CN112304272B - 用于测量电池模组的平面度和高度的测量设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量电池模组(10)的平面度和高度的测量设备(20)和方法。所述测量设备(20)包括：测量台(21)；布置在测量台(21)上的限位块(22)，用于在进行测量时限定电池模组(10)的位置，其中，在限位块(22)处设置有第一传感器(26)，所述第一传感器(26)用于测量电池模组(10)的压力板(11)的压力板脚部(13)从电池模组(10)的底表面(15)突出的高度，并且在测量台(21)的中间基板(28)处还设置有用于测量电池模组(10)的底表面(15)的平面度的多个第二传感器(27)。

Description

用于测量电池模组的平面度和高度的测量设备和方法

技术领域

本发明涉及用于测量电池模组的平面度和高度的测量设备和方法。特别地，本发明涉及用于测量高压电池模组的底表面的平面度和压力板的脚部距电池模组的底表面的高度的测量设备和方法。

背景技术

迄今为止，电池模组被广泛地使用。例如，G38高压电池模组为BMW 5系插电式混合动力汽车供电。该电池模组包括由压力板和张力板焊接而成的框架，在框架中固定胶合在一起的多个电池单元，所述多个电池单元的底部彼此对齐以形成电池模组的底表面。电池模组的底表面涂敷有绝缘涂料。压力板包括从电池模组的底表面突出的压力板脚部。通常，在汽车中组合多个(例如两个)电池模组。每两个电池模组的压力板角部对接在一起，从而在这两个电池模组的底表面之间形成一定的空间。在该空间中放置呈薄片形式的冷却部件。如果电池模组的底表面不平或者压力板的脚部距电池模组的底表面的高度不达标，则不仅会影响冷却部件的放置和冷却效果，而且还会影响电池模组的绝缘性。因此，对电池模组的底表面的平面度和压力板的脚部距该底表面的高度的要求非常高。

在组装完电池模组之后，需要检查电池模组的底表面的平面度和压力板的脚部距电池模组的底表面的高度是否符合设计要求。目前，通过三坐标测量机(CMM)测量所述平面度和高度。由于在电池模组中设置有多个电池单元，因此需要用三坐标测量机在选定的被测点处多次逐点地检测各个电池单元的底表面的平面度和压力板的脚部距底表面的高度。例如，在电池模组中设置12个电池单元且对每个电池单元选取三个点进行测量的情况下，需要进行36次测量才能检测电池模组的底表面的平面度。

采用传统的三坐标测量机多次逐点对电池单元和压力板脚部进行测量的效率很低，不能满足生产周期的要求。而且检测时间长，高达半小时。另一方面，电池模组通常较重(例如可能重达40多斤)，在高达半小时的检测时间内电池模组的中部处的电池单元因自身重力下沉而发生变形，进而增大了产品的故障率。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种能够快速、准确且可靠地测量电池模组的底表面的平面度和压力板的脚部距电池模组的底表面的高度的测量设备和方法，由此提高电池模组的生产效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量电池模组的平面度和高度的测量设备，其特征在于，所述测量设备包括：测量台；布置在测量台上的限位块，用于在进行测量时限定电池模组的位置，其中，在限位块处设置有第一传感器，所述第一传感器用于测量电池模组的压力板的压力板脚部从电池模组的底表面突出的高度，并且在测量台的中间基板处还设置有用于测量电池模组的底表面的平面度的多个第二传感器。

在一个优选方面中，在测量台的四个角部处总共布置四个限位块，沿测量台的一个斜对角方向布置的两个限位块设置有凸形销，而沿测量台的另一斜对角方向布置的两个限位块设置有平头销，凸形销插入电池模组的压力板脚部处的对应孔中，以限定电池模组在X方向和Y方向上的位置并防止电池模组在测量时来回晃动。

在一个优选方面中，在凸形销和平头销的下方设置有弹簧，用于在电池模组放到测量设备上时使凸形销和平头销始终与电池模组的压力板脚部接触。

在一个优选方面中，第一传感器与第二传感器相同。

在一个优选方面中，电池模组设置有多个电池单元，关于每个电池单元的多个第二传感器按曲线形式或直线形式布置。

在一个优选方面中，测量设备被编程为通过采用最小二乘法处理由所述多个第二传感器测得的数据而评定电池模组的底表面的平面度。

在一个优选方面中，电池模组的平面度和高度是否合格以及哪块电池单元或哪个压力板脚部不合格的测量结果直观地显示在显示器上。

在一个优选方面中，在进行首次测量之前或者在各个传感器的测量结果明显不对的情况下采用标准式样校准测量设备。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量电池模组的平面度和高度的测量方法，其特征在于，所述测量方法使用上述测量设备通过执行一次测量来同时测量电池模组的压力板的压力板脚部从电池模组的底表面突出的高度以及测量电池模组的底表面的平面度。

与传统的多次逐点进行检测的三坐标测量机及其方法不同的是，采用本发明的测量设备和对应的测量方法，能够同时在多个固定点处进行测量，因而仅通过一次测量在极短的时间内(例如十秒内)便可获得测量结果。而且测量结果直观地显示在显示器上，工作人员可以直接判断电池模组是否合格或电池模组的哪个电池单元不合格。

采用本发明的测量设备和对应的测量方法还可以提高生产效率，降低电池模组的故障率。

而且，本发明的测量设备和对应的测量方法操作简单、检测精度高且可靠性好。

附图说明

现在将参考附图在下文中具体描述本发明，其中贯穿各附图相同的附图标记表示相同或相似的组件。要理解的是，附图不一定按比例绘制，并且附图只用于说明本公开的示例性实施例，不应该认为是对本公开范围的限制。其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的电池模组10的示意性立体图；

图2示出了该电池模组10的示意性侧视图；

图3示出了图2中的A部放大图；

图4示出了根据本公开的一个实施例的用于测量电池模组10的平面度和高度的测量设备20的示意性俯视图；

图5示出了该测量设备20的沿着图4中的线I-I截取的示意性剖视图；

图6示出了根据本公开的一个实施例的采用标准试样30校准测量设备20的示意性说明图；

图7示出了标准试样30的示意性立体图；和

图8示出了根据本公开的一个实施例的用于测量电池模组的平面度和高度的测量方法的示意性说明图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。但要理解的是，对各种实施例的描述仅仅是说明性的，而不作为对本公开的技术的任何限制。

本文中所用的术语“平面度”指的是由电池模组中的多个电池单元的底部形成底表面的平面度。

本文中所用的术语“高度”指的是电池模组的压力板的压力板脚部从电池模组的底表面突出的高度。

现在参考图1-3描述电池模组10，图1示出了根据本公开的一个实施例的电池模组10的示意性立体图，图2示出了该电池模组10的示意性侧视图，图3示出了图2中的A部放大图。通常，电池模组10可以包括由两个压力板11和两个张力板12形成(例如通过焊接)的框架。在所述框架中固定多个电池单元14，所述多个电池单元14的底部彼此对齐以形成电池模组的底表面15，如图2所示。电池单元14的数量不受特别的限制，而是可以根据实际需要适当的设定。根据本发明的一个实施例，在框架中固定胶合在一起的12个电池单元14。

每块压力板11包括两个压力板脚部13，压力板脚部13具有底表面16(如图3中所示)。每个压力板脚部13还设置有定位孔17，用于在测量电池模组的平面度和高度时限定电池模组的位置，如后文将更加详细地描述的。根据实际需要，由多个电池单元14的底部形成的底表面15应当满足一定的平面度要求，并且压力板脚部13的底表面16距电池单元14的底表面15的高度也应当满足一定的高度要求。例如，根据一个实施例，所要求的平面度为0.3mm，高度为1.66±0.3mm。

接下来，参考图4-5描述测量设备20，图4示出了根据本公开的一个实施例的用于测量电池模组10的平面度和高度的测量设备20的示意性俯视图，图5示出了该测量设备20的沿着图4中的线I-I截取的示意性剖视图。测量设备20包括位于测量设备的顶部处的测量台21。在测量台21的角部处布置限位块22，用于在进行测量时限定电池模组10的位置。例如，在测量台21的四个角部处总共布置4个限位块22。限位块21例如呈L形。在进行测量时，电池模组10匹配在由四个限位块形成的虚拟矩形中。

每个限位块22可以设置凸形销23或平头销24中的任一者。例如，在图4的视图中观察，位于右上-左下斜对角方向的两个限位块22设置凸形销23，而位于左上-右下斜对角方向的两个限位块22设置平头销24。在电池模组10放到测量设备20上进行测量时，测量设备20的位于斜对角位置的两个凸形销23插入电池模组10的压力板脚部13处的对应孔17中，而电池模组10的另两个压力板脚部13搭在对应的平头销24上。此时，平头销24的顶部与后文描述的中间基板28之间的高度差可以预先设定为电池模组10的压力板11的压力板脚部13从电池模组10的底表面15突出的预定高度(例如1.66mm)。设计成插入到压力板脚部13处的孔17内的凸形销23用作定位销，其限定电池模组10在X方向(图4中的水平方向)和Y方向(图4中的上下方向)上的位置，防止电池模组10在进行测量时来回晃动。

如图5中所示，在凸形销23和平头销24的下方设置有弹簧25(例如压缩弹簧)。例如，根据本发明的一个实施例，凸形销23和平头销24的销杆部可以插入弹簧25的中空部分中。弹簧25用于在电池模组10放到测量设备20上时使凸形销23和平头销24始终与压力板脚部13不存在间隙地接触。即，弹簧25允许电池模组10的位置具有一定的浮动量，帮助找正压力板脚部13的平面，并且还防止电池模组10因不平而在测量时晃动。

此外，在凸形销23和平头销24的下方还设置第一传感器26(如图5中所示)，用于在电池模组10放到测量设备20上时测量四个压力板脚部13的位置，同时还监测压力板脚部13是否与凸形销23或平头销24良好地接触。第一传感器26的类型不受特定的限定，只要能够满足所需的测量精度(例如0.001mm)即可。可以使用接触式传感器，例如位移传感器、压力传感器等；也可以使用非接触式传感器，例如激光传感器等。根据本发明的一个实施例，使用接触式传感器作为第一传感器26。

压力板脚部13所在的平面以如下方式通过三角形确定：选取任两个相邻压力板脚部13的由第一传感器26测得的位置坐标值作为该三角形的第一顶点和第二顶点，选取另两个相邻压力板脚部13的由第一传感器26测得的位置坐标值的平均值作为该三角形的第三顶点，以及将通过连接这三个顶点形成的三角形所在的平面作为电池模组10的压力板脚部13所在的平面。

在测量台21的中间基板28上还设置有用于测量电池模组10的底表面15的平面度的多个第二传感器27，所述中间基板28是平面状的。中间基板28还可以用于保护第二传感器27。第二传感器27的数量可以根据电池模组10中的电池单元14的数量而适当地设定，例如针对每个电池单元14设置2个、3个、4个或更多个第二传感器27。第二传感器27的数量越多，则测量的精度越大，但是测量设备20的成本和复杂程度也越大。考虑到这两者的平衡，例如可以针对每个电池单元14设置3个第二传感器27。针对每个电池单元14的第二传感器27可以按照适当的样式布置。例如，针对每个电池单元14的第二传感器27可以沿着电池单元14的纵向方向按直线布置；针对每个电池单元14的第二传感器27也可以按曲线布置，由此使得对电池模组的底表面15的平面度的测量精度更大。在电池单元14的宽度较窄的情况下，优选的是针对每个电池单元14的第二传感器27按直线布置。

第二传感器27的类型也不受特定的限定，只要能够满足所需的测量精度(例如0.001mm)即可。可以使用接触式传感器，例如位移传感器、压力传感器等；也可以使用非接触式传感器，例如激光传感器等。在本发明的实施例中，使用接触式传感器作为第二传感器27。在这种情况下，第二传感器27略微从中间基板28突出，以使得各个第二传感器27始终与对应的电池单元14的底表面15接触。方便的是，第二传感器27与第一传感器26相同。但是第二传感器27也可以与第一传感器26不同。

电池模组10的电池单元14的底表面15的平面度(有时也被称为平面度误差)通过采用最小二乘法处理由所述多个第二传感器27测得的数据来进行评定。具体地说，以电池单元14的底表面15的最小二乘平面作为评定基准面，所谓的最小二乘平面是使电池模组10的底表面15上的由第二传感器27测量的各点与该平面的距离的平方和最小的平面。另一方面，对于每个电池单元14，将被测点所在且平行于该最小二乘平面且具有最小距离的两个包容平面之间的距离作为该电池单元14的平面度。采用最小二乘法对第二传感器27测得的数据进行拟合的算法事先已经编程在测量设备20中。此外，也可以采用三远点法、对角线法或最小区域法等方法对电池模组10的电池单元14的底表面15的平面度进行评定。

下面将参考图6-8描述根据本公开的一个实施例的用于测量电池模组的平面度和高度的测量方法。

首先，在进行首次测量之前，采用标准试样30校准测量设备20，使得第一传感器26和第二传感器27的读数自动归零。标准试样30可以看作是理想的电池模组10，标准试样30的对应底表面的平面度为0，并且标准试样30的对应压力板脚部从底表面突出的高度等于电池模组10的压力板11的压力板脚部13应当从电池模组10的底表面15突出的预定高度(例如1.66mm)。此外，如前所述，平头销24的顶部与后文描述的中间基板28之间的高度差被预先设定为所述预定高度(例如1.66mm)，因此在采用标准试样30校准测量设备20后，第一传感器26和第二传感器27的读数应当为零。根据本发明的一个实施例，标准试样30是由合金钢制成的，其表面进行渗氮处理，使得标准试样30具有一定的硬度，从而可以重复多次使用标准试样30。根据本发明的一个实施例，测量设备20在采用标准试样30进行一次校准后可以执行40-50次测量，然后再进行下一次校准。在测量的过程中，如果工作人员发现各个传感器的测量结果明显不对，也需要采用标准试样30再次校准测量设备20。

接下来，如图8所示，在已经校准好测量设备20之后或者在不需要校准测量设备20的情况下，将要被测量的电池模组10放到测量设备20上，使得测量设备20的位于斜对角位置的两个凸形销23插入电池模组10的压力板脚部13处的对应孔17中，电池模组10的另两个压力板脚部13搭在对应的平头销24上，同时电池单元14的底表面15搭在中间基板28上。电池模组10可以被工作人员手动地搬到测量设备20上。测量设备20也可以集成有自动搬运装置(例如机械臂)，以便自动地搬运电池模组10。

测量结果在极短的时间内(例如10秒以内)便显示在显示器上。工作人员可以非常直观地看出电池模组10是否合格，例如第一传感器26和第二传感器27的度数均为零或在预定误差范围内则表示电池模组10的底表面15的平面度以及压力板脚部13距底表面15的高度满足预定要求。在电池模组10不合格的情况下，工作人员还可以查看具体是哪块电池单元14或哪个压力板脚部13不满足要求以及误差为多大，以便更精准且更快速地返修该不合格的电池模组10。

在本发明的测量设备20中，由于同时集成有用于测量压力板脚部13的突出高度的多个第一传感器26和用于测量电池单元14的底表面15的平面度的多个第二传感器27，因此能够通过同时在多个固定点处进行测量就一次完成对电池模组10的平面度和高度的测量。

上文已经参照附图描述了本公开的一些实施例，但是上述说明仅是示例性的，而非穷尽性的。对于本领域的普通技术人员来说许多修改也是可行的。应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种用于测量电池模组(10)的平面度和高度的测量设备(20)，其特征在于，所述测量设备(20)包括：

测量台(21)；

布置在测量台(21)上的限位块(22)，用于在进行测量时限定电池模组(10)的位置，

其中，在限位块(22)处设置有第一传感器(26)，所述第一传感器(26)用于测量电池模组(10)的压力板(11)的压力板脚部(13)从电池模组(10)的底表面(15)突出的高度，在测量时电池模组(10)将被放在所述第一传感器的上方，并且

其中，在测量台(21)的中间基板(28)处还设置有用于测量电池模组(10)的底表面(15)的平面度的多个第二传感器(27)，测量设备(20)被编程为通过采用最小二乘法处理由所述多个第二传感器(27)测得的数据来评定电池模组(10)的底表面(15)的平面度，

由此，通过执行一次测量来同时实现对电池模组(10)的压力板(11)的压力板脚部(13)从电池模组(10)的底表面(15)突出的高度和电池模组(10)的底表面(15)的平面度的测量。

2.根据权利要求1所述的测量设备(20)，其中，在测量台(21)的四个角部处总共布置四个限位块(22)，沿测量台(21)的一个斜对角方向布置的两个限位块(22)设置有凸形销(23)，而沿测量台(21)的另一斜对角方向布置的两个限位块(22)设置有平头销(24)，凸形销(23)插入电池模组(10)的压力板脚部(13)处的对应孔(17)中。

3.根据权利要求2所述的测量设备(20)，其中，在凸形销(23)和平头销(24)的下方设置有弹簧(25)，用于在电池模组(10)放到测量设备(20)上时使凸形销(23)和平头销(24)始终与电池模组(10)的压力板脚部(13)接触。

4.根据权利要求1所述的测量设备(20)，其中，第一传感器(26)与第二传感器(27)相同。

5.根据权利要求1所述的测量设备(20)，其中，电池模组(10)设置有多个电池单元(14)，关于每个电池单元(14)的多个第二传感器(27)按曲线形式或直线形式布置。

6.根据权利要求1所述的测量设备(20)，其中，电池模组(10)的平面度和高度是否合格以及哪块电池单元(14)或哪个压力板脚部(13)不合格的测量结果直观地显示在显示器上。

7.根据权利要求1所述的测量设备(20)，其中，在进行首次测量之前或者在各个传感器的测量结果明显不对的情况下采用标准式样(30)校准测量设备(20)。

8.一种用于测量电池模组(10)的平面度和高度的测量方法，其特征在于，所述测量方法使用根据权利要求1-7中的任一项所述的测量设备(20)来同时测量电池模组(10)的压力板(11)的压力板脚部(13)从电池模组(10)的底表面(15)突出的高度以及测量电池模组(10)的底表面(15)的平面度。

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