CN111693370B - 电池包顶部挤压测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池测试技术领域，具体公开了电池包顶部挤压测试方法包括如下步骤：电池包预处理：调整电池包；测试样品准备：将调整后的电池包固定在固定机构上，确定顶部挤压测试点的位置并在电池包外表面标出；测试平台搭建：将挤压头与挤压测试设备连接；顶部挤压测试：在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置使挤压头表面与电池包顶部挤压测试点接触，挤压测试设备按测试信息进行挤压；试验后静置：将挤压后的电池包静置10‑600min；试验后检查：测量电池包的绝缘电阻和绝缘耐压测试漏电流，当绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA时，测试通过。采用本发明的技术方案能够验证电池包顶部的结构强度是否满足整车设计要求。

Description

电池包顶部挤压测试方法

技术领域

本发明涉及电池测试技术领域，特别涉及电池包顶部挤压测试方法。

背景技术

电动汽车中，其核心就是电池包；而电池包的安全性直接关系到整车的安全性。由于电动汽车复杂的使用环境容易对电池包产生影响，使电池包面临着失效的风险。

电池包的安全性能不仅与材料体系、电芯结构设计等相关，还与电动汽车在使用过程中的滥用情况相关。电池包的安全性测试评价主要包括电安全、机械安全和环境安全等方面。针对电池包机械可靠性测试评价方法主要包括振动、机械冲击、模拟碰撞和挤压等。其中，对于挤压测试主要依据GB/T 31467.3-2015或GB 38031-2020及部分国内外的企业标准，例如按照GB/T31467.3-2015或GB 38031-2020等标准对电池包进行X和Y方向(汽车行驶方向为X方向，另一垂直于行驶方向的水平方向为Y方向)挤压测试，按企业标准对电池包底部进行Z方向挤压的测试，以模拟电动汽车发生碰撞等安全事故的应用场景。

但是，对于顶部方向的挤压测试，目前还没有涉及，因此，需要提出一种能电池包顶部挤压的测试方法，以验证电池包顶部的结构强度是否满足整车设计要求，从而保障电动汽车的机械安全可靠性。

发明内容

本发明提供了电池包顶部挤压测试方法，能够验证电池包顶部的结构强度是否满足整车设计要求。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

电池包顶部挤压测试方法，包括如下步骤：

电池包预处理：调整电池包，使电池包的绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA；

测试样品准备：将调整后的电池包固定在固定机构上，确定顶部挤压测试点的位置并在电池包外表面标出；

测试平台搭建：选择挤压头，将挤压头与挤压测试设备连接；

顶部挤压测试：在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置，使挤压头表面与电池包顶部挤压测试点接触，向挤压测试设备输入测试信息，挤压测试设备按测试信息进行挤压；

试验后静置：将挤压后的电池包静置10-600min；

试验后检查：测量电池包的绝缘电阻和绝缘耐压测试漏电流，当绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA时，测试通过。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，在电池包预处理步骤中，通过调整绝缘电阻值，以及绝缘耐压测试漏电流，使电池包满足测试的需求。通过在电池包外表面标出顶部挤压测试点的位置，便于挤压头表面对准顶部挤压测试点。最后，通过测量挤压后电池包的绝缘电阻和漏电电流，能准确知晓电池包是否通过测试。综上，本方案在整体上能够验证电池包顶部的结构强度是否满足整车设计要求。

进一步，所述电池包预处理步骤中，所述电池包预处理步骤中，还使电池包的荷电状态在0％-100％范围内调整。

进一步，所述测试样品准备步骤中，还判断电池包是否有薄弱位置，如果电池包有薄弱位置，则选取电池包的薄弱位置作为顶部挤压测试点并标示出来。

进一步，所述测试样品准备步骤中，还判断电池包是否带有液冷系统，如果带有，在电池包内灌满冷却液并封堵。

通过灌注冷却液，提高电池包的散热能力。

进一步，所述顶部挤压测试步骤中，测试信息包括：挤压速度、挤压力、挤压位移和保持时间。

进一步，所述顶部挤压测试步骤中，还判断测试是否失效，若测试失效则停止试验，若测试没有失效则重复本步骤完成其他顶部挤压测试点的挤压测试。

进一步，所述测试平台搭建步骤中，挤压头采用方形挤压头。

方形挤压头能保证挤压的平面贴合电池包表面。

进一步，所述电池包预处理步骤中，还调整环境温度，使测试前环境温度为18-28度。

使环境温度保持在18-28度，避免环境温度对测试产生影响。

进一步，所述挤压速度≤100mm/s，挤压力≤100kN。

进一步，所述挤压位移0～1000mm。

附图说明

图1为实施例一电池包顶部挤压测试方法的流程图；

图2为实施例一电池包顶部挤压测试设备的正视图；

图3为实施例五电池包顶部挤压测试设备固定机构的侧视图；

图4为图3中A部的纵剖图；

图5为图3中B部的纵剖图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：龙门架1、动作缸2、伺服电机3、挤压头连接板4、挤压头安装板5、挤压头6、固定板7、固定夹具8、电池包9、移动轮组10、推动组11、移动轮12、连接杆13、转轴14、扭簧15、第一插销16、第一电磁铁17、高压气瓶18、喷射管19、塞子20、第二插销21、第二电磁铁22。

实施例一

如图1所示，本实施例的电池包顶部挤压测试方法，包括如下步骤：

电池包预处理：调整电池包，使电池包的绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA；电池包的荷电状态在0％-100％范围内。使电池包的电压保持出厂状态。调整环境温度，使测试前环境温度为18-28度。

测试样品准备：将调整后的电池包固定在固定机构上，判断电池包是否带有液冷系统，如果带有，在电池包内灌满冷却液并封堵。确定顶部挤压测试点的位置并在电池包外表面标出。如果电池包有一个或一个以上的预设的薄弱位置，则选取电池包的薄弱位置作为顶部挤压测试点并标示出来，后续依次进行挤压。薄弱位置可以由电池包厂家的机械设计人员提供，也可以通过CAE仿真分析出来的。

测试平台搭建：选择挤压头，将挤压头与挤压测试设备连接。本实施中，选用300*400mm的方形挤压头，方形挤压头通过挤压头安装板固定在挤压测试设备上。在其他实施例中，也可以根据具体试验情况选择其它类型的挤压头，例如球形、楔形、三角形和其它异形。

顶部挤压测试：在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置使挤压头表面与电池包顶部挤压测试点水平相对接触，向挤压测试设备输入测试信息，测试信息包括：挤压速度≤100mm/s，挤压力≤100kN，挤压位移0～1000mm，保持时间1-10000s。若测试失效则停止试验，若测试没有失效则重复本步骤完成其他顶部挤压测试点的挤压测试。本实施例中，挤压速度为2mm/s，挤压力为2500N，保持时间10S。本实施例中，测试失效指的电池包外壳破裂，电解液泄露，冒烟，起火等。

试验后静置：将挤压后的电池包静置10-600min，本实施例中静置60min。

试验后检查：测量电池包的绝缘电阻和绝缘耐压测试漏电流，当绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA时，测试通过。在其他实施例中，还测量电芯电压和温度参数，以及拆箱检查电池包是否发生破裂、漏液等现象，冷却液是否发生泄漏等。

如图2所示，基于电池包顶部挤压测试方法，本实施例还提供电池包顶部挤压测试设备，包括龙门架1、伸缩机构、挤压头6、固定机构、控制模块、驱动模块和采集模块。

龙门架1包括立柱和横梁。

伸缩机构包括动作缸2和伺服电机3，伺服电机3用于带动动作缸2在竖直方向上向下或向上移动；通过伺服电机3控制动作缸2的向下或者向上移动属于现有技术，这里不再赘述。

动作缸2的顶部与龙门架1的横梁通过螺栓固定连接；

还包括挤压头连接板4和挤压头安装板5；挤压头连接板4与动作缸2的底部通过螺栓固定连接，挤压头安装板5与挤压头连接板4的底部通过螺栓固定连接，挤压头6通过螺栓固定在挤压头安装板5上。整体上动作缸2带动挤压头6在竖直方向上移动，对电池包9进行挤压。本实施例中，挤压头6采用正方形板片，在其他实施例中，挤压头6也可以采用球形。

固定机构位于龙门架1横梁的正下方；固定机构包括固定板7和四个固定夹具8，四个固定夹具8分别焊接在固定板7的四个角落上。本实施例中，固定夹具8通过螺纹转动的方式对放置于固定板7上的电池包9进行夹紧固定。

控制模块用于接收测试信息，基于测试信息向驱动模块发送挤压指令。本实施例中，测试信息包括挤压速度、挤压力和保持时间。挤压指令为测试信息经过处理后的机器语言。

驱动模块用于接收挤压指令并控制伺服电机3正向转动，使动作缸2向下移动。

采集模块用于采集挤压头6的压力信息并发送至控制模块；

控制模块还基于测试信息中的挤压力判断压力信息是否满足要求，如果满足，向驱动模块发送停止挤压指令；如果不满足，向驱动模块发送调整后的挤压指令。本实施例中，压力信息满足要求指压力信息中包含的压力等于测试信息中的挤压力；调整后的挤压指令指根据采集的压力信息进行挤压力调整的挤压指令，例如压力信息中包含的压力小于测试信息中的挤压力，则加大实时挤压力。

控制模块还用于向驱动模块发送停止挤压指令后，进行计时，并基于测试信息中的保持时间判断当前时长是否满足要求，如果满足要求，向驱动模块发送复位指令；驱动模块用于接收复位指令并控制伺服电机3反向转动，使动作缸2向上移动。本实施例中，当前时长满足要求指当前时长等于保持时间。

伺服电机3还用于驱动模块发送转速信息；驱动模块还基于挤压速度判断转速信息是否满足要求，如果不满足，驱动模块还用于调整伺服电机3的转速。

采集模块还用于采集挤压头6的位移信息，并发送至控制模块。

在挤压测试设备的配合作用下，本测试方法可实现对电池包9顶部任意位置的测试，测试过程方便快捷且准确度高。

实施例二

本实施例的电池包顶部挤压测试方法，包括以下步骤：

电池包预处理：调整电池包的荷电状态为50％，测试前电池包正极对壳体11MΩ，负极对壳体11MΩ,总电压321.2V，(正极对壳体12MΩ，负极对壳体12MΩ)，测试前电池包绝缘耐压测试漏电流是4.59mA。

2)测试样品准备：将预处理后的电池包固定在固定机构上，在电池包的液冷系统内灌满冷却液并封堵，确定顶部挤压测试点的位置并在电池包表面外壳标出，如果有一个以上的薄弱位置，则选取电池包的薄弱位置标示出来。依次进行挤压。

3)测试平台搭建：本次顶部挤压测试所选挤压头为300*400mm的长方形挤压头，挤压头通过挤压头安装板固定在挤压测试设备上。

4)顶部挤压测试：在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置使挤压头表面与电池包表面处于正好接触的距离，设置挤压头挤压速度为2mm/s,挤压力为2500N,保持10S，重复步骤4完成顶部挤压测试；

5)试验后静置：顶部挤压试验后静置观察60min；

6)试验后检查：测试后电池包(正极对壳体11MΩ，负极对壳体11MΩ)，测试前电池包绝缘耐压测试漏电流是3.56mA。；测试后拆箱检查模组没有发生破裂、漏液等现象，冷却液也没有发生泄漏。

实施例三

本实施例的电池包顶部挤压测试方法，包括以下步骤：

电池包预处理：调整电池包的荷电状态为90％，测试前总电压385.3V，(正极对壳体126MΩ，负极对壳体127MΩ)，测试前电池包绝缘耐压测试漏电流是6.5mA。

2)测试样品准备：将预处理后的电池包固定在固定机构上，在电池包的液冷系统内灌满冷却液并封堵，确定顶部挤压测试点的位置并在电池包表面外壳标出，如果有一个以上的薄弱位置，则选取电池包的薄弱位置标示出来。依次进行挤压。

3)测试平台搭建：本次顶部挤压测试所选挤压头为φ150mm的球头，挤压头通过挤压头安装板固定在挤压测试设备上。

4)顶部挤压测试：在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置使挤压头表面与电池包表面处于正好接触的距离，设置挤压头挤压速度为10mm/s,挤压力为10kN,保持600S，重复步骤4完成顶部挤压测试。

5)顶部挤压试验后静置观察10min。

6)顶部挤压试验后检查：测试后电池包(正极对壳体132MΩ，负极对壳体134MΩ)，测试前电池包绝缘耐压测试漏电流是5.8mA，测试后拆箱检查模组没有发生破裂、漏液等现象，冷却液也没有发生泄漏。

实施例四

本实施例的电池包顶部挤压测试方法，包括以下步骤：

电池包预处理：调整电池包的荷电状态为70％，测试前总电压430.6V，(正极对壳体347MΩ，负极对壳体352MΩ)，测试前电池包绝缘耐压测试漏电流是8.2mA。

2)测试样品准备：将预处理后的电池包固定在固定机构上，在电池包的液冷系统内灌满冷却液并封堵，确定顶部挤压测试点的位置并在电池包表面外壳标出，如果有一个以上的薄弱位置，则选取电池包的薄弱位置标示出来。依次进行挤压。

3)测试平台搭建：本次顶部挤压测试所选挤压头为圆锥形的球头(φ50mm)，挤压头通过挤压头安装板固定在挤压测试设备上。

4)顶部挤压测试：在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置使挤压头表面与电池包表面处于正好接触的距离，设置挤压头挤压速度为80mm/s,挤压力为90kN,保持8000S，重复步骤4完成顶部挤压测试。

5)顶部挤压试验后静置观察500min。

6)顶部挤压试验后检查：测试后电池包(正极对壳体355MΩ，负极对壳体357MΩ)，测试前电池包绝缘耐压测试漏电流是7.5mA，测试后拆箱检查模组没有发生破裂、漏液等现象，冷却液也没有发生泄漏。

实施例五

与实施例一的区别在于，本实施例电池包9顶部挤压测试设备中，如图3所示，还包括移动轮组10和推动组11。

移动轮组10的数量为四个，分别设置在固定板7的四个角上。如图4所示，移动轮组10包括移动轮12、连接杆13、转轴14、扭簧15、第一插销16和第一电磁铁17。连接杆13一端与移动轮12转动连接，连接杆13另一端通过转轴14转动连接在固定板7上，转轴14穿过扭簧15。转轴14上开有第一插销孔，固定板7设置有限位环；初始状态时，第一插销16穿过限位环插入第一插销孔内以限制转轴14转动，连接杆13水平设置，移动轮12不与地面接触；第一电磁铁17固定在第一插销16正投影下的地面内。第一插销16为铁质，第一电磁铁17用于在通电时吸附第一插销16，使第一插销16脱离第一插销孔。扭簧15用于第一插销16脱离后带动连接杆13向竖直方向转动，使移动轮12与地面接触。

推动组11的数量为两个，分别设置在固定板7正对的两侧。如图5所示，推动组11包括高压气瓶18、喷射管19、塞子20、第二插销21和第二电磁铁22。高压气瓶18水平固定在固定板7的侧面，喷射管19水平设置，喷射管19与高压气瓶18的出气管连接。高压气瓶18内存储有惰性气体，例如氮气。喷射管19竖直开有第二插销孔，第二插销21插入第二插销孔内。塞子20位于喷射管19内，第二插销21用于限制塞子20的位移，塞子20用于堵塞喷射管19，防止高压气瓶18内的气体喷出。第二电磁铁22固定在第二插销21正投影下的地面内，第二插销21为铁质，第二电磁铁22用于在通电时吸附第二插销21，使第二插销21脱落第二插销孔。

采集模块还用于采集电池包9的温度，控制模块还用于判断温度是否超过温度警戒值，如果超过，控制模块还用于向驱动模块发送复位指令以及吸附指令，驱动模块用于接收吸附指令并控制第一电磁铁17和第二电磁铁22通电。

当电池包9受到挤压将要产生爆炸时，电池包9的温度会异常升高，当温度超过温度警戒值时，动作缸2向上移动，第一电磁铁17和第二电磁铁22分别吸附第一插销16和第二插销21。

当第一插销16从第一插销孔脱落后，扭簧15带动转轴14转动，连接杆13转向竖直方向，移动轮12与地面接触。第二插销21从第二插销孔脱离，塞子20被气体推出喷射管19，气体喷射的作用力推动固定机构远离伸缩机构及龙门架。在其他实施例中，还可以设置轨道，使固定机构沿轨道移动，以及在轨道末端设置水槽等，电池包9掉入水槽进行灭火等处理。

本实施例的电池包9顶部挤压测试方法，与实施例一的区别在于，采用上述电池包9顶部挤压测试设备。

本方案能在电池包9即将爆炸时让电池包9远离伸缩机构，避免对伸缩机构，以及伸缩机构旁的人员等产生影响。由于电池包9连同固定机构需要被浸入水中等处理，故固定机构上没有电路结构以及控制系统，避免进水后产生影响。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.电池包顶部挤压测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

电池包预处理：调整电池包，使电池包的绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA；使电池包的荷电状态在0％-100％范围内调整；

测试样品准备：将调整后的电池包固定在固定机构上，确定顶部挤压测试点的位置并在电池包外表面标出；

测试平台搭建：选择挤压头，将挤压头与挤压测试设备连接；

顶部挤压测试：挤压测试设备包括固定机构、采集模块、控制模块和伸缩机构；在挤压测试设备的固定机构上调整电池包的位置，使挤压头表面与电池包顶部挤压测试点接触，向挤压测试设备输入测试信息，挤压测试设备的伸缩机构按测试信息进行挤压；

试验后静置：将挤压后的电池包静置10-600min；

试验后检查：测量电池包的绝缘电阻和绝缘耐压测试漏电流，当绝缘电阻值≥100Ω/V，绝缘耐压测试漏电流≤10mA时，测试通过；

固定机构还包括移动轮组和推动组，

移动轮组的数量为四个，分别设置在固定板的四个角上；

移动轮组包括移动轮、连接杆、转轴、扭簧、第一插销和第一电磁铁；

连接杆一端与移动轮转动连接，连接杆另一端通过转轴转动连接在固定板上，转轴穿过扭簧，转轴上开有第一插销孔，固定板设置有限位环；初始状态时，第一插销穿过限位环插入第一插销孔内以限制转轴转动，连接杆水平设置，移动轮不与地面接触；第一电磁铁固定在第一插销正投影下的地面内，第一插销为铁质，第一电磁铁用于在通电时吸附第一插销，使第一插销脱离第一插销孔，扭簧用于第一插销脱离后带动连接杆向竖直方向转动，使移动轮与地面接触；

推动组的数量为两个，分别设置在固定板正对的两侧；

推动组包括高压气瓶、喷射管、塞子、第二插销和第二电磁铁，高压气瓶水平固定在固定板的侧面，喷射管水平设置，喷射管与高压气瓶的出气管连接，高压气瓶内存储有惰性气体，喷射管竖直开有第二插销孔，第二插销插入第二插销孔内，塞子位于喷射管内，第二插销用于限制塞子的位移，塞子用于堵塞喷射管，防止高压气瓶内的气体喷出，第二电磁铁固定在第二插销正投影下的地面内，第二插销为铁质，第二电磁铁用于在通电时吸附第二插销，使第二插销脱落第二插销孔；

采集模块还用于采集电池包的温度，控制模块还用于判断温度是否超过温度警戒值，如果超过，控制模块还用于向驱动模块发送复位指令以及吸附指令，驱动模块用于接收吸附指令并控制第一电磁铁和第二电磁铁通电。

2.根据权利要求1所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所述测试样品准备步骤中，还判断电池包是否有薄弱位置，如果电池包有薄弱位置，则选取电池包的薄弱位置作为顶部挤压测试点并标示出来。

3.根据权利要求2所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所述测试样品准备步骤中，还判断电池包是否带有液冷系统，如果带有，在电池包内灌满冷却液并封堵。

4.根据权利要求3所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所述顶部挤压测试步骤中，测试信息包括：挤压速度、挤压力、挤压位移和保持时间。

5.根据权利要求4所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所述顶部挤压测试步骤中，还判断测试是否失效，若测试失效则停止试验，若测试没有失效则重复本步骤完成其他顶部挤压测试点的挤压测试。

6.根据权利要求1所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所述测试平台搭建步骤中，挤压头采用方形挤压头。

7.根据权利要求1所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所述电池包预处理步骤中，还调整环境温度，使测试前环境温度为18-28度。

8.根据权利要求4所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：所示挤压速度≤100mm/s，挤压力≤100kN。

9.根据权利要求4所述的电池包顶部挤压测试方法，其特征在于：挤压位移0～1000mm。

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