CN111157373A - 评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，包括以下步骤：S1：将包覆有吸能垫的汽车电池置于落锤冲击机上，将冲击力传感器设于汽车电池的吸能垫上；S2：通过落锤冲击机向包覆有吸能垫的汽车电池施加冲击力；S3：通过冲击力传感器实时记录施加于汽车电池上的冲击力和吸能垫的下压位移；S4：根据应力公式和应变公式得到相应的应力‑应变曲线和能量‑应变曲线，通过应力‑应变曲线和能量‑应变曲线分析汽车电池多孔结构吸能垫的抗冲击性能。与现有技术相比，本发明提供了一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其中根据实际碰撞标准工况，可用以评估新型封闭结构的“柔韧”指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车电池的吸能性能测试方法，尤其是涉及一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法。
背景技术
吸能结构即吸收能量的结构，以蜂窝结构作为典型代表的传统多孔复合结构，具有较高的面内、面外刚度和较好的能量吸能能力。对于多孔结构来说，平台应力是评价能量吸收性能的重要指标。具备优异能量吸收能力的多孔结构应具备平台应力高、持续时间长、平台应力稳定等特点。
采用高柔韧性的新型封闭贯穿多孔结构可以整合电池冷却，电气等功能，使结构更简单紧凑，对于电池结构轻量化具有重大意义。新一代的汽车电池外表面已经大量的使用多孔复合材料来作为吸能垫，但现有技术中针对该种多孔复合材料还没有较为准确的测试方法，因此汽车电池在生产及研发中无法实现准确的冲击性能测试方法。
CN110411866A公开了一种通过落锤冲击性能预测涂层界面剪切强度的方法，步骤为：(1)对涂层进行纳米压痕测试，分别获得涂层和基底的杨氏模量Ec和Es，泊松比；(2)进行落锤冲击测试，得到涂层界面开裂的临界速度vmax，并求得临界载荷Fmax；(3)建立临界载荷Fmax与涂层厚度t之间的关系，通过拟合的曲线求得涂层的界面剪切强度的预测值。本发明通过建立剪切强度与冲击性能的关系，可以快速预测涂层的界面剪切强度。该技术方案基于基底的杨氏模量Ec、Es、泊松比、进行界面剪切强度的计算，无法应用于汽车电池吸能垫的性能检测。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其中根据实际碰撞标准工况，设计一套针对新型封闭贯穿多孔结构的测试方法，可用以评估新型封闭结构的“柔韧”指标。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，包括以下步骤：
S1：将包覆有吸能垫的汽车电池置于落锤冲击机上，将冲击力传感器设于汽车电池的吸能垫上；
S2：通过落锤冲击机向包覆有吸能垫的汽车电池施加冲击力；
S3：通过冲击力传感器实时记录施加于汽车电池上的冲击力和吸能垫的下压位移；
S4：通过S3中获得的每个时间点的冲击力数据和下压位移数据生成冲击过程中的力-时间曲线、位移-时间曲线、能量-时间曲线，根据应力公式和应变公式得到相应的应力-应变曲线和能量-应变曲线，通过应力-应变曲线和能量-应变曲线分析汽车电池多孔结构吸能垫的抗冲击性能。
进一步地，所述的落锤冲击机为CEAST9350型落锤冲击机。
进一步地，所述的冲击力传感器为压电传感器。本技术方案中采用主要是因为压电传感器只有非常小的变形，具有极高的刚度。这导致其具有很高的谐振频率，非常适合用于本发明中涉及的冲击力的动态测试。
进一步地，所述的吸能垫为复合多孔吸能材料。本发明中的复合是指复合材料，如玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等常见的高强度材料。
进一步地，S3中通过冲击力测试采集仪将冲击力传感器实时获得的冲击力数据和下压位移数据传送至外接的计算机中。
进一步地，所述的落锤冲击机中落锤的重量与所述的汽车电池的质量相等。
进一步地，S2中落锤的下落高度设置为1.5m。
进一步地，S2中落锤的初速度为0。
与现有技术相比，本发明通过落锤测试法实现了汽车电池吸能垫的性能测试，设计一套针对新型封闭贯穿多孔结构的测试方法，可用以评估新型封闭结构的“柔韧”指标。根据应力公式和应变公式得到相应的应力-应变曲线和能量-应变曲线，通过应力-应变曲线和能量-应变曲线分析汽车电池多孔结构吸能垫的抗冲击性能，整体测试方法较为简单，获得的数据较为准确。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明中评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，包括以下步骤：
S1：将包覆有吸能垫的汽车电池置于落锤冲击机上，将冲击力传感器设于汽车电池的吸能垫上。吸能垫为复合多孔吸能材料。本发明中的复合是指复合材料，如玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等常见的高强度材料。具体选型时，落锤冲击机为CEAST9350型落锤冲击机。
S2：通过落锤冲击机向包覆有吸能垫的汽车电池施加冲击力。冲击力传感器为压电传感器。本技术方案中采用主要是因为压电传感器只有非常小的变形，具有极高的刚度。这导致其具有很高的谐振频率，非常适合用于本发明中涉及的冲击力的动态测试。落锤测试时，具体的参数及设置条件选择为：落锤冲击机中落锤的重量与所述的汽车电池的质量相等，落锤的下落高度设置为1.5m，落锤的初速度为0。
S3：通过冲击力传感器实时记录施加于汽车电池上的冲击力和吸能垫的下压位移。通过冲击力测试采集仪将冲击力传感器实时获得的冲击力数据和下压位移数据传送至外接的计算机中。
S4：通过S3中获得的每个时间点的冲击力数据和下压位移数据生成冲击过程中的力-时间曲线、位移-时间曲线、能量-时间曲线，根据应力公式和应变公式得到相应的应力-应变曲线和能量-应变曲线，通过应力-应变曲线和能量-应变曲线分析汽车电池多孔结构吸能垫的抗冲击性能。
本发明中的吸能结构整个应力应变曲线分为四个区域，依次为弹性区、平台区、平台应力增强区以及密实化区。当受到外界压力时，吸能结构首先发生屈服变形，随着力的增加，存在会使得结构应力应变曲线在平台区后出现平台应力增强的现象，这一阶段在应力应变所围成的面积中占比较大，因此这一阶段对于结构整体吸收能量的能力拥有着不可忽视的作用。最后一个阶段为致密化阶段，即结构完全压溃，变成一密实样件。
本发明中首先计算出压缩应力σ，σ为施加于汽车电池上的冲击力(F)与重锤与汽车电池的横截面积(S0)的比值；压缩应力的单位为N/mm3。
之后计算得到重锤冲击的压缩应变e，将冲击力测试采集仪获得的电池吸能垫的形变量ΔL与电池吸能垫的原始厚度L0之比即为压缩应变e。
之后进行平台应力计算
本发明选取在20％-30％的压缩应变区间的压缩应力平均值作为平台应力值。
确定平台结束点的值eple
该值为重锤撞击试验后得到的压缩-应变曲线中对应的1.3倍平台应力的压缩应力值。
电池吸能垫吸收能量的w的计算
在压缩-应变曲线中0～50％应变处或平台结束点eple处的区域积分所得的能量值，单位为MJ/m3
电池吸能垫吸收能量效率we的计算
即本发明中电池吸能垫所吸收的能量除以电池吸能垫在应变范围内的最大压缩应力与相对压缩应变e的乘积，单位为％。
电池吸能垫吸收能量的w与电池吸能垫吸收能量效率we的计算公式如下：
最后根据吸收能量的大小，判断汽车电池吸能垫的吸能效果。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将包覆有吸能垫的汽车电池置于落锤冲击机上，将冲击力传感器设于汽车电池的吸能垫上；
S2：通过落锤冲击机向包覆有吸能垫的汽车电池施加冲击力；
S3：通过冲击力传感器实时记录施加于汽车电池上的冲击力和吸能垫的下压位移；
S4：通过S3中获得的每个时间点的冲击力数据和下压位移数据生成冲击过程中的力-时间曲线、位移-时间曲线、能量-时间曲线，根据应力公式和应变公式得到相应的应力-应变曲线和能量-应变曲线，通过应力-应变曲线和能量-应变曲线分析汽车电池多孔结构吸能垫的抗冲击性能。
2.根据权利要求1所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，所述的落锤冲击机为CEAST9350型落锤冲击机。
3.根据权利要求1所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，所述的冲击力传感器为压电传感器。
4.根据权利要求1所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，所述的吸能垫为复合多孔吸能材料。
5.根据权利要求3所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，S3中通过冲击力测试采集仪将冲击力传感器实时获得的冲击力数据和下压位移数据传送至外接的计算机中。
6.根据权利要求1所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，所述的落锤冲击机中落锤的重量与所述的汽车电池的质量相等。
7.根据权利要求1所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，S2中落锤的下落高度设置为1.5m。
8.根据权利要求1所述的一种评估汽车电池多孔结构吸能垫性能的落锤冲击测试法，其特征在于，S2中落锤的初速度为0。
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