CN112014052B - 一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法，包括两个方面，一是整车检验，分为动力电池快速更换操作、车辆行驶和车辆防水三个部分，用于检验快速更换动力电池电动汽车在安全方面的基本符合性。二是部件检验，模拟换电接口和换电机构等部件在电动汽车上的真实安装环境，利用测试室的测试设备，模拟车辆行驶给部件带来的负荷影响，直接用于检验换电接口和换电机构的安全性。

Description

一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法

技术领域

本发明属于充换电安全测试领域，尤其是涉及一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法。

背景技术

电动汽车是使用动力电池作为能量源，为电动机提供电能从而驱动行驶的。电动汽车能源补给的普遍方式就是为车辆中的动力电池充电，或者为车辆更换已充满电量的动力电池。对于后者，为提升实用化水平，常采用专用设计可进行快速拆卸和安装车辆动力电池的方式，即快速更换动力电池，可简称换电。

根据电动汽车车型大小和运行的差异，存在不同的快速更换动力电池的方式，如针对带车架的电动公交车采用侧面横向更换动力电池，承载式车身的小型车辆采用底盘垂向更换动力电池。快速更换动力电池的专用机械装置使用也有不同，可分为机械自动式、人工辅助式、半人工半机械式等不同方式。

无论使用何种快速更换动力电池的方式，对于可快速更换动力电池的电动汽车，都需要在传统的电动汽车设计制造上进行调整和改造，以适应动力电池可快速更换的需求。同时，也要考虑因采用快速更换动力电池方式，而带来的新的问题，尤其是安全性问题。快速更换动力电池电动汽车的安全问题主要包括以下方面：

a)快速更换动力电池操作产生的机械冲击，导致换电接口和换电机构损坏，产生车辆事故隐患，以及导致密封损坏漏水漏液，引发绝缘故障和电气事故。

b)快速更换动力电池电动汽车道路行驶带来的振动，导致换电接口和换电机构损坏，产生车辆事故隐患，以及导致密封损坏漏水漏液，引发绝缘故障和电气事故。

c)快速更换动力电池电动汽车的涉水和清洗，导致换电接口进水和绝缘故障，引发电气事故。

d)快速更换动力电池换电接口因冲击和振动，导致电气连接接触不良，导致车辆故障，危及行车安全，或导致电气连接磨损、接触电阻增加、高温引发火灾。

e)快速更换动力电池换电机构因冲击和振动，导致变形、裂纹、松动、脱落等损坏，产生车辆事故隐患。

当前，企业开发快速更换动力电池电动汽车产品时，缺少针对换电安全性的专门检验方法。现有的产品检验方式，能提供的支撑较为有限。比如，整车企业一般委托换电接口和换电机构供应商对其进行测试检验，包括材料性能、尺寸精度、受力分析、强度测试等零部件的性能检验，这些检验聚焦的内容较为微观，没有站在整车应用角度，检验结论无法直接使用。整车企业也会通过试装车辆长期的道路行驶测试以及整车级的换电操作测试，但整车换电操作测试仅能考察换电次数或寿命，道路行驶主要考察整车各系统的匹配性、加工制造的可靠性和整车寿命，缺少对安全性的针对性测试，且行驶和换电两个测试相对独立，无法代表换电车辆的实际使用场景。

上述检验方式虽然也能解决一定的问题，但并非是对上述安全风险进行的正向检验，只是侧面求证设计制造的合理性，而无法真实评价安全性。另外，由于上述的零部件测试与整车安全的相关性不存在必然联系，部件检验对整车安全性的贡献不大，而长期的整车测试又使得成本高企、效率低下。

发明内容

本发明针对背景技术中的相关问题，提供一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法，即根据安全失效模式和失效机理分析，通过对优化的、代表典型使用场景的整车测试和有针对性的、能直接反映安全性的部件测试进行的组合，来专门检验电动汽车在快速更换动力电池方面的安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法，包括整车检验；

所述整车检验包括a)动力电池快速更换操作、b)车辆行驶测试、c)车辆防水测试；

其中，a)和b)交叉循环进行，满足a)和b)测试结束条件后，进行c)测试；

a)动力电池快速更换操作；

b)车辆行驶测试：取可进行测试的道路，累计行驶里程；

c)车辆防水测试。

进一步，a)、b)和c)测试结束后，分别进行安全性的失效或故障检查。

进一步，还包括部件检验；所述部件检验包括a)机械负荷测试、b)安全性复检；

a)机械负荷测试具体步骤如下：

①对测试样品的换电接口和换电机构进行初检，避免产品存在问题从而影响测试结果；

②按照动力电池包与车辆的实际安装状态，通过换电机构将动力电池包安装在工装夹具上；

③将固定在车辆上的换电接口部分安装在工装夹具上，然后与动力电池包的换电接口部分连接；

④将动力电池包低压辅助电路与低压直流电源相连，通信电路与测试上位机相连，动力电池包高压电路与电气连续性测试仪器相连；

⑤设置上位机，使动力电池包高压电路导通，开始振动、冲击和模拟碰撞测试；

⑥测试过程中，监测动力电池包高压电路电气连续性；

⑦测试结束后，对换电接口和换电机构进行复检，检查测试产生的损坏、失效或故障；

b)安全性复检

①机械负荷测试后，在机械负荷测试对象上开展换电接口的耐电压和绝缘电阻测试；

②进行密封性测试；

③将换电接口从动力电池包上拆除，通过工装夹具，模拟实际安装状态，重新连接换电接口，进行温升测试。

本发明的有益效果：本发明提出的一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法，包括两条检验路径，一是整车检验，分为动力电池快速更换操作、车辆行驶和车辆防水三个部分，用于检验快速更换动力电池电动汽车在安全方面的基本符合性。二是部件检验，模拟换电接口和换电机构等部件在电动汽车上的真实安装环境，利用测试室的测试设备，模拟车辆行驶给部件带来的负荷影响，直接用于检验换电接口和换电机构的安全性。该两条路径都能体现整车安全性，整车检验体现基本安全性，部件检验进一步反映整车安全性，二者相互依存、互为补充。

本发明提出的检验方法，根据安全失效分析、直面安全需求、映射相应的检验方法、使用具有较高可操作性的检验手段、分流检验途径、各有侧重地测测试证、方便地进行安全性评价；检验方法简单，测试周期及测试成本可控，能真实地反映换电操作、车辆行驶及涉水等多种运行场景。

附图说明

图1为本发明安全性检验方法流程图；

图2为动力电池包、白车身、工装夹具配合测试的结构示意图；

图3为动力电池包、支撑板、工装夹具配合测试的结构示意图；

图4为动力电池包在做机械负荷测试时与电气连续性测试仪器的连接示意图；

图5为换电接口做温升测试时的电气连接示意图。

图中：1、动力电池包，2、换电接口，3、工装夹具，4、白车身，5、上位机，6、低压直流电源，7、电气连续性测试仪器，8、试验台，9、升温测试设备，10、导线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明融合整车检验和部件检验两条检验路径用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性。

1、整车检验

整车检验的a)、b)和c)三个部分是相互联系的，其中，a)和b)交叉循环进行，满足a)和b)测试结束条件后，进行c)测试。a)、b)和c)测试结束后，分别进行安全性的失效或故障检查。

a)动力电池快速更换操作测试：换电操作用于检验电动汽车是否具有快速更换动力电池的基本要求，总的换电操作次数为N，目前汽车厂家通用的换电次数N参考表如表1所示。可以看出，不同的情况，对换电次数的影响较大。

表1

b)车辆行驶测试：进行a)中的动力电池至少一次快速更换操作后，该车辆行驶测试与国标GB/T 28382-2012《纯电动乘用车技术条件》标准的4.9.1条，以及GB/T 34585-2017《纯电动货车技术条件》标准的4.7.1条中的车辆行驶测试方法相同，即车辆可在测试场专用道路上行驶15000km，其中，强化坏路2000km，平坦公路6000km，高速路2000km，工况行驶5000km。

电动汽车进行“b)车辆行驶”后一段里程后，可按照电动汽车企业的换电操作要求，使用专用换电设施设备，进行a)动力电池快速更换操作。每个换电周期内，可连续进行多次操作。

该整车检验的可选方案见表2。

表2

作为交通工具，车辆行驶是车辆最主要的工作状态，因而，车辆行驶能够对车辆进行广泛的、均衡的测试。本专利提出的测试，可聚焦到快速更换动力电池电动汽车的安全性的检验，不去关注其他方面，但也可以与其他方面的测试结合进行。

a)b)测试后的安全性检查包括：换电接口的连接失效、漏气漏液、绝缘失效、密封失效等故障；换电机构的变形、裂纹、松动、脱落等损坏；动力电池包的变形、裂纹、脱落等故障。

c)车辆防水测试：在动力电池快速更换操作和车辆行驶测试结束后，车辆的车载换电系统承受了一定程度的使用老化，换电接口可能会出现变形、脱落等损伤，若有水进入，可导致触电、短路或起火，因此，需要检验换电车辆经过换电和行驶负载后，车载换电系统的密封性，即车辆进行涉水和清洗测试。

测试方法可采用电动汽车通用的防水测试，即通过一定高度的积水路面，模拟车辆涉水。使用水喷头以一定流速、按一定角度向车辆喷水，模拟车辆的清洗。涉水和清洗操作后，观察车辆是否发生冒烟起火事故，启动车辆，观察车辆是否出现绝缘故障告警信号，或测量动力电池母线端子与车架的绝缘电阻，检查车辆是否出现绝缘失效。

a)b)c)测试后的安全性检查包括：电动汽车动力电池的快速更换故障；换电接口的连接失效、漏气漏液、绝缘失效、密封失效等故障；换电机构的变形、裂纹、松动、脱落等损坏；动力电池包的变形、裂纹、脱落等故障。

2、部件检验

本发明的核心思路在于通过部件检验，降低整车检验周期和成本，这里的整车检验，是指整车行驶测试。动力电池存在两种整车使用条件，一是动力电池要承受换电操作，反复的换上去换下来，这部分的安全性检验已经在动力电池快速更换操作中得到体现。另一个主要工作条件是车辆行驶，长时间承受路面、车辆和其他方面带来的冲击负荷，产生影响整车安全性的多个隐患，此处的部件检验针对第二种情况。

部件检验包括两个阶段，一是快速更换动力电池系统的机械负荷测试，包括振动、冲击和模拟碰撞，通过强化测试，测试动力电池在车辆上工作时全生命周期内所承受到的机械负荷。二是机械负荷测试后的安全性复检。

a)机械负荷测试：使用测试工装夹具，模拟动力电池在车辆上实际安装方式，模拟换电接口和换电机构的真实受力条件，即要实现测试台产生的机械负荷可通过换电接口传递到动力电池上，选择适当的测试设备，进行振动、冲击和模拟碰撞测试。

测试用工装夹具要能真实体现动力电池在车辆上的安装位置与姿态，并确保换电接口和换电机构的受力与实际车辆上的一致。可使用切割后的部分白车身/车体安装固定动力电池，如图2所示，也可以使用专门制作的工装夹具，如图3所示。

如图2所示，动力电池包放置于白车身上，该白车身通过工装夹具(角钢及螺栓)固定于试验台上，之后即可进行振动、冲击和模拟碰撞测试；该测试因涉及白车身，造价较高，但是可模拟动力电池包在车上的实际安装情况，实验结果也较接近于实际使用情况。

如图3所示，动力电池包放置于支撑板上，支撑板固定于工装夹具(该工装夹具包括用以支撑支撑板侧面的槽钢、及用以支撑换电接口的角钢，该槽钢及角钢均是通过螺栓与支撑板及试验台固定连接)上，工装夹具固定于试验台上，之后即可进行振动、冲击和模拟碰撞测试；该测试工装夹具结构简单、安装方便，测试成本低，但是并没有模拟动力电池包在车上的实际安装情况，因此，其实验结果较图2的情况略偏离实际使用情况。

该换电接口可以与上位机、低压直流电源及电气连续性测试仪器连接，即在做机械负荷测试的同时进行电气连续性测试。

机械负荷测试具体步骤如下：

①对测试样品的换电接口和换电机构进行初检，避免产品存在问题从而影响测试结果；

②按照动力电池包与车辆的实际安装状态，通过换电机构将动力电池包安装在工装夹具上；

③将固定在车辆上的换电接口部分安装在工装夹具上，然后与动力电池包的换电接口部分连接；

④将动力电池包低压辅助电路与低压直流电源相连，通信电路与测试上位机相连，动力电池包高压电路与电气连续性测试仪器相连；

⑤设置上位机，使动力电池包高压电路导通，开始振动、冲击和模拟碰撞测试；

⑥测试过程中，监测动力电池包高压电路电气连续性；

⑦测试结束后，对换电接口和换电机构进行复检，检查测试产生的损坏、失效或故障。

机械负荷测试后的检查包括：换电电气接口的电气连接连续性故障；换电机构的变形、裂纹、松动、脱落等损坏；动力电池包的变形、裂纹、脱落等故障。

b)安全性复检：机械负荷测试中，测试负荷可对换电接口产生损伤，如结构损伤导致的耐电压性能下降，端子磨损引发工作中温度超出极限，密封失效产生的进水进而导致绝缘性能降低等，因此，有必要对机械负荷测试后的换电接口进行安全性复检。复检项目包括高耐电压、绝缘电阻、密封性和温升测试。

安全性测试程序如下：

①机械负荷测试后，在机械负荷测试对象上开展换电接口的耐电压和绝缘电阻测试；

②进行密封性测试；

③将换电接口从动力电池包上拆除，通过工装夹具，模拟实际安装状态，重新连接换电接口，进行温升测试，如图5所示。

如图5所示，将分布在动力蓄电池仓上的换电接口与动力电池包上的换电接口连接，该两个换电接口均通过角钢与试验台固定连接，测试电压为、测试电流为，通过升温测试仪获知升温数据，以间接得出在机械负荷测试后对换电结构是否有损伤。

本发明涉及的各步骤的参考标准及参考指标如表3所示：

表3

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法，其特征在于，包括整车检验；

所述整车检验包括a）动力电池快速更换操作、b）车辆行驶测试、c）车辆防水测试；

其中，a）和b）交叉循环进行，满足a）和b）测试结束条件后，进行c）测试；

a）动力电池快速更换操作；

b）车辆行驶测试：取可进行测试的道路，累计行驶里程；

c）车辆防水测试，

还包括部件检验；所述部件检验包括a）机械负荷测试、b）安全性复检；

a）机械负荷测试具体步骤如下：

①对测试样品的换电接口和换电机构进行初检，避免产品存在问题从而影响测试结果；

②按照动力电池包与车辆的实际安装状态，通过换电机构将动力电池包安装在工装夹具上；

③将固定在车辆上的换电接口部分安装在工装夹具上，然后与动力电池包的换电接口部分连接；

④将动力电池包低压辅助电路与低压直流电源相连，通信电路与测试上位机相连，动力电池包高压电路与电气连续性测试仪器相连；

⑤设置上位机，使动力电池包高压电路导通，开始振动、冲击和模拟碰撞测试；

⑥测试过程中，监测动力电池包高压电路电气连续性；

⑦测试结束后，对换电接口和换电机构进行复检，检查测试产生的损坏、失效或故障；

b）安全性复检

①机械负荷测试后，在机械负荷测试对象上开展换电接口的耐电压和绝缘电阻测试；

②进行密封性测试；

③将换电接口从动力电池包上拆除，通过工装夹具，模拟实际安装状态，重新连接换电接口，进行温升测试。

2.根据权利要求1所述的一种用于检验快速更换动力电池电动汽车安全性的方法，其特征在于，a）、b）和c）测试结束后，分别进行安全性的失效或故障检查。

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