CN109543306B - 一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法,包括以下步骤：步骤1：电流导流的热模拟仿真，计算得到带两个部件基材的导流内阻r：步骤2：两焊接盖板组件整体内阻的测试，重复测试3次，取3次结果的平均值R：步骤3：焊接内阻的获得，即整体内阻测试和仿真测试得到的结果相减：R‑r，得到两个部件焊接的焊接内阻。本发明采用电流导流的热模拟仿真计算焊接基材本体的导流内阻，用实际测试得到包含焊接部件基材内阻和两者焊接内阻的总体阻值，最后用两者相减的方法得到两部件焊接的内阻，该方法可以极大地减少测试费用和实验操作时间，提高焊接内阻的测试精度，方法简便，测试结果准确可靠。

Description

一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法
技术领域
本发明涉及一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法。
背景技术
在锂电池的DCR直流内阻分解工作中，各种不同型号的壳体盖板组件的内阻总值主要包括：盖板组件各个金属导流件的基材内阻(R1，R2，R3.......Rn)和相邻两个金属之间因为需要接触焊接所产生的焊接内阻(r1，r2，r3.........rn-1)。而由于焊接位置、深度、焊斑形状以及个数等的不同，焊接内阻是一个不可控制的值，而且相对于盖板组件而言，如果直接测试焊接区域的欧姆内阻，往往需要相当专业且昂贵的仪器设备；而如果采取常规的测试手段，则需要在焊接区域手动选择焊接的测试区域，所产生的实验误差较大，测试结果和实验操作者操作熟练度相关性很高，测试结果的准确可靠性比较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，以帮助结构开发设计师和工艺工程师在产品设计开发的初始阶段，对电池壳体盖板组件之间焊接设计选择(焊接内阻的控制)的合理性进行快速预判和响应，并且仿真结果不受实际加工的产品一致性影响，反过来可以识别出产品实际指标与设计值的偏差，对外协件的关键指标进行管控。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：电流导流的热模拟仿真：
步骤1.1：确定所需焊接的两个部件的三维几何参数，采用CATIA三维建模软件建立焊接部件的三维实体模型，使用CATIA中“求和”功能，将两个部件合为一个部件，生成新的用于建立电流导流热模拟的3D数据模型；将电流导流热模拟的3D数据模型导出为几何信息，并保留拓展名为.stp的中间格式几何模型文件；
步骤1.2：基于NX12.0软件平台，进入ESC热分析模块，并导入上述拓展名为.stp的中间格式几何模型文件；
步骤1.3：以参考部件的尺寸最长边L的1/25作为网格的尺寸，采用4面体网格进行网格划分；
步骤1.4：建立焊接部件的电流导流热模拟仿真边界条件：假定一个电流的大小X，然后指定电流的进口，在电流的出口指定电压＝0V，保存并提交求解计算；
步骤1.5：选择结果文件，调出结果文件选项，双击打开“总热载荷”结果部分，则能看到整个焊接部件的每个单元处的热载荷分布云图；在后处理界面的“标识结果”处框选所有单元即可得到整个部件的热功率P；
根据仿真计算得到的热功率P和输入的电流X，用公式：P＝I2×r，计算得到带两个部件基材的导流内阻r；
步骤2：两焊接盖板组件的整体内阻的测试：
步骤2.1：使用焊接设备将两个盖板组件按照实际使用条件正确焊接；
步骤2.2：使用测试设备Solartron进行IR测试，其中测试电流为2A，时间为60s；
步骤2.3：对焊接部件重复测试3次，取3次结果的平均值R；
步骤3：焊接内阻的获得，即采用上述测试和仿真得到的结果相减：R-r，得到两个部件焊接的焊接内阻。
进一步地，所述的步骤1.1中的三维几何参数，包括每个部件的厚度、长度、外径、内径和以及关键的焊接区域，将部件的几何特征参数作为输入，建立焊接部件的三维实体模型，其中，关键的操作是将两个部件在实际焊接过电流的区域，保证面对面或边对边的贴合。
所述的步骤1.2中，在导入的几何模型中，进行简单的几何前处理，包括去除无关的工艺倒角、缝合破碎的几何面、去除无关的几何特征以及分割形成用于设置边界条件的区域面。
所述的步骤1.3中，网格划分时根据部件的实际导电基材材料Al或Cu指派材料，选择材料中最重要的参数为电阻率，Al电阻率为2.83×10-8Ωm，Cu电阻率为1.75×10-8Ωm。
本发明的有益效果是：本发明采用电流导流的热模拟仿真计算焊接基材本体的导流内阻，用实际测试得到包含焊接部件基材内阻和两者焊接内阻的总体阻值，最后用两者相减的方法得到两部件焊接的内阻，该方法可以极大地减少测试费用和实验操作时间，提高焊接内阻的测试精度，方法简便，测试结果准确可靠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为焊接部件一几何模型。
图2为焊接部件二几何模型。
图3为焊接部件一和焊接部件二的焊接区域和电流导流路径示意图。
图4为Solartron仪器I R测试示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：电流导流的热模拟仿真：
步骤1.1：确定所需焊接的两个焊接部件的三维几何参数，包括焊接部件一和焊接部件二的壁厚、凹槽、外径、内径和以及关键的焊接区域，将上述焊接部件的几何特征参数作为输入，采用CATIA三维建模软件建立焊接部件的三维实体模型，焊接部件分别如图1和图2；其中，关键的操作是将两个焊接部件在实际焊接过电流的区域，保证面对面或边对边的贴合，并使用CATIA中“求和”功能，将两个焊接部件合为一个部件，生成新的用于建立电流导流热模拟的3D数据模型，具体焊接区域如图3所示；最后将电流导流热模拟的3D数据模型导出为几何信息，并保留拓展名为.stp的中间格式几何模型文件；
步骤1.2：基于NX12.0软件平台，进入ESC热分析模块，并导入上述拓展名为.stp的中间格式几何模型文件；在导入的几何模型中，做一些简单的几何前处理，包括去除无关的工艺倒角、缝合破碎的几何面、去除无关的几何特征以及分割形成用于设置边界条件的区域面等等；
步骤1.3：参考部件的尺寸最长边L的1/25作为网格的尺寸，采用4面体网格进行网格划分，可以得到分析模型的网格模型,该模型是由几何模型经过网格剖分离散后的单元和节点构成；部件的实际导电基材材料指派材料为铜，指定其重要的参数为电阻率：Cu电阻率为1.75×10-8Ωm；
步骤1.4：建立焊接部件电流导流的热模拟仿真边界条件：假定一个电流的大小为240A，按照图3所示定义电流的进出口，在图3中方框区域为焊接区域，箭头表示电流方向，然后指定图2的阴影区域为电流的进口区域，指定图1的阴影区域为电流的出口区域，指定电压＝0V；保存并提交求解计算；
步骤1.5：选择结果文件，调出结果文件选项，双击打开“总热载荷”结果部分，则能看到整个焊接部件的每个单元处的热载荷分布云图，在载荷分布云图中部件的不同区域的值的大小以由红到蓝的色谱区分,红色表示最大值,蓝色表示最小值；在后处理界面的“标识结果”处框选所有单元即可得到整个部件的热功率P/2＝1.7431W。
然后根据仿真计算得到的热功率P和输入的电流X，用公式：P＝I2×r，计算得到带两个部件基材的导流内阻r＝0.0605mΩ，可见基材的欧姆阻值非常小，使用直接测试的话比较困难，误差不易控制。
步骤2：两焊接盖板组件的整体内阻测试
步骤2.1：使用焊接设备将两个盖板组件按照实际使用条件焊接正确焊接；
步骤2.2：使用测试设备Solartron进行I R测试，其中测试电流为2A，时间为60s，测试如图4所示；
步骤2.3：对焊接部件重复测试3次，测试结果分别为：0.0918mΩ、0.0896mΩ、0.0933mΩ取3次结果的平均值R＝0.0916mΩ。
步骤3：焊接内阻的获得，即采用上述测试和仿真得到的结果相减：R-r＝0.031mΩ，得到两个部件焊接的焊接内阻。
采用上述方法可及时测试到使用某种焊接方式(振动摩擦焊、电阻焊、激光焊等)或者一种焊接方式的某种工艺参数下焊接样件的焊接内阻值。通过这种快速测试的方法，可以在产品的设计初始阶段进行焊接方式的选择和焊接参数的确定，代替全实验测试快速分析焊接内阻是否满足设计要求，减少大量的试制和实验成本，快速确定焊接设计。
本发明采用电流导流的热模拟仿真计算焊接基材本体的导流内阻，用实际测试得到包含焊接部件基材内阻和两者焊接内阻的总体阻值，最后用两者相减的方法得到两部件焊接的内阻。这种方法可以首先规避掉对两个部件焊接内阻的直接测试，省去直接测试的昂贵测试机器或者委外的测试费用；其次直接测试往往需要将两个焊接的部件破坏分开，取出两个焊接区域的地方进行测试，而采用上述方法则不需要破坏测试样件，测试样件可以保留继续使用；最后，如果使用第二个步骤对两个需要焊接的部件进行基材内阻值的测试，那么将会额外的多出两次实验，两次额外的实验必将增加实验的时间成本和费用成本，关键是此种手动测量存在着实验误差，也就意味着最后的实验结果多出了两次的实验误差，这对最后的实验结果将是极为不利的。综上所述，采用本发明可以大大减少测试的费用和实验操作时间，而且提高了焊接内阻测试的测试精度，方法简便，测试结果准确可靠，时间和金钱成本都比较低。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：电流导流的热模拟仿真：
步骤1.1：确定所需焊接的两个部件的三维几何参数，采用CATIA三维建模软件建立焊接部件的三维实体模型，使用CATIA中“求和”功能，将两个部件合为一个部件，生成新的用于建立电流导流热模拟的3D数据模型；将电流导流热模拟的3D数据模型导出为几何信息，并保留拓展名为.stp的中间格式几何模型文件；
步骤1.2：基于NX12.0软件平台，进入ESC热分析模块，并导入上述拓展名为.stp的中间格式几何模型文件；
步骤1.3：以参考部件的尺寸最长边L的1/25作为网格的尺寸，采用4面体网格进行网格划分；
步骤1.4：建立焊接部件的电流导流热模拟仿真边界条件：假定一个电流的大小X，然后指定电流的进口，在电流的出口指定电压＝0V，保存并提交求解计算；
步骤1.5：选择结果文件，调出结果文件选项，双击打开“总热载荷”结果部分，则能看到整个焊接部件的每个单元处的热载荷分布云图；在后处理界面的“标识结果”处框选所有单元即可得到整个部件的热功率P；
这样可以根据仿真计算得到的热功率P和输入的电流X，用公式：P＝I2×r，计算得到带两个部件基材的导流内阻r；
步骤2：两焊接盖板组件的整体内阻的测试：
步骤2.1：使用焊接设备将两个盖板组件按照实际使用条件正确焊接；
步骤2.2：使用测试设备Solartron进行IR测试，其中测试电流为2A，时间为60s；
步骤2.3：对焊接部件重复测试3次，取3次结果的平均值R；
步骤3：焊接内阻的获得，即采用上述测试和仿真得到的结果相减：R-r，得到两个部件焊接的焊接内阻。
2.如权利要求1所述的基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，其特征是：所述的步骤1.1中的三维几何参数，包括每个部件的厚度、长度、外径、内径和以及关键的焊接区域，将部件的几何特征参数作为输入，建立焊接部件的三维实体模型，其中，关键的操作是将两个部件在实际焊接过电流的区域，保证面对面或边对边的贴合。
3.如权利要求1所述的基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，其特征是：所述的步骤1.2中，在导入的几何模型中，进行简单的几何前处理，包括去除无关的工艺倒角、缝合破碎的几何面、去除无关的几何特征以及分割形成用于设置边界条件的区域面。
4.如权利要求1所述的基于仿真测试的电池壳体盖板组件焊接内阻的测试方法，其特征是：所述的步骤1.3中，网格划分时根据部件的实际导电基材材料Al或Cu指派材料，选择材料中最重要的参数为电阻率，Al电阻率为2.83×10-8Ωm，Cu电阻率为1.75×10-8Ωm。
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