（5）套设在机架（1）四周的导向柱（10）上,压力传递盘（5）的下方设置有弹簧（6）,弹簧（6）的下端与电池测试仓（2）的顶部接触,机架（1）顶部的下方设置有位移传感器（9），位移传感器（9）位于电池测试仓（2）的上方且与电池测试仓（2）垂直，压力传递盘（5）的中间设置有贯穿孔，用于位移传感器（9）穿过压力传递盘（5）与电池测试仓（2）相接触，所述的电池测试仓（2）的下方设置有压力传感器（7）；所述的电池测试仓（2）包括下部的测试仓正极（21），下部的测试仓正极（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）；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，测试仓负极（22）与测试仓正极（21）之间设置有密封圈（25）；所述的位移传感器（9）采用变阻器式位移传感器、电容式位移传感器或光栅式位移传感器中的一种，分辨率超过100纳米。

全文数据：压力下电极片充放体积原位检测装置、控制系统及方法技术领域本发明涉及电极材料技术领域,特别涉及一种基于压力条件下的电极片充放体积原位检测装置、控制系统及方法。背景技术随着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。发明内容为了克服上述现有技术中表征手段的不足，本发明提供了压力下电极片充放体积原位检测装置、控制系统及方法，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压力环境进行控制，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,本发明采用的技术方案为:压力下电极片充放体积原位检测装置，包括机架1,机架1内下方设置有电池测试仓2,机架1的顶部固定执行器3,执行器3的输出端通过连杆4连接压力传递盘5，压力传递盘5套设在机架1四周的导向柱10上,压力传递盘5的下方设置有弹簧6,弹簧6的下端与电池测试仓2的顶部接触,机架1顶部的下方设置有位移传感器9，位移传感器9位于电池测试仓2的上方且与电池测试仓2垂直，压力传递盘5的中间设置有贯穿孔，用于位移传感器9穿过压力传递盘5与电池测试仓2相接触，所述的电池测试仓2的下方设置有压力传感器7。所述的位移传感器9采用变阻器式位移传感器、电容式位移传感器或光栅式位移传感器中的一种，分辨率超过100纳米。所述的连杆4采用矩形框架，矩形框架的顶部连接执行器3的输出端，矩形框架底部连接压力传递盘5。所述的电池测试仓2包括下部的测试仓正极21，下部的测试仓正极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。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，测试仓负极22与测试仓正极21之间设置有密封圈25。所述的机架1顶部的下方固定有移动组件8，位移传感器9安装在移动组件8上。基于上述检测装置的控制系统，包括执行器驱动器11、连接微处理器12、测量反馈电路14和移动组件驱动器15；执行器3的信号输入端连接执行器驱动器11的信号输出端，执行器驱动器11的控制信号输入端连接微处理器12的控制信号输出端；移动组件8的信号连接移动组件驱动器15的信号输入端，移动组件驱动器15的控制信号输入端连接微处理器12的控制信号输出端；压力传感器7和位移传感器9的信号输出端连接测量反馈电路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数据信号端双向连接外部计算机13。所述的执行器驱动器11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R16和电容C13的一端，电容C13的另一端接地，电阻R16的另一端连接压力传感器信号输出端，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的另一端接地；第一模拟数字转换芯片第二十一脚本分别连接电容C9、电容C10的一端和3.3伏电源正极，电容C9、电容C10的另一端接地；所述的第一模拟数字转换芯片第三，第四，第二十三和第二十四引脚与所述微处理器数据信号输入端连接，第一模拟数字转换芯片第十，十六，十八，十九引脚接地；第一模拟数字转换芯片的第十五引脚分别连接电容C16的一端和第一基准电业芯片第六引脚，电容C16的另一端接地；第一基准电业芯片第二引脚分别连接电容C14、电容C15的一端和12伏电源正极，电容C14、电容C15的另一端接地，第一基准电业芯片第四引脚接地。基于上述压力下电极片充放体积原位控制系统的控制方法，其步骤为：步骤一：将电池测试仓2从机架1上取下来，电池测试仓2内的测试仓正极21从下方取出，将待测试电池的组成部件依次正确置于测试仓正极21上方后，测试仓正极21装回电池测试仓2；步骤二：将步骤一中组装好的电池测试仓2安装在机架1内下方；步骤三：启动执行器3，执行器3的输出端推动连杆4，连杆4向下推动压力传递盘5，压力传递盘5带动弹簧6与下方的测试仓负极22接触，产生压力，并由测试仓负极22将此压力传递给待测试电池的电极片，压力传感器7安装在电池测试仓下方，实时监测所受到的压力并反馈给测量反馈电路，测量反馈电路通过微处理器反馈给外部计算机，以保证电极片工作在所设定的压力条件下；移动组件8控制位移传感器9上下运动，位移传感器9的下端接触测试仓负极22，并使待测电极片的体积变化范围处于位移传感器的量程之内，位移传感器9透过可活动的测试仓负极22来测量电池测试仓2中电极片的体积变化。本发明的有益效果：本发明采用电池测试仓，放置待测试的电池组部件，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；本发明采用压力传感器以及压力传递盘，能够控制待测电池的工作压力；本发明采用位移传感器，透过可活动的测试仓负极来测量电池测试仓中电极片的体积变化。附图说明图1本发明的结构示意图。图2为本发明电池测试仓2的结构示意图。图3为本发明的控制系统结构示意图。图4为本发明中执行器驱动器11的电路连接图。图5为本发明测量反馈电路14的电路连接图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1所示，一种基于压力下电极片充放电压力变化原位监测装置,包括机架1,机架1内下方设置有电池测试仓2,机架1的顶部固定执行器3,执行器3的输出端通过连杆4连接压力传递盘5，压力传递盘5套设在机架1四周的导向柱10上,压力传递盘5的下方设置有弹簧6,弹簧6的下端与电池测试仓2的顶部接触,机架1顶部的下方设置有位移传感器9，位移传感器9位于电池测试仓2的上方且与电池测试仓2垂直，压力传递盘5的中间设置有贯穿孔，用于位移传感器9穿过压力传递盘5与电池测试仓2相接触，所述的电池测试仓2的下方设置有压力传感器7。所述的连杆4采用矩形框架，矩形框架的顶部连接执行器3的输出端，矩形框架底部连接压力传递盘5。参照图2所示，所述的电池测试仓2包括下部的测试仓正极21，下部的测试仓正极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。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，测试仓负极22与测试仓正极21之间设置有密封圈25。所述的机架1顶部的下方固定有移动组件8，位移传感器9安装在移动组件8上。位移传感器9采用变阻器式位移传感器、电容式位移传感器或光栅式位移传感器中的一种，分辨率超过100纳米；移动组件8采用电机驱动的丝杆装置或者压缩空气的气动装置，移动装置重复定位的精度在50微米以上；所述的执行器3不仅包括电动、液压等可控执行器，弹簧等不可控装置也包含在内。参照图3所示，基于上述检测装置的控制系统，包括执行器驱动器11、连接微处理器12、测量反馈电路14和移动组件驱动器15；执行器3的信号输入端连接执行器驱动器11的信号输出端，执行器驱动器11的控制信号输入端连接微处理器12的控制信号输出端；移动组件8的信号连接移动组件驱动器15的信号输入端，移动组件驱动器15的控制信号输入端连接微处理器12的控制信号输出端；压力传感器7和位移传感器9的信号输出端连接测量反馈电路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数据信号端双向连接外部计算机13。参照图4所示，所述的执行器驱动器11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。参照图5所示，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R16和电容C13的一端，电容C13的另一端接地，电阻R16的另一端连接压力传感器信号输出端，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的另一端接地；第一模拟数字转换芯片第二十一脚本分别连接电容C9、电容C10的一端和3.3伏电源正极，电容C9、电容C10的另一端接地；所述的第一模拟数字转换芯片第三，第四，第二十三和第二十四引脚与所述微处理器数据信号输入端连接，第一模拟数字转换芯片第十，十六，十八，十九引脚接地；第一模拟数字转换芯片的第十五引脚分别连接电容C16的一端和第一基准电业芯片第六引脚，电容C16的另一端接地；第一基准电业芯片第二引脚分别连接电容C14、电容C15的一端和12伏电源正极，电容C14、电容C15的另一端接地，第一基准电业芯片第四引脚接地。基于压力下电极片充放体积原位控制系统的控制方法，其步骤为：步骤一：将电池测试仓2从机架1上取下来，电池测试仓2内的测试仓正极21从下方取出，将待测试电池的组成部件依次正确置于测试仓正极21上方后测试仓正极21装回电池测试仓2；步骤二：将步骤一中组装好的电池测试仓2安装在机架1内下方；步骤三：启动执行器3，执行器3的输出端推动连杆4，连杆4向下推动压力传递盘5，压力传递盘5带动弹簧6与下方的测试仓负极22接触，产生压力，并由测试仓负极22将此压力传递给待测试电池的电极片，压力传感器7安装在电池测试仓下方，实时监测所受到的压力并反馈给测量反馈电路，测量反馈电路通过微处理器反馈给外部计算机，以保证电极片工作在所设定的压力条件下；移动组件8控制位移传感器9上下运动，位移传感器9的下端接触测试仓负极22，并使待测电极片的体积变化范围处于位移传感器的量程之内，位移传感器9透过可活动的测试仓负极22来测量电池测试仓2中电极片的体积变化。

权利要求：1.压力下电极片充放体积原位检测装置，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的顶部固定执行器3,执行器3的输出端通过连杆4连接压力传递盘5，压力传递盘5套设在机架1四周的导向柱10上,压力传递盘5的下方设置有弹簧6,弹簧6的下端与电池测试仓2的顶部接触,机架1顶部的下方设置有位移传感器9，位移传感器9位于电池测试仓2的上方且与电池测试仓2垂直，压力传递盘5的中间设置有贯穿孔，用于位移传感器9穿过压力传递盘5与电池测试仓2相接触，所述的电池测试仓2的下方设置有压力传感器7。2.根据权利要求1所述的压力下电极片充放体积原位检测装置，其特征在于，所述的位移传感器9采用变阻器式位移传感器、电容式位移传感器或光栅式位移传感器中的一种，分辨率超过100纳米。3.根据权利要求1所述的压力下电极片充放体积原位检测装置，其特征在于，所述的连杆4采用矩形框架，矩形框架的顶部连接执行器3的输出端，矩形框架底部连接压力传递盘5。4.根据权利要求1所述的压力下电极片充放体积原位检测装置，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，下部的测试仓正极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。5.根据权利要求4所述的压力下电极片充放体积原位检测装置，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，测试仓负极22与测试仓正极21之间设置有密封圈25。6.根据权利要求5所述的压力下电极片充放体积原位检测装置，其特征在于，所述的机架1顶部的下方固定有移动组件8，位移传感器9安装在移动组件8上。7.基于权利要求6所述的压力下电极片充放体积原位检测装置的控制系统，包括执行器驱动器11、连接微处理器12、测量反馈电路14和移动组件驱动器15；执行器3的信号输入端连接执行器驱动器11的信号输出端，执行器驱动器11的控制信号输入端连接微处理器12的控制信号输出端；移动组件8的信号连接移动组件驱动器15的信号输入端，移动组件驱动器15的控制信号输入端连接微处理器12的控制信号输出端；压力传感器7和位移传感器9的信号输出端连接测量反馈电路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数据信号端双向连接外部计算机13。8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述的执行器驱动器11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。9.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，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R16和电容C13的一端，电容C13的另一端接地，电阻R16的另一端连接压力传感器信号输出端，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的另一端接地；第一模拟数字转换芯片第二十一脚本分别连接电容C9、电容C10的一端和3.3伏电源正极，电容C9、电容C10的另一端接地；所述的第一模拟数字转换芯片第三，第四，第二十三和第二十四引脚与所述微处理器数据信号输入端连接，第一模拟数字转换芯片第十，十六，十八，十九引脚接地；第一模拟数字转换芯片的第十五引脚分别连接电容C16的一端和第一基准电业芯片第六引脚，电容C16的另一端接地；第一基准电业芯片第二引脚分别连接电容C14、电容C15的一端和12伏电源正极，电容C14、电容C15的另一端接地，第一基准电业芯片第四引脚接地。10.基于权利要求7所述的控制系统的控制方法，其特征在于，其步骤为：步骤一：将电池测试仓2从机架1上取下来，电池测试仓2内的测试仓正极21从下方取出，将待测试电池的组成部件依次正确置于测试仓正极21上方后测试仓正极21装回电池测试仓2；步骤二：将步骤一中组装好的电池测试仓2安装在机架1内下方；步骤三：启动执行器3，执行器3的输出端推动连杆4，连杆4向下推动压力传递盘5，压力传递盘5带动弹簧6与下方的测试仓负极22接触，产生压力，并由测试仓负极22将此压力传递给待测试电池的电极片，压力传感器7安装在电池测试仓下方，实时监测所受到的压力并反馈给测量反馈电路，测量反馈电路通过微处理器反馈给外部计算机，以保证电极片工作在所设定的压力条件下；移动组件8控制位移传感器9上下运动，位移传感器9的下端接触测试仓负极22，并使待测电极片的体积变化范围处于位移传感器的量程之内，位移传感器9透过可活动的测试仓负极22来测量电池测试仓2中电极片的体积变化。

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