本發(fā)明涉及一種用于測量能夠反復(fù)充放電的二次電池單體的厚度的技術(shù)。

本申請要求分別在2014年11月26日和2015年11月25日在韓國提交的韓國專利申請No.10-2014-0166734和10-2015-0165853的優(yōu)先權(quán)，上述韓國專利申請的公開內(nèi)容在此通過引用的方式并入。

背景技術(shù)：

與不可充電的原電池不同的是，二次電池是能夠反復(fù)充放電的電池。二次電池不僅用作小型便攜式電子設(shè)備(例如移動電話、PDA、膝上型計算機(jī)等)的電源，而且還用作電動車輛或混合動力車輛的電源。

二次電池是以電池單體的形式被制造和使用的，該電池單體中密封地封裝了多個電池元件，例如正電極、負(fù)電極、隔膜、電解質(zhì)和各種添加劑。同時，由于反復(fù)充電和放電導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)引起了包括電極活性材料、電解質(zhì)、添加劑等的多種材料的體積變化、氣體的產(chǎn)生等，二次電池的電池單體的厚度可能增加。此外，由于在充放電期間產(chǎn)生的熱量、由于電池的濫用(例如過度充電、過度放電等)產(chǎn)生的熱量以及由于當(dāng)電池處于高溫環(huán)境時受到的熱量，可能發(fā)生電池單體的厚度的上述變化。

同時，根據(jù)所使用的外殼的類型，電池單體被分為罐型電池和袋型電池。罐型電池將上述元件封裝在金屬的矩形或圓柱形外殼中，而袋型電池將上述元件封裝在由以鋁作為主要材料的片材和在片材上層疊的合成樹脂涂層組成的袋中。雖然罐型電池在物理上比袋型電池更堅固，但由于其相對輕的重量且易于制造，袋型電池近年來被更廣泛地使用。然而，由于物理強(qiáng)度低，袋型電池的缺點是易受電池單體的上述厚度變化的影響。

隨著電池單體的厚度增加，即，隨著電池單體的內(nèi)部壓力增加，電池單體可能從外殼的最弱部分開始斷裂，這可能導(dǎo)致事故，例如電池單體著火或爆炸。相應(yīng)地，通過以下方式來測試袋型電池單體：執(zhí)行預(yù)定次數(shù)的充電和放電循環(huán)，或者將電池單體在高溫環(huán)境下放置預(yù)定時間，然后測量電池單體的厚度，以確定諸如電解質(zhì)、添加劑等的各種材料的適用性以及袋型電池單體的密封性。此外，韓國專利No.10-1397926公開了將柔性袋型電池單體放置在真空室中并在利用真空泵形成真空狀態(tài)之前和之后測量電池單體的厚度，然后利用這種厚度差來估計可能存在電解質(zhì)泄漏的部位，即，測試袋型電池單體的密封性。

同時，袋型電池單體并非是直接以柔性袋的形式使用的。也就是說，袋型電池單體要么被容納在硬的外殼中以用作便攜式電子設(shè)備的供電電池，要么被制造成模塊型電池，在該模塊型電池中，多個袋型電池單體在硬框架中彼此堆疊以用作電力存儲系統(tǒng)或用作高容量電池(例如電動車輛或混合動力車輛的電源)。因此，袋型電池單體在使用中或存放時均由于上述外殼或框架而受到恒定壓力。同時，在現(xiàn)有技術(shù)中，僅是在固定的狀態(tài)下測量柔性袋型電池單體的厚度。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在以下限制，即：不能觀察和預(yù)測在實際使用中或存放中的電池單體的厚度的變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明被設(shè)計用于解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，因此，本公開涉及提供一種用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備和方法，它們能夠測量和預(yù)測當(dāng)二次電池單體在實際使用中或存放中時的二次電池單體的厚度的變化或者二次電池單體的行為。

本公開還涉及提供一種用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備和方法，它們能夠觀察當(dāng)實際使用中或存放中的二次電池的單體厚度變化受到抑制時、二次電池單體、外殼或電池盒框架的行為。

技術(shù)方案

在本公開的一個方面，提供了一種用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備，該設(shè)備可以包括：安裝臺，二次電池單體被定位在該安裝臺上以進(jìn)行厚度測量；擠壓板，該擠壓板與安裝臺相對，其中，二次電池單體介于擠壓板和安裝臺之間，并且擠壓板被安設(shè)成使得擠壓板離安裝臺的距離是可變的；擠壓裝置，該擠壓裝置被構(gòu)造成通過朝向安裝臺推動擠壓板或在離開安裝臺的方向上拉動擠壓板而在厚度方向上擠壓被置于安裝臺上的二次電池單體；測量裝置，該測量裝置被構(gòu)造成測量由擠壓裝置施加到擠壓板的擠壓力和二次電池單體的厚度；和控制器，該控制器被構(gòu)造成：根據(jù)由操作員輸入的測量條件來控制二次電池單體的充電、放電或溫度；以一定的時間間隔從測量裝置向控制器輸入擠壓力測量值和厚度測量值，以確定施加到擠壓板的擠壓力的幅值和二次電池單體的厚度，并將所確定的數(shù)據(jù)與時間信息一起存儲在存儲器中；并且，在正測量二次電池單體的厚度的同時，改變由擠壓裝置施加到擠壓板的擠壓力或者使由擠壓裝置施加到擠壓板的擠壓力維持恒定。

優(yōu)選地，所述擠壓裝置包括：彈性構(gòu)件，該彈性構(gòu)件被安設(shè)在擠壓板的兩個表面中的與和二次電池單體接觸的表面相反的一個表面上，從而彈性地偏壓所述擠壓板；驅(qū)動塊，該驅(qū)動塊與彈性構(gòu)件聯(lián)接，以在二次電池單體的厚度方向上推動或拉動彈性構(gòu)件；和驅(qū)動單元，該驅(qū)動單元被構(gòu)造成在二次電池單體的厚度方向上升高或降低驅(qū)動塊。

根據(jù)一個方面，所述測量裝置被構(gòu)造成以一定的時間間隔測量驅(qū)動塊和擠壓板之間的距離并輸出該距離測量值作為擠壓力測量值，并且，控制器被構(gòu)造成從測量裝置輸入距離測量值并確定彈性構(gòu)件的長度，基于所確定的彈性構(gòu)件的長度來確定施加到擠壓板的擠壓力的幅值，并將所確定的擠壓力的幅值與時間信息一起存儲在存儲器中。

根據(jù)另一個方面，該控制器使用彈性構(gòu)件的長度、驅(qū)動塊的移動距離、以及安裝臺和擠壓板之間的初始距離來確定二次電池單體的厚度，并將所確定的厚度與時間信息一起存儲在存儲器中。

優(yōu)選地，所述控制器被構(gòu)造成通過顯示器顯示存儲器中存儲的二次電池單體的擠壓力變化數(shù)據(jù)或厚度變化數(shù)據(jù)。

根據(jù)另一方面，所述測量裝置可以包括壓電傳感器，該壓電傳感器介于安裝臺的表面和擠壓板的與安裝臺的表面相對的表面之間，以輸出二次電池單體的厚度測量值。

根據(jù)另一方面，所述測量裝置可以包括距離測量傳感器，該距離測量傳感器被構(gòu)造成從驅(qū)動塊或擠壓板發(fā)射光信號、超聲波或紅外線，以測量在驅(qū)動塊和擠壓板之間往返所花的時間并輸出表示驅(qū)動塊和擠壓板之間的距離的距離測量值。

優(yōu)選地，該設(shè)備可另外包括被構(gòu)造成對二次電池單體充電或放電的充電器/放電器。控制器可以從操作員輸入充電和放電條件并將所輸入的條件存儲在存儲器中，并且根據(jù)充電和放電條件控制充電器/放電器，使得二次電池單體被充電和放電。

此外，根據(jù)本公開的設(shè)備可另外包括安設(shè)在擠壓板和安裝臺中的至少一個上的加熱器?？刂破骺梢詮牟僮鲉T輸入加熱溫度設(shè)定值并將所輸入的數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，并且根據(jù)加熱溫度設(shè)定值來控制加熱器的溫度。

此外，根據(jù)本公開的設(shè)備可另外包括冷卻裝置，該冷卻裝置用于冷卻擠壓板和安裝臺中的至少一個?？刂破骺梢詮牟僮鲉T輸入冷卻溫度設(shè)定值并將所輸入的數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，并且根據(jù)冷卻溫度設(shè)定值來控制冷卻裝置。

在本公開的一個方面，提供了一種用于測量二次電池單體的厚度的方法，該方法使用了：安裝臺，用于厚度測量的二次電池單體被定位在安裝臺上；擠壓板，該擠壓板被安設(shè)成使得該擠壓板離安裝臺的距離是可變的，其中，二次電池單體介于該擠壓板和安裝臺之間，擠壓板被彈性構(gòu)件彈性地偏壓；驅(qū)動塊，該驅(qū)動塊被構(gòu)造成通過利用彈性構(gòu)件朝向安裝臺推動擠壓板或在離開安裝臺的方向上拉動擠壓板而在厚度方向上擠壓位于安裝臺上的二次電池單體；和測量裝置，該測量裝置被構(gòu)造成測量施加到擠壓板的擠壓力和二次電池單體的厚度，其中，該方法可以包括：根據(jù)由操作員輸入的測量條件對二次電池單體充電或放電或者調(diào)節(jié)二次電池單體的溫度；以一定的時間間隔從測量裝置輸入擠壓力測量值和厚度測量值，確定施加到擠壓板的擠壓力的幅值和二次電池單體的厚度，并將擠壓力的幅值和厚度與時間信息一起存儲在存儲器中；并且，在測量二次電池單體的厚度的同時，改變由擠壓裝置施加到擠壓板的擠壓力或者使由擠壓裝置施加到擠壓板的擠壓力維持恒定。

有利的效果

根據(jù)各種示例性實施例，不像僅一次地、即在固定的狀態(tài)下(即，在固定的擠壓力下)測量單體的厚度的現(xiàn)有技術(shù)那樣，能夠容易地在將擠壓力或環(huán)境溫度改變?yōu)槠谕档耐瑫r測量單體的厚度。因此，能夠在接近二次電池單體在實際使用中或存放中時的條件下觀察二次電池單體的厚度變化及其行為。并且，二次電池單體的厚度變化能夠受到抑制，并能夠觀察當(dāng)二次電池單體處于實際使用中或存放中時的二次電池單體的行為，使得能夠獲得電池盒框架或外殼或者袋所需的必要的物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

附圖說明

附圖示意了本公開的優(yōu)選實施例并且與上述公開內(nèi)容一起用于提供對本公開的技術(shù)特征的進(jìn)一步理解。然而，本公開不應(yīng)理解為僅限于這些圖。

圖1概略地示意了根據(jù)本公開的示例性實施例的、用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備的構(gòu)造。

圖2是提供了用于解釋使用根據(jù)本公開的示例性實施例的、用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備來測量電池單體厚度的過程的視圖。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本公開的優(yōu)選實施例。在描述之前，應(yīng)該理解，本說明書和所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)理解為僅限于通常的含義和字典中的含義，而是基于允許本發(fā)明人為了最好地解釋而適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語的原則來基于與本公開的技術(shù)方面對應(yīng)的含義和概念來解釋。因此，這里提出的說明僅是為了示意性目的的優(yōu)選實例，而非旨在限制本公開的范圍，所以，應(yīng)該理解，在不偏離本公開的精神和范圍的情況下，能夠?qū)Ρ竟_做出其它等價形式和變型。

圖1概略地示意了根據(jù)本公開的示例性實施例的用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備(“電池單體厚度測量設(shè)備”)的構(gòu)造。

根據(jù)示例性實施例，用于測量電池單體厚度的設(shè)備主要包括安裝臺(mounting stand)20、擠壓板(pressurizing plate)30、擠壓裝置40、42、44、46、測量裝置51、53和控制器60。

安裝臺20提供了進(jìn)行厚度測量的對象(即，二次電池單體10)所定位的位置，并且該安裝臺20被固定到電池單體厚度測量設(shè)備的框架(未示出)或者被包括為該框架的一部分。安裝臺20由具有一定剛度的材料形成，例如金屬、硬塑料等，從而，當(dāng)二次電池單體10膨脹或被擠壓裝置擠壓時不容易產(chǎn)生凹痕或變形。

此外，安裝臺20可典型地具有平板形狀，但不限于此。即，當(dāng)在電池盒框架介于多個二次電池單體10之間的情況下堆疊多個二次電池單體10以構(gòu)造模塊型電池時，或者當(dāng)一個二次電池單體10定位在硬外殼中以構(gòu)造用于向便攜式電子設(shè)備供應(yīng)電力的電池時，二次電池單體10所定位在的安裝臺20的表面的形狀例如可以與面向該二次電池單體10的電池盒框架或外殼的表面的形狀相同。

根據(jù)示例性實施例的電池單體厚度測量設(shè)備可另外包括片材式加熱器70，該片材式加熱器70安設(shè)在安裝臺20和擠壓板30內(nèi)部，以模擬二次電池單體10的使用或存放環(huán)境。當(dāng)然，片材式加熱器70可安設(shè)在安裝臺20和擠壓板30中的任一個上。加熱器70根據(jù)來自控制器60的控制指令將二次電池單體10的溫度調(diào)節(jié)到由操作員設(shè)定的溫度。加熱器70被靠近安裝臺20和擠壓板30的表面安設(shè)，并具有至少與二次電池單體10的尺寸相對應(yīng)的面積。

根據(jù)示例性實施例的電池單體厚度測量設(shè)備可另外包括冷卻裝置80，該冷卻裝置80將二次電池單體10的溫度冷卻到由操作員設(shè)定的溫度。冷卻裝置80被安設(shè)在安裝臺20和擠壓板30中的至少一個上。冷卻裝置80包括：冷卻劑流動管81，該冷卻劑流動管81被埋設(shè)在安裝臺20和擠壓板30中；循環(huán)管道82，該循環(huán)管道82用于向冷卻劑流動管81供應(yīng)冷卻劑；溫度調(diào)節(jié)裝置83，該溫度調(diào)節(jié)裝置83與循環(huán)管道82流體連通并根據(jù)來自控制器60的控制信號將冷卻劑的溫度降低到由操作員設(shè)定的溫度；以及泵84，該泵84根據(jù)來自控制器60的控制信號使冷卻劑循環(huán)通過循環(huán)管道82和冷卻劑流動管81。

根據(jù)示例性實施例的電池單體厚度測量設(shè)備可另外包括充電器/放電器90。該充電器/放電器90根據(jù)來自控制器60的控制指令、按照由操作員設(shè)定的充電和放電條件對二次電池單體10充電和放電。例如，充電器/放電器90可以通過由操作員設(shè)定的多個循環(huán)來重復(fù)進(jìn)行將二次電池單體10充電至滿充電電壓并然后放電至全放電電壓的過程。在另一實例中，充電器/放電器90可根據(jù)由操作員設(shè)定的充電/放電曲線(profile)對二次電池單體10充電和放電。充電/放電曲線是根據(jù)時間來定義充電電流和放電電流的幅值的數(shù)據(jù)。充電器/放電器90可用于根據(jù)充電/放電循環(huán)或充電/放電曲線來觀察二次電池單體10的厚度隨時間的變化。

充電器/放電器90可至少包括電壓測量電路，以測量二次電池單體10的電壓。充電器/放電器90可以向控制器60提供由該電壓測量電路測量的電壓測量值。當(dāng)該電壓測量值達(dá)到由操作員設(shè)定的操作下限電壓時，控制器60可以向充電器/放電器90提供控制指令，以便在充電模式下操作該充電器/放電器90。相比之下，當(dāng)該電壓測量值達(dá)到由操作員設(shè)定的操作上限電壓時，控制器60可以向充電器/放電器90提供控制指令，以便在放電模式下操作該充電器/放電器90。此外，控制器60可以對二次電池單體10的充電/放電循環(huán)進(jìn)行計數(shù)，并且，當(dāng)統(tǒng)計的循環(huán)值達(dá)到操作員設(shè)定值時，控制器60可以停止充電器/放電器90的運(yùn)行。

在示例性實施例中，作為厚度測量對象的二次電池單體10可有利地是稍微柔性且還可以膨脹和收縮的袋型二次電池單體，但罐型二次電池單體也是適用的。

袋形二次電池單體10采取具有預(yù)定厚度的片材的形式，其電極端子11、12向側(cè)面突出，其中，諸如正電極、負(fù)電極、隔膜、電解質(zhì)和各種其它添加劑等的電池元件被密封地容納在該片材中，該片材包括作為主要材料的鋁以及層疊在鋁上的合成樹脂涂層。同時，雖然電極端子11、12被示出為分別在袋型二次電池單體10的兩個側(cè)表面上突出，但電極端子的這種突出的位置和方向可以變化。電極端子11、12可以電連接到充電器/放電器90。

擠壓板30被安設(shè)成在二次電池單體10介于擠壓板30和安裝臺20之間的情況下與安裝臺20相對，并且，擠壓板30在離安裝臺20可變的距離處(即，以在圖中可上下移動的方式)安設(shè)在框架(未示出)上。

此外，與安裝臺20一樣，擠壓板30可以由諸如金屬、硬塑料等的剛性材料形成，并且可典型地具有平板的形式，但該擠壓板30的面向二次電池單體10的表面的形狀可以與電池盒框架或外殼的面向二次電池單體10的表面的形狀相同。

所述擠壓裝置被設(shè)置成：通過朝向安裝臺20推動擠壓板30或者在離開安裝臺20的方向上拉動擠壓板30而在厚度方向上擠壓位于安裝臺20上的二次電池單體10。在示例性實施例中，該擠壓裝置包括彈性構(gòu)件40、驅(qū)動塊42、螺桿44、和作為驅(qū)動單元的馬達(dá)46。

彈性構(gòu)件40被安設(shè)在擠壓板30的上表面上，即，安設(shè)在與二次電池單體10相反的表面上，以彈性地偏壓該擠壓板30。雖然作為彈性構(gòu)件40的一個實例，圖中示出了兩個卷簧，但可以理解的是，彈性構(gòu)件40也可以由一個卷簧或者三個或更多個卷簧構(gòu)成。此外，彈性構(gòu)件40不僅可以由卷簧構(gòu)成，而且還可以由板簧或具有彈性的其它元件(例如橡膠)構(gòu)成。

驅(qū)動塊42被可移動地安設(shè)在彈性構(gòu)件40的上端上，即安設(shè)在與擠壓板30相反的端部上，以便上升和下降而在二次電池單體10的厚度方向上推動或拉動彈性構(gòu)件40。與安裝臺20和擠壓板30一樣，驅(qū)動塊42可以由諸如金屬或硬塑料的剛性材料形成，并且被形成為平板形狀，但其具體形狀可以變化。在驅(qū)動塊42的中心處形成有螺桿通孔(screw through hole)，該螺桿通孔具有在內(nèi)周中形成的螺紋。

螺桿44具有與在螺桿通孔的內(nèi)周中形成的螺紋的節(jié)距相同的螺紋，使得螺桿44插入到該螺桿通孔中并被螺紋接合，因此與驅(qū)動塊42接合。

螺桿44的上端固定在與所述框架固定的馬達(dá)46的旋轉(zhuǎn)軸處，使得螺桿44隨著馬達(dá)46的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并且驅(qū)動塊42隨著螺桿44的旋轉(zhuǎn)而升高和降低。即，馬達(dá)46是驅(qū)動該驅(qū)動塊42以使其沿著二次電池單體10的厚度方向移動的驅(qū)動單元。隨著馬達(dá)46和螺桿44的旋轉(zhuǎn)而引起的驅(qū)動塊42的上升和下降運(yùn)動經(jīng)由彈性構(gòu)件40傳遞到擠壓板30，使得該擠壓板30以預(yù)定的擠壓力擠壓位于安裝臺20上的二次電池單體10。

能夠正反旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)46可用于使驅(qū)動塊42能夠上升和下降，并且，步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)可理想地用于提供精確地調(diào)節(jié)的擠壓力(即，驅(qū)動塊42的上升和/下降運(yùn)動的量)。

同時，在示例性實施例中，螺桿44可以直接固定到馬達(dá)46的旋轉(zhuǎn)軸，但其不限于此。相應(yīng)地，驅(qū)動力傳遞設(shè)備(例如齒輪箱)可以介于馬達(dá)46和螺桿44之間，以改變旋轉(zhuǎn)速度和方向。此外，雖然該示例性實施例示出了驅(qū)動塊42隨著馬達(dá)46和螺桿44的旋轉(zhuǎn)而引起的上升和下降運(yùn)動，但也可使用在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動之間轉(zhuǎn)換的其它工具，例如齒條和小齒輪、蝸輪和蝸桿等。此外，還可以使用具有直線運(yùn)動的馬達(dá)，例如直線馬達(dá)。此外，雖然該示例性實施例示出了馬達(dá)46可以用作驅(qū)動單元來升高和降低驅(qū)動塊42，但本公開不限于此。相應(yīng)地，可以使用旋鈕或手柄代替該馬達(dá)來調(diào)節(jié)驅(qū)動塊42的上升和下降，以便使用者能夠直接手動操作該旋鈕或手柄來升高和降低驅(qū)動塊42。

測量裝置51、53被設(shè)置成測量由上述擠壓裝置施加在擠壓板30上的擠壓力并測量二次電池單體10的厚度，并且尤其可以使用下文描述的裝置。

首先，施加在擠壓板30上的擠壓力(即，擠壓該擠壓板30的力)可以被轉(zhuǎn)換成所述卷簧(即，彈性構(gòu)件40)的彈性力。即，在彈性構(gòu)件40是具有彈性模量k的壓縮卷簧的情形中，當(dāng)彈簧40的長度響應(yīng)于驅(qū)動塊42的下降而從無任何力施加在彈簧40上時的長度減小x時，則彈簧40的彈性力將是F＝kx，并且這能夠用作擠壓力。相應(yīng)地，當(dāng)彈性構(gòu)件40在二次電池單體10的厚度方向上的初始長度已知時，可以通過測量當(dāng)前長度(即，該擠壓板30的上表面和驅(qū)動塊42的下表面之間的距離)來定量地測量擠壓力。

具體地，用于測量擠壓力的裝置可以是距離測量傳感器51，該距離測量傳感器51從驅(qū)動塊42或擠壓板30發(fā)射光信號、超聲波或紅外線，然后測量在驅(qū)動塊42和擠壓板30之間往返的時間，從而輸出表示驅(qū)動塊42和擠壓板30之間的距離的距離測量值。在本實例中，距離測量傳感器51能夠以一定的時間間隔輸出距離測量值作為擠壓力測量值。

優(yōu)選地，距離測量傳感器51可以包括：發(fā)射元件51a，該發(fā)射元件51a安設(shè)在驅(qū)動塊42的下表面(或者擠壓板30的上表面)上，以朝向擠壓板30的上表面(或者驅(qū)動塊42的下表面)發(fā)射距離測量信號，例如激光、紅外線或超聲波；接收元件51b，該接收元件51b感測從擠壓板30的上表面(或者驅(qū)動塊42的下表面)反射的距離測量信號；和傳感器驅(qū)動器51c，該傳感器驅(qū)動器51c對距離測量信號在驅(qū)動塊42和擠壓板30之間往返的時間進(jìn)行計時，并基于統(tǒng)計的時間和距離測量信號的頻率來確定距離測量值，等等。

當(dāng)二次電池單體10定位在安裝臺20上并與擠壓板30彼此緊密接觸時，二次電池單體10的厚度等于安裝臺20的上表面和擠壓板30的下表面之間的距離。因此，為了測量二次電池單體10的厚度，可以使用介于安裝臺20的上表面和擠壓板30的下表面之間的壓電傳感器53。

壓電傳感器53包括：壓電體53a，該壓電體53a產(chǎn)生根據(jù)壓力而改變幅值的電壓信號；桿53b，該桿53b可在豎直方向上移動；彈性體53c，該彈性體53c通過彈性地偏壓所述桿53b而根據(jù)桿53b的位置改變施加在壓電體53a上的壓力；以及傳感器驅(qū)動器53d，該傳感器驅(qū)動器53d根據(jù)電壓信號的幅值來確定桿53b的移動距離并基于所確定的桿53b的移動距離來輸出二次電池單體10的厚度測量值。

桿53b的初始位置處于比二次電池單體10的厚度高的位置。當(dāng)擠壓板30下降時，桿53b在與擠壓板30的下表面接觸的情況下降低，并且當(dāng)通過彈性體53c在壓電體53a上施擠壓力時，壓電體53a產(chǎn)生具有與桿53b的下降距離相對應(yīng)的幅值的電壓信號。所產(chǎn)生的電壓信號被輸入到傳感器驅(qū)動器53d。傳感器驅(qū)動器53d可以確定所接收的電壓信號的幅值并使用預(yù)定的厚度公式來確定二次電池單體10的厚度測量值?？梢愿鶕?jù)試驗通過檢查電壓信號的幅值與桿的下降距離之間的相互關(guān)系來定義所述厚度公式。

根據(jù)另一方面，可以通過以與距離測量傳感器51相同的方式使用距離測量裝置來測量安裝臺20的上表面和擠壓板30的下表面之間的距離。

根據(jù)又一方面，可以在不必使用單獨的測量裝置53的情況下，即，通過使用距離測量傳感器51和控制器60來計算二次電池單體10的厚度。也就是說，距離測量傳感器51能夠僅測量擠壓板30的上表面和驅(qū)動塊42的下表面之間的距離，但如果驅(qū)動塊42從初始位置的移動距離(即，由彈性構(gòu)件40的更靠近驅(qū)動塊42的端部沿著二次電池單體10的厚度方向行進(jìn)的移動距離)是已知的，則距離測量傳感器51將能夠基于擠壓板30的上表面和驅(qū)動塊42的下表面之間的初始距離和驅(qū)動塊42的移動距離來計算二次電池單體10的厚度。在下文中將參考圖2更詳細(xì)地描述這一點。

控制器60控制所述電池單體厚度測量設(shè)備的總體操作。具體地，在正測量二次電池單體10的厚度時，可以從測量裝置51、53向控制器60輸入擠壓力測量值(即，距離測量值)和二次電池單體10的厚度測量值，并且控制器60控制馬達(dá)46的驅(qū)動，以便在由操作員設(shè)定的條件下將擠壓力施加到二次電池單體10。

具體地，根據(jù)測量二次電池單體10的厚度的示例性實施例，在正測量二次電池單體10的厚度時，施加到二次電池單體10的擠壓力被維持恒定或根據(jù)由操作員設(shè)定的預(yù)定模式而變化，以便在與二次電池單體的實際使用或存放條件最接近的條件下測量二次電池單體10的厚度。

為此，控制器60可以從操作員接收在厚度測量期間施加到二次電池單體10的擠壓力的恒定曲線或者預(yù)定變化的曲線樣式，將所接收到的曲線存儲在存儲器62中，并在進(jìn)行測量的過程中時讀出存儲器62中存儲的擠壓力值，從而根據(jù)用于施加擠壓力的預(yù)設(shè)條件來驅(qū)動馬達(dá)46。

控制器60可另外包括用于向使用者顯示二次電池單體10的厚度測量值和此時的擠壓力測量值的輸出裝置(例如顯示器100)、以及用于操作員輸入指令或數(shù)據(jù)的輸入裝置110(例如鼠標(biāo)、鍵盤等)。

控制器60可以基于以一定的時間間隔從測量裝置51、53輸入的擠壓力測量值和厚度測量值來確定施加到二次電池單體10的擠壓力的幅值和電池單體的厚度，并將該擠壓力的幅值和電池單體的厚度與時間信息一起存儲到存儲器62中。

此外，響應(yīng)于來自操作員的請求，控制器60可以使用存儲在存儲器62中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生隨著擠壓力的幅值而引起的二次電池單體10的厚度變化數(shù)據(jù)、隨著二次電池單體10的厚度而引起的擠壓力變化數(shù)據(jù)、隨著時間的二次電池單體10的厚度變化數(shù)據(jù)或者隨著時間的擠壓力變化數(shù)據(jù)，并將它們顯示在顯示器100上。顯示器100上顯示的信息可以是曲線圖，但本公開不限于此。

操作員可以建立一些設(shè)定條件，所述設(shè)定條件包括施加擠壓力的條件、二次電池單體10是否被充電或放電、充電/放電循環(huán)的次數(shù)、充電/放電曲線、用于二次電池單體10的加熱溫度設(shè)定值或冷卻溫度設(shè)定值等。施加擠壓力的條件可以被設(shè)定為固定值或者被設(shè)定為隨著時間而變化。類似地，加熱溫度設(shè)定值或冷卻溫度設(shè)定值可以被設(shè)定為固定值，或者被設(shè)定為隨著時間而變化。為此，控制器60可以通過顯示器100提供圖形用戶界面，能夠通過該圖形用戶界面輸入各種設(shè)定值。

包括存儲器62的控制器60可以典型地實現(xiàn)為電子電路或芯片，例如微處理器或存儲器器件，但并不需要為本發(fā)明提供存儲器或控制器。

同時，可以將用于測量安裝臺20和擠壓板30之間的距離(即，二次電池單體的厚度)以及擠壓板30和驅(qū)動塊42之間的距離(即，擠壓力)的量具(即，刻度尺)安設(shè)到所述設(shè)備的框架等，以便使用者可以通過參考該量具手動操控馬達(dá)46或者所述旋鈕或手柄來調(diào)節(jié)擠壓力并測量二次電池單體的厚度。在本實例中，上述測量裝置51、53可以省略。

圖2是被提供用于解釋使用根據(jù)本公開的示例性實施例的、用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備來測量電池單體厚度的過程的視圖。下面將參考圖2描述根據(jù)本公開的另一個方面的、用于測量二次電池單體的厚度的方法。

首先，向上升高上述電池單體厚度測量設(shè)備的擠壓板30(即，驅(qū)動塊42)并將用于厚度測量的二次電池單體10定位在安裝臺20上。

控制器60然后降低該擠壓板30(即，驅(qū)動塊42)，以便將操作員設(shè)定的擠壓力施加到二次電池單體10(見圖2(a))。

此時，可以從距離測量傳感器51向控制器60輸入距離測量值作為擠壓力測量值并且控制器60確定驅(qū)動塊42和擠壓板30之間的距離，即彈性構(gòu)件40的長度L1。此外，控制器60可以通過反饋-控制該馬達(dá)46的驅(qū)動來調(diào)節(jié)擠壓力，使得彈性構(gòu)件40的長度L1對應(yīng)于所設(shè)定的擠壓力。

根據(jù)示例性實施例的用于測量二次電池單體的厚度的設(shè)備可用于在二次電池處于實際使用狀態(tài)中的同時觀察二次電池單體10的厚度變化及其行為。

根據(jù)一個方面，控制器60可以控制充電器/放電器90以根據(jù)由操作員針對二次電池單體10設(shè)定的測量條件來控制二次電池單體10的充電和放電。所述測量條件可以包括充電/放電循環(huán)的次數(shù)或者充電/放電曲線。在此情形中，在二次電池單體10正在充電或放電的同時，控制器60可以連續(xù)地或間歇地使用測量裝置51、53來確定二次電池單體10的厚度測量值和施加到擠壓板30的擠壓力的測量值。此外，控制器60可以將所述厚度測量值及擠壓力測量值與時間信息一起存儲在存儲器62中。存儲在存儲器62中的數(shù)據(jù)可用于根據(jù)測量條件分析二次電池單體10的厚度和擠壓力之間的相互關(guān)系以及該厚度和擠壓力的變動的狀況。

根據(jù)另一方面，控制器60可以控制加熱器70或冷卻裝置80，以將二次電池單體10的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)到由操作員設(shè)定的溫度，而無論是否執(zhí)行二次電池單體10的充電和放電。在此情形中，控制器60可以連續(xù)地或者間歇地使用測量裝置51、53確定二次電池單體10的厚度測量值和施加到擠壓板30的擠壓力的測量值。此外，控制器60可以將厚度測量值及擠壓力測量值與時間信息一起存儲在存儲器62中。存儲在存儲器62中的數(shù)據(jù)可用于根據(jù)測量條件來分析二次電池單體10的厚度和擠壓力之間的相互關(guān)系以及該厚度和擠壓力的變動的狀況。

根據(jù)本公開，能夠以下文描述的方式測量二次電池單體10的厚度。

在一個方面，可容易地通過使用圖1所示的電池單體厚度測量設(shè)備的測量裝置53(例如壓電傳感器等)來測量二次電池單體10的厚度。也就是說，可以從測量裝置53向控制器60輸入二次電池單體10的厚度測量值，并且控制器60確定二次電池單體10的厚度。

在另一實例中，可以僅使用測量裝置51來確定二次電池單體10的厚度。

首先，在二次電池單體10未定位在安裝臺20上的狀態(tài)下，即，在沒有力被施加到擠壓板30(即，彈性構(gòu)件40)的狀態(tài)下，使安裝臺20和擠壓板30之間的距離為t0，擠壓板30和驅(qū)動塊42之間的距離為L0，并且這兩個距離之和(t0+L0)為驅(qū)動塊42的初始位置(H0)。在此情形中，驅(qū)動塊42的初始位置被設(shè)定成使得t0小于二次電池單體10的初始厚度。在一個實例中，對應(yīng)于初始條件的t0、L0和H0值可以預(yù)先存儲在存儲器62中。

圖2(a)示出了用于厚度測量的二次電池單體10被安裝在安裝臺20上的初始狀態(tài)。因為二次電池單體10的厚度大于t0，所以，隨著擠壓板30向上移動，彈性構(gòu)件40被稍微彈性地偏壓。相應(yīng)地，擠壓板30處于以預(yù)定的擠壓力擠壓二次電池單體10的狀態(tài)下。在此狀態(tài)下，滿足了條件L1<L0和t1>t0。因為驅(qū)動塊42未被升高而是處于初始位置中，所以H0＝L0+t0＝L1+t1。因此，能夠根據(jù)關(guān)系t1＝H0-L1或者t1＝L0-L1+t0來計算處于圖2(a)所示的狀態(tài)下的二次電池單體10的厚度t1。這里，H0、L0、t0是存儲在存儲器62中的已知值?？刂破?0可以使用測量裝置51確定驅(qū)動塊42和擠壓板30之間的距離L1，然后使用所確定的距離L1和存儲在存儲器62中的H0、L0、t0通過上述等式來確定二次電池單體10的初始厚度t1，并將所確定的值存儲在存儲器62中。

可以在二次電池單體10的充電和放電期間和/或在根據(jù)由操作員設(shè)定的條件調(diào)節(jié)二次電池單體10的溫度時連續(xù)地或間歇地重復(fù)如上所述地計算t1的過程。

接著，圖2(b)示出了當(dāng)厚度由于二次電池單體10的膨脹而增加時的情形。當(dāng)充電/放電循環(huán)的次數(shù)充分增加時或者當(dāng)二次電池單體10的環(huán)境溫度在高溫下維持一段長時間時，二次電池單體10可能膨脹。

即使在圖2(b)所示的狀態(tài)下，驅(qū)動塊42仍處于初始位置H0中。相應(yīng)地，與處于圖2(a)所示的狀態(tài)時一樣，根據(jù)關(guān)系t2＝H0-L2或者t2＝L0-L2+t0來計算二次電池單體10的厚度t2。相應(yīng)地，控制器60可以使用測量裝置51來確定驅(qū)動塊42和擠壓板30之間的距離L2，然后使用所確定的距離L2和存儲在存儲器62中的H0、L0、t0通過上述等式來確定二次電池單體10的膨脹厚度t2，并將膨脹厚度t2存儲在存儲器62中。

可以在二次電池單體10的充電和放電期間和/或在根據(jù)操作員設(shè)定的條件來調(diào)節(jié)二次電池單體10的溫度時連續(xù)地或者間歇地重復(fù)如上所述地計算t2的過程。

同時，如上所述，當(dāng)二次電池單體在使用中或存放中時，高容量的模塊型電池受到電池盒框架限制，或者，安裝到便攜式電子設(shè)備的小型模塊型電池受到外殼限制。因此，二次電池單體10的厚度不增加t2那么大。圖2(c)示出了利用根據(jù)本公開的設(shè)備模擬的這種狀態(tài)。

為了模擬二次電池單體10的膨脹受到電池盒框架或外殼限制的情況，控制器60可以通過使驅(qū)動塊42降低△H而增加施加到擠壓板30的擠壓力。因為H0＝L3+t3+△H，能夠根據(jù)關(guān)系t3＝H0-L3-△H來計算二次電池單體10的厚度t3，其中，H0是存儲在存儲器62中的已知值，△H是能夠基于馬達(dá)46的旋轉(zhuǎn)角度或轉(zhuǎn)數(shù)來確定的值。控制器60可以利用測量裝置51確定驅(qū)動塊42和擠壓板30之間的距離L3，利用馬達(dá)46的旋轉(zhuǎn)角度或轉(zhuǎn)數(shù)確定△H，并且通過使用上述等式利用所確定的距離L3、△H和存儲在存儲器62中的H0來確定二次電池單體10的膨脹限制厚度t3，并將該膨脹限制厚度t3存儲在存儲器62中。

可以在二次電池單體10根據(jù)操作員設(shè)定的條件進(jìn)行充電和放電期間和/或在根據(jù)操作員設(shè)定的條件調(diào)節(jié)二次電池單體10的溫度時連續(xù)地或者間歇地重復(fù)計算膨脹限制厚度t3的過程。

優(yōu)選地，在圖2(c)的狀態(tài)下，控制器60可以控制馬達(dá)46改變(即，增加)擠壓力，從而使實時計算出的t3維持幾乎與t1相同。通過將t3調(diào)節(jié)成與t1相同，能夠以試驗方式模擬二次電池單體10的厚度膨脹由于電池盒框架和外殼的剛度而受到限制的情形。

在這種操作中，控制器60可以基于利用測量裝置51實時計算出的L3來確定擠壓力的幅值，并且，所確定的擠壓力的幅值可以與時間信息一起以累積的方式存儲在存儲器62中。響應(yīng)于來自操作員的請求，控制器60可以通過顯示器100顯示該存儲器62中存儲的二次電池單體10的擠壓力變化數(shù)據(jù)或厚度變化數(shù)據(jù)。操作員然后能夠利用擠壓力變化數(shù)據(jù)來確定當(dāng)設(shè)計該模塊型電池的電池盒框架或外殼時所需的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。此外，控制器60可以維持二次電池單體10的充電/放電循環(huán)的進(jìn)行或高溫狀態(tài)直至二次電池單體10破裂，然后在顯示器100上顯示存儲器62中存儲的二次電池單體10的擠壓力變化數(shù)據(jù)或厚度變化數(shù)據(jù)，直至二次電池單體10破裂。相應(yīng)地，當(dāng)設(shè)計二次電池單體10時，操作員能夠利用所顯示的擠壓力變化數(shù)據(jù)和厚度變化數(shù)據(jù)。

同時，雖然圖2(b)和2(c)例示了在擠壓力以增加的方式(L1<L2<3)改變時測量電池單體的厚度，但該擠壓力可以在電池單體厚度測量期間維持恒定。在這種實例中，控制器60可以根據(jù)電池單體的增加的厚度來升高驅(qū)動塊42，使得擠壓力維持恒定(即，L1＝L2)。在擠壓力維持恒定的同時，控制器60可以連續(xù)地或間歇地利用測量裝置51、52確定二次電池單體10的厚度并將所確定的厚度與時間信息一起存儲在存儲器62中。此外，響應(yīng)于操作員的請求，控制器60可以通過顯示器100顯示存儲器62中存儲的二次電池單體10的厚度變化數(shù)據(jù)或擠壓力變化數(shù)據(jù)。操作員可以然后觀察在恒定的擠壓力被施加到二次電池單體10的狀態(tài)下的二次電池單體的厚度變化和行為，正如電池單體在使用中或存放中那樣。

如上所述，現(xiàn)有技術(shù)只是在固定的條件下(即，以固定的擠壓力)一次地測量電池單體的厚度，而本發(fā)明能夠容易地設(shè)定各種擠壓力(例如，在二次電池的初始狀態(tài)下在模塊型電池的每個二次電池單體上施加的擠壓力、通過二次電池單體在充電/放電循環(huán)中的膨脹而從初始狀態(tài)增加的擠壓力、當(dāng)二次電池被長時間留置于高溫或低溫下時在二次電池單體上施加的擠壓力，等等)并測量厚度。因此，能夠在更接近二次電池單體在實際使用中或存放中的條件下觀察二次電池單體的厚度變化和行為。此外，通過調(diào)節(jié)擠壓力而抑制二次電池單體的厚度的變化，能夠觀察二次電池單體在實際使用中或存放中的行為。能夠利用存儲在存儲器62中的二次電池單體10的厚度變化數(shù)據(jù)或擠壓力變化數(shù)據(jù)來確定對于電池盒框架或外殼或者袋而言有必要的物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

在描述本公開的各種方面中，帶有以“單元”結(jié)尾的名稱的元件應(yīng)被理解為在功能上區(qū)別而非物理地區(qū)別的元件。因此，相應(yīng)元件能夠可選地與另一個元件結(jié)合，或者每一個元件可以劃分成子元件，從而相應(yīng)元件有效率地實現(xiàn)控制邏輯(一個或多個)。然而，即使當(dāng)元件被結(jié)合或劃分時，本領(lǐng)域技術(shù)人員仍然清楚的是，被結(jié)合或劃分的元件也落入本公開的范圍內(nèi)，只要功能的相同性得到認(rèn)可。

已經(jīng)詳細(xì)描述了本公開。然而，應(yīng)該理解，雖然示意了本公開的優(yōu)選實施例，但上述詳細(xì)說明和具體實例僅是作為示例給出的，這是因為：根據(jù)該詳細(xì)說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在本公開的范圍內(nèi)的各種修改和變型將是顯而易見的。

工業(yè)適用性

本公開能夠為了電池單體厚度的測量而容易地實現(xiàn)所期望的擠壓力或環(huán)境溫度的各種設(shè)定。因此，能夠在接近二次電池單體在實際使用中或存放時的條件下觀察二次電池單體的厚度變化及其行為。此外，在二次電池單體的厚度變化受到抑制時，當(dāng)二次電池單體在實際使用中或存放中時，均能夠觀察二次電池單體的行為，從而能夠獲得電池盒框架或外殼或者袋所需的必要的物理強(qiáng)度數(shù)據(jù)。