CN108458843A - 一种电池包自动化气密测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池包自动化气密测试装置，至少包括堵头、堵头座、弹性部件，堵头用于连接至电池包的连接器，弹性部件安装在堵头和堵头座之间，弹性部件被设置为：随着堵头和堵头座的靠近，弹性部件受挤压膨胀而封堵连接器。弹性部件优选使用橡胶密封圈。本发明的有益效果：可以自动检测气密堵头是否安装到位；可以快速密封住连接器，缩短单件测试时间，提高节拍；可以自动检测在测试过程中堵头有无松脱。

Description

一种电池包自动化气密测试装置

技术领域

本发明涉及一种气密测试装置，尤其涉及一种电池包自动化气密测试装置，用于新能源车用动力电池包气密测试，属于新能源车用动力电池技术领域。

背景技术

目前新能源车用动力电池包气密检测一般采用一对一独立堵头进行封堵，需要依赖测试人员经验来辨别是否安装到位，并且需要手工锁紧，在测试过程中无法避免因堵头松开而造成误测的可能性，无法实现自动化测试。

为了解决这些问题，本领域技术人员致力于开发一种易于实现自动化测试的电池包气密测试装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：电池包的电动化气密测试，需要一种易于实现自动化测试的装置，实现堵头安装到位检测、自动密封、回退检测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电池包自动化气密测试装置，至少包括堵头、堵头座、弹性部件，堵头用于连接至电池包的连接器，弹性部件安装在堵头和堵头座之间且被设置为：随着堵头和堵头座的靠近，弹性部件受挤压膨胀而封堵连接器。

进一步地，堵头包括连在一起的堵头冠和堵头体，堵头冠突出于堵头体；堵头座包括堵头座冠、堵头座体、堵头座腔，堵头座冠位于堵头座体的首端，堵头座腔由堵头座冠开口并延伸入堵头座体内部；弹性部件选用弹性密封圈，弹性密封圈套在堵头体上靠近堵头冠的位置，堵头体的其余部分位于堵头座腔内。更进一步地，弹性密封圈选用空心或实心的橡胶圈。在橡胶圈未受挤压膨胀时，橡胶圈的外表面、堵头冠的外周表面、堵头座冠的外周表面三者齐平。

进一步地，测试装置还包括由双作用气缸和连接杆组成的动力机构，连接杆连接双作用气缸和堵头，双作用气缸通过连接杆拉动堵头向堵头座靠近。更进一步地，双作用气缸固定于堵头座体的尾端，连接杆穿过堵头座内部，连接杆第一端通过螺纹固定在堵头，连接杆第二端通过螺纹固定在双作用气缸的活塞。

进一步地，测试装置还包括用于控制双作用气缸工作的控制系统。更进一步地，控制系统包括开关针、电磁阀、PLC和电线，开关针的探头位于堵头冠前端的凹坑或通孔内，开关针通过电线连接至PLC形成回路，开关针被设置为：随着堵头和连接器靠近至适当位置，开关针的探头被挤压后向PLC发出控制信号，由PLC控制电磁阀，再由电磁阀控制双作用气缸。更进一步地，开关针的探头的压缩行程大于堵头与堵头座相对位移的行程。开关针有两个，两个协同工作更可靠。

本发明的有益效果是：

1.可以检测气密堵头是否安装到位；

2.可以快速密封住连接器，缩短单个工件测试时间，提高节拍；

3.可以检测在测试过程中堵头有无松脱。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的气密测试装置从堵头侧方视角的结构示意图；

图2是图1所示气密测试装置从气缸侧方视角的结构示意图；

图3是图1所示气密测试装置去除密封圈后余下零部件的结构示意图；

图4是图1所示气密测试装置去除堵头座后的内部结构示意图；

图5是本发明一个较佳实施例中的活动堵头的结构示意图；

图6是本发明一个较佳实施例中的堵头座的内部结构示意图；

图7是图1所示气密测试装置的爆炸结构示意图；

图8是图1所示气密测试装置在非密封工作状态的剖切结构示意图；

图9是图1所示气密测试装置在密封工作状态的剖切结构示意图。

上述各图中：

110 堵头

111 堵头冠

112 堵头体

113 凹坑

114 通孔

120 堵头座

121 堵头座冠

122 堵头座体

123 堵头座腔

124 侧孔

125 中孔

130 密封圈

210 双作用气缸

211 第一气室

212 第二气室

213 第一气孔

214 第二气孔

215 活塞

220 连接杆

310 开关针

311 探头

312 开关针体

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

为了解决现有电池包气密测试装置的缺点和问题，本发明依据原有的工艺要求，结合自动化气密测试的设计理念，提供一种易于实现新能源车用电池包自动化气密测试的装置。本实施例中的气密测试装置主要包括三大部分：封堵机构、动力机构和控制系统。

封堵机构是基础结构，其技术原理是：通过两个刚性部件的相向运动，挤压它们之间的弹性部件，弹性部件受压膨胀。如图1和图2所示，封堵机构由堵头110、堵头座120和密封圈130组成。堵头110由连在一起的堵头冠111和堵头体112组成，堵头冠111和堵头体112由同一种材料加工得到。堵头冠111突出于堵头体112，即：两者形状相同，但堵头冠111的尺寸大于堵头体112。堵头座120由堵头座冠121、堵头座体122、堵头座腔123组成。其中，堵头座体122整体呈长方体形状，堵头座冠121位于堵头座体122的首端，堵头座腔123由堵头冠开始并延伸入堵头座体122的内部，堵头座腔123有多处开口，且内部形状较复杂，见图6和图8所示。

堵头冠111的大小和形状依照电池包的气密测试连接器设计。因堵头冠111突出于堵头体112，两者行成一个台阶，弹性的密封圈130套在堵头体112上靠近堵头冠111的位置，正好填补上述台阶，如图3和图4所示。然后，堵头体112的其余部分插入堵头座腔123内，这样形成了能起到封堵作用的基础结构。堵头冠111、密封圈130连同堵头座冠121全部插入电池包的连接器，随着堵头冠111和堵头座冠121的靠近，密封圈130受挤压膨胀而封堵住连接器。

密封圈130是实现密封的关键。密封圈130选用的材料需满足以下要求：(1)优秀的气密性；(2)适当的形变膨胀率；(3)与连接器内壁较大的摩擦力。常用的弹性密封材料有硅胶和橡胶等。在本实施例中，优选丁腈橡胶，还需要在其中添加一些助剂，使密封圈具有合适的形变膨胀率，也就是使橡胶不太硬也不太软。如果橡胶材料太硬，那受力后变形幅度很小，不足以填充与连接器内壁之间的缝隙；太软的话，与连接器内壁的摩擦力小而容易松脱，导致测试失败。

密封圈130在自然状态(非受力)的整体形状和截面形状也有要求。密封圈130在自然状态下，成圆环形或者圆角方环形，其内周长稍稍小于堵头体112的外周长，这样，密封圈130套在堵头体112上后，呈稍微的预紧状态。如果太松，密封圈130容易松脱；如果太紧，密封圈130的形变过量发生，在后续的被挤压过程中，余下的形变量太小，起不到密封作用。密封圈130的形状最好与堵头体112和连接器内壁的形状一致，那么在受压膨胀过程中，密封圈130各处的变形率一致，密封效果和摩擦固定效果都更好。密封圈130的横截面是扁平的，选用标准是：在密封圈130未受挤压膨胀时，密封圈130的外表面、堵头冠111的外周表面、堵头座冠121的外周表面三者齐平或者大致齐平，这样使堵头110连同密封圈130都可顺利插入连接器。更优选地，密封圈130选用空心的橡胶圈，具有更佳形变膨胀率。

为了实现测试的自动化，本实施的气密测试装置还包括由双作用气缸210和连接杆220组成的动力机构。本实施例中使用的双作用气缸210有别于常见的单作用气缸。单作用气缸仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，但要靠弹簧或自重返回。而双作用气缸从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力，如图8和图9所示。双作用气缸210通过两颗内六角螺钉固定在堵头座体122的尾端，如图7所示。

堵头座120内部具有一个长长的中孔125，如图6所示。连接杆220穿过中孔125，连接杆220的两头都带有外螺纹，一头固定在堵头体122的螺孔中，另一头固定在活塞215的螺孔中。这样，连接杆220将双作用气缸210和堵头110连接起来，双作用气缸210通过连接杆220拉动堵头110向堵头座120靠近，把密封圈130挤压产生变形膨胀。

气密测试系统还带有用于控制双作用气缸210工作的控制系统。控制系统由开关针310、电磁阀(图中未示出)、PLC(图中未示出)、电线(图中未示出)组成，开关针310尾端连接电线，电线经过堵头座腔123，最后从堵头座体122侧面的侧孔124穿出连接至PLC，使开关针310与PLC和电线形成控制回路。本实施例中的PLC是指可编程逻辑控制器，它是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

开关针又称针式行程开关，是行程开关的一种。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等，简称静物)上或者运动的物体(如行车、门等，简称动物)上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。

在本实施例中，开关针310的安装使用场合比较特殊，它的主体是开关针体312，开关针体312固定安装于堵头110，如图4所示。更多的技术细节如图5所示，堵头冠111内部是一个圆角矩形的凹坑113，凹坑113下面还有两个通孔114，每个通孔114内各安装一个开关针310并固定。开关针310的探头311在非受压时伸出通孔进入凹坑113，在受压后完全退缩入通孔114内，如图8和图9所示的两种情况。随着堵头110和连接器靠近至适当位置，探头311部分或者全部被挤压入通孔114中，然后触发开关针310开启，向控制系统的PLC发出控制信号，由PLC控制电磁阀，再由电磁阀控制双作用气缸210。

为了稳定可靠，开关针310具有两个。当且仅当两个开关针都被压缩打开时，PLC才能发出信号控制双作用气缸210工作。如果只有其中一个开关针打开，那么是堵头110未插入到位或者已经松脱，相应的，PLC就会收到开关针310的信号并作出相应判断，发出进一步控制处理指令。

如果把连接器看成参照物，随着堵头110的插入，开关针310的探头311被压缩会有位移，开关针310固定在堵头110上，但堵头110又会因为双作用气缸210的带动也发生位移。这种相对的位移关系，可能导致开关针不正常工作。因此，探头311的行程大小，是本实施例选择开关针310的重要指标，这需要参考堵头110和堵头座120之间相对位移的大小。在本实施例中，参考堵头110和堵头座120之间的相对位移量大概是1mm～2mm，探头311的行程为4mm左右。这样，当探头311被压缩到位时，开关针310不会失效。

为了便于理解上述内容，以下举反面的极端例子：堵头110和堵头座120之间的最大位移时2mm，但探头311的最大压缩量仅为1mm，那么当探头311被压缩到位后，双作用气缸310启动，令堵头110向堵头座120靠近2mm，因为开关针体312固定在堵头110，那么开关针体312也向堵头座120靠近2mm，这时探头311不仅未被压缩，还距离有1mm的空隙量，开关针310关闭了，发生了设计之外的情况。再回到本例，开关针的行程为4mm，即使开关针体312向堵头座120行进了2mm，但仍被压缩了2mm，此时开关针310继续处于原先的打开状态，持续发出开的指令。

因为密封圈130产生的摩擦力有限，本发明公开的气密测试装置适用于采用流量法测气压的场合，而不适合被测气压比之大几百倍的压差法测压场合。流量法的过程：在充气阶段，向被测工件和标准工件内冲入所需气压(或使用负压)，进入稳定阶段，停止充气。被测工件和标准工件通过气管连成气体测试回路，待测试回路的压力稳定后，进入测试阶段。在设定的测试时间内，由于被测工件的泄漏产生一个从标准工件向被测工件方向流动的流量，并由流量表测得其流量值。将流量表所测的流量值与容积系数K相乘，即为被测工件的泄漏率。容积系数K约等于(V₁+V₂)/V₂，其中，V₁是被测工件容积，V₂是标准工件容积。相对于压差法，流量法测试时间短，测试效率高。

气密测试装置的工作流程：当活动堵头110插入电池包线束的连接器外壳时，开关针310碰到连接器内部端子结构，探头311被压回后与外部接线形成回路，测试系统PLC得到一个开关信号后，电磁阀动作，双作用气缸210的活塞杆缩回，活动堵头110夹紧密封圈130，密封圈130压缩变形膨胀，密封住连接器口。

以下分步骤详述：

步骤一，将堵头110插入需要封堵的线束连接器，探头311逐渐被压缩。但在插入前或者已插入但尚未到位时，探头311与堵头110都处于不受压的状态：探头311自由伸展，进入凹坑113内；堵头110处于自然舒张状态，此时密封圈和堵头座冠121之间略有空隙，如图8所示。活塞215将气室分为第一气室211和第二气室212，第一气室211通过第一气孔213连接至电磁阀被抽气，第二气室212通过第二气孔214连接至电磁阀被充气，此时活塞215使第一气室211容积最小化，第二气室212容积最大化。

步骤二，随着探头311逐渐压缩到位后，接通回路，给系统PLC开关信号。PLC再给电磁阀工作信号，电磁阀动作，使第一气室211和第二气室213的气体流向与步骤一中相反。此时，第一气室211被充气，第二气室212被抽气，活塞215左侧(图9中所示)气压变大的同时右侧气压变小，活塞很自然就被推向右侧。连接杆220带动堵头110压向堵头座120，致使密封圈130压紧膨胀变形，从而增加与连接器外壳内壁的接触面积，起到密封作用，并且加大与连接器内壁摩擦力，还起到气密检测时止退的作用。在测试过程中，如果堵头110有所松动，致使其中一个开关针310发出关的信号，PLC会立即提示测试失败。在气密测试装置中，开关针310起到检测是否安装到位和是否松脱的作用。

步骤三，测试结束后，电磁阀再次反向动作，第一气室211通过第一气孔213连接至电磁阀被抽气，第二气室212通过第二气孔214连接至电磁阀被充气，活塞215又被顶至左侧，回复到如图8中所示的位置，密封圈130舒展后其外周表面与连接器内壁脱开，之间的摩擦力也立即消失，气密堵头110可以顺利退出连接器。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，至少包括堵头、堵头座、弹性部件，所述堵头用于连接至电池包的连接器，所述弹性部件安装在所述堵头和所述堵头座之间并被设置为：随着所述堵头和所述堵头座的靠近，所述弹性部件受挤压膨胀而封堵所述连接器。

2.根据权利要求1所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，

所述堵头包括连在一起的堵头冠和堵头体，所述堵头冠突出于所述堵头体；

所述堵头座包括堵头座冠、堵头座体、堵头座腔，所述堵头座冠位于所述堵头座体的首端，所述堵头座腔由所述堵头座冠开口并延伸入所述堵头座体内部；

所述弹性部件选用弹性密封圈，所述弹性密封圈套在所述堵头体上靠近堵头冠的位置，所述堵头体的其余部分位于所述堵头座腔内。

3.根据权利要求2所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，所述弹性密封圈选用空心或实心的扁平橡胶圈。

4.根据权利要求3所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，在所述橡胶圈未受挤压膨胀时，所述橡胶圈的外圈表面、所述堵头冠的外周表面、所述堵头座冠的外周表面三者齐平。

5.根据权利要求2所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，还包括由双作用气缸和连接杆组成的动力机构，所述连接杆连接所述双作用气缸和所述堵头，所述双作用气缸通过所述连接杆拉动所述堵头向所述堵头座靠近。

6.根据权利要求5所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，所述双作用气缸固定在所述堵头座体的尾端，所述连接杆穿过所述堵头座内部，所述连接杆的第一端通过螺纹固定在所述堵头，所述连接杆的第二端通过螺纹固定在所述双作用气缸的活塞。

7.根据权利要求5所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，还包括用于控制所述双作用气缸工作的控制系统。

8.根据权利要求7所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，所述控制系统包括开关针、电磁阀、PLC和电线；所述开关针的探头位于所述堵头冠前端的凹坑或通孔内，所述开关针通过所述电线连接至所述PLC形成回路，所述开关针被设置为：随着所述堵头和所述连接器靠近至适当位置，所述探头被挤压后向所述PLC发出控制信号，由所述PLC控制所述电磁阀，再由所述电磁阀控制所述双作用气缸。

9.根据权利要求8所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，所述探头的压缩行程大于所述堵头与所述堵头座最大相对位移的行程。

10.根据权利要求8所述的一种电池包自动化气密测试装置，其特征在于，所述开关针有两个。