CN112730107B - 一种动力电池包冲击测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动力电池包冲击测试系统及方法，所述测试系统包括台架、升降系统、吊篮配重系统、冲击头装置、测力平台、安全保护装置、数据采集系统、快速撤离装置和操作平台，通过所述升降系统将所述吊篮配重系统提升至预设高度，所述冲击头装置可根据冲击试验需求适配安装不同尺寸、不同形状的冲击头，对待测的动力电池包进行冲击测试。本发明首次将二次保护的安全保险杠应用于动力电池包试验领域，并增加了快速撤离装置，保证了试验过程的安全性。

Description

一种动力电池包冲击测试系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车零部件试验领域，具体涉及动力电池包冲击测试系统及方法。

背景技术

随着新能源汽车市场蓬勃发展，全球电动汽车的保有量不断增加，但近年来电动汽车起火燃烧的事故也在不断增加，其根本原因在于动力电池的故障。因此，在大规模发展电动汽车的过程中，动力电池包的安全性显得尤为重要。为保证动力电池包在长期使用过程中的稳定性，国家出台了一系列诸如QC/T 743-2006，GB/T 31467.3-2015等标准、法规，对出厂前的电池性能进行测试。但是，通过国标测试的车辆仍不时有起火燃烧的事故发生，尤其是电动汽车发生碰撞以后起火概率大大增加。因此，需要通过更严苛、更多样化的试验对电池包的安全性进行前期的验证。另外，通过人工进行电池包的机械碰撞安全测试具有很大的危险性。因此我们需要设计一个动力电池包冲击试验系统，以满足不同冲击速度、不同冲击形状的试验要求，并能保证试验人员的安全。

有鉴于此，特提出本发明发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力电池包冲击测试系统及方法，能够以可预制的速度、质量和形状对动力电池包进行冲击，实现多条件的测试，更好地模拟动力电池包在真实的运输和使用过程所经受的机械冲击，同时可保证测试人员的安全性。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种动力电池包冲击测试系统，包括台架、升降系统、吊篮配重系统、冲击头装置、测力平台、操作平台、数据采集系统和快速撤离装置；

所述台架包括底架和与所述底架连接的四根支架，所述底架为钢结构以满足不同尺寸电池包的测试需求，且保证受到冲击后不会发生变形，并固定安装在试验场地内，保证设备的稳定性；所述支架同样为钢结构，其内部包含两条轨道，以满足冲击系统的低阻值上升或下降；

所述升降系统与所述支架连接，所述升降系统包括电机驱动装置，在冲击试验中，所述升降系统沿着支架轨道将冲击装置拉升到预设高度以满足不同的冲击速度的要求；所述升降系统通过液压控制的机械夹钩或者电磁吸附的方式与所述吊篮配重系统连接；所述升降系统通过齿条结构或滑轮结构与所述支架内的轨道配合使用。

所述吊篮配重系统包括用于放置配重块的箱体，所述吊篮配重系统通过电磁吸附或机械挂钩的方式所述升降系统进行连接；

所述冲击头装置固定安装于所述吊篮配重系统的下方，所述冲击头装置通过安装板适配安装不同形状和尺寸的冲击头；

所述测力平台上部设置一钢板，所述钢板上设有多个通孔，所述钢板轴线与所述冲击头的轴线垂直，所述动力电池包通过锁止装置固定在所述钢板中心位置处，在所述钢板下部正中央处贴附压力传感器，所述压力传感器用于采集动力电池包受到冲击时的压力数据；

所述操作平台，与所述升降系统和数据采集系统电气连接，用于控制所述升降系统的升降、对不同传感器进行校正并接收数据采集系统采集到的数据。所述操作平台与台架相分离，以保证试验人员的安全；

所述数据采集系统，包括温度传感器、电压传感器、压力传感器、加速度传感器、位移传感器、高速摄像等，以及多信号融合数据采集系统。所述数据采集系统与所述操作平台通过光纤连接，以保证数据的实时传输与保存；

所述快速撤离装置，包括快速分离系统、滑道和机械牵引装置。所述快速分离系统位于钢板下方，包括多个液压装置和多个滚珠；所述滑道为钢制板材，两端分别连接钢板与水池；所述机械牵引装置为一台大功率卷扬机，并配有高温防火措施装置，避免电池包燃烧对机器的损伤。当动力电池包在测试过程中起火时，所述滚珠在所述液压装置的带动下，穿过所述测力平台上方钢板的通孔托起动力电池包，动力电池包在所述拖拽装置的沿着所述滑道落入水池中。

优选地，所述试验系统还包括安全保险杠，所述安全保险杆安装在所述支架上，所述安全保险杠为梳状单向门结构，当所述升降系统带动所述吊篮配重系统自下向上升起时，所述吊篮配重系统可自下向上通过所述安全保险杠；非试验工况下，若所述吊篮配重系统在所述安全保险杠上方时出现意外释放，所述安全保险杠阻挡所述吊篮配重系统通过；在试验工况下，所述安全保险杠被抬起，以便所述吊篮配重系统下降。

优选地，所述试验系统还包括防火防爆保护装置，所述防火防爆保护装置包括铝合金板和防火防爆玻璃，所述防火防爆玻璃布置在所述台架四周，所述铝合金板布置在所述防火防爆玻璃外侧；烟雾报警器，贴附在所述防火防爆玻璃内侧，当检测到所述冲击试验系统内的温度高于设定值和/或存在烟雾时则报警。

优选地，所述升降系统还包括安全销，在冲击试验中，所述升降系统上升到预设高度后，所述安全销插入所述台架的支架内，将所述升降系统固定在预设高度处；冲击试验结束后，拔除所述安全销，将所述升降系统下降至所述底架。

另一方面，本发明提供了一种动力电池包冲击测试方法，采用上述的动力电池包冲击测试系统，对动力电池包进行冲击测试，具体包括如下步骤，

步骤一：根据动力电池包冲击测试需求，合理配置吊篮配重系统中的配重块并选择安装冲击头；

步骤二：通过操作台控制所述升降系统带动吊篮配重系统和冲击头装置上升到一预设高度处，并用安全销将所述升降系统进行固定；

步骤三：将待测试的动力电池包通过锁止装置固定在测力平台上方的钢板中心位置处，使得所述动力电池包在竖直方向上的轴线与冲击头的轴线重合，之后将安全保险杠抬起；

步骤四：通过所述操作平台控制所述升降系统释放所述吊篮配重系统，所述吊篮配重系统带动所述冲击头对其正下方的动力电池包进行冲击；

步骤五：数据采集系统采集测试数据并将其传输给所述操作台，所述操作台对所述测试数据进行记录保存。

进一步地，还包括如下步骤，

当动力电池包在测试过程中起火时，所述滚珠在所述液压装置的带动下上升，穿过所述钢板的通孔托起动力电池包，动力电池包在所述机械牵引装置的作用下沿着所述滑道落入水池中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)创新性地增加了快速撤离系统，保证了设备、试验场地与试验人员的安全；

(2)首次将可进行二次保护的安全保险杠应用于动力电池包试验领域，提高试验的安全性和试验人员的安全性；

(3)本发明中与升降系统连接的吊篮可通过增加或减少配重实现一定质量范围内的冲击力可调，满足不同条件的试验需求；升降系统可提升至不同的高度，以满足不同冲击速度的试验需求；冲击头装置可通过适配安装板安装不同形状、不同尺寸的冲击头，以满足不同冲击形状的试验需求；

(4)将压力传感器安装于压力传感器测力平台底部，避免局部压力过大对结果造成影响，提高了检测结果的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电动汽车动力电池包冲击试验系统结构示意图；

图2为本发明吊篮配重系统结构示意图；

图3为本发明中安全保护装置结构示意图；

图4为本发明的快速撤离装置结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、台架；2、升降系统；3、吊篮配重系统；4、冲击头装置；5、测力平台；6、安全保护装置；7、操作平台；8、数据采集系统；9、快速撤离系统；10、箱体；11、配重块；12、连接圆盘；13、安全保险杠；14、测试样品；15、密封式滚珠；16、支撑架；17、液压装置；18、滑道；19、机械牵引装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，根据本发明的一个方面，提供一种动力电池包冲击测试系统，主要包括台架1、升降系统2、吊篮配重系统3、冲击头装置4、测力平台5、安全保护装置6、操作平台7、数据采集系统8和快速撤离装置9共九个子系统。

其中，核心系统为台架1、升降系统2、数据采集系统8和快速撤离装置9。台架1保障试验过程系统的稳定，升降系统2控制系统跌落和举升的平稳，数据采集系统8控制数据采集的准确性与完整性，快速撤离装置9保证设备与人员的安全性。台架1在设计和制造过程考虑三方面，1.选材要求：金属材料中选择高强度、耐疲劳、耐腐蚀性等元件，垫片等非金属材料中考虑抗霉、相容性、低吸湿性的材料；2.结构设计方面，考虑环境-基体材料-防护体系一体化设计，考虑在材料表明增加金属镀层、化学覆盖层、有机防腐涂层等，实现高性能、长寿命、低成本的目标；3.表面防护方面，台架的外形轮廓尽量简单、方便防护、检查、维修和故障排除，台架采用圆弧过渡、避免应力集中；台架整体高度在5m以上，主要目的是实现试验所需的冲击速度。所述台架为塔式结构，包括底架和焊接在底架上的四个支架，支架为钢结构，通过支架实现支撑与稳定，台架下方的底架为铁地板结构，浇灌于试验场地内。铁地板具有足够的厚度，通常大于5cm，保证电池跌落过程底板的稳定。

在本实施例中，升降系统2使用电机驱动装置进行升降，使用液压控制的机械夹钩或使用电磁吸附与吊篮配重系统3连接，该装置需要全过程的安全，可靠，稳定。升降过程通过电机驱动装置牵引实现，当停止试验时，通过安全销对升降系统2实现固定。

数据采集系统8主要采集试验过程中的关键参数值，包括但不限于测试样品温度、测试样品电压、测试样品承受的压力、吊篮位置、吊篮加速度等。为保证不同的参数可以通用时间系统，数据采集系统配备多综合参数采集模块，保证不同的参数可以在同一时间系统下进行数据采集。

如图4所示，快速撤离装置9主要包括：密封式滚珠15、液压装置17、滑道18和卷扬机19等。其中密封式滚珠15主要起到支撑起测试样品14，减少移动过程中的摩擦力，液压装置包括4台液压机，为滚珠提供支撑力，并保证滚珠的平稳上升，滑道主要保证测试样品14移动过程中的方向性，并保证周围环境的安全性，与冲击测试平台和水池相连，卷扬机主要为电池包的移动提供动力，置于水池间上方。当测试样品在测试过程中起火时，密封式滚珠15在液压装置的带动下上升并通过测力平台上的孔洞后托起测试样品13，测试样品13在卷扬机19的牵引下沿着滑道18滑入水池，从而实现测试样品起火后快速撤离灭火，保证测试过程的安全。

图2为吊篮配重系统3的结构示意图，吊篮配重系统3包括箱体10，配重块11可根据需求至于箱体10中，吊篮配重系统3要求吊篮质量在10～200kg可调，调节精度1kg，满足不同质量的冲击要求，升降系统2通过下方的机械夹钩或者电磁吸附装置与吊篮配重系统3的连接圆盘12连接。

冲击头装置4可安装多种冲击头，以满足不同冲击试验的需求，冲击头装置4通过适配安装板与多种冲击头实现适配安装，以满足不同冲击工况的安装与拆卸要求。冲击头上方具有相同结构，下方根据试验要求设计不同形状和尺寸，包括但不限于圆柱形冲击头，球形冲击头和锥形冲击头。

测力平台5下部设有压力传感器，上部为钢板，动力电池包通过锁止装置固定在测力平台上方钢板的中心位置处，其刚性边界条件保证样品在受到冲击时的不发生位移。钢板中心与冲击头中心在竖直方向上是对齐的。在测力平台5的钢板与底架之间固定设置一圆柱形钢桶，压力传感器贴附于圆柱形钢桶下部正中央处，压力传感器可采集动力电池包在试验过程中受到的冲击信号。压力传感器的直径尽可能大，动力电池包布置于其中心位置，冲击头在冲击过程对准动力电池包中心，从而保证在跌落过程冲击力测试的准确性。

安全保护装置6包括由铝合金板及防火防爆玻璃组成的防火防爆保护装置、防止冲击头装置4自动跌落的安全保险杠13以及烟雾报警器。烟雾报警器在防火防爆玻璃内围，当监测到系统内温度高于设定值和/或存在烟雾时进行报警。防火防爆保护装置设置于台架四周，将其围住。安全保险杠13为梳状单向门结构，只有从下向上将吊篮配重系统3升起时才会自动通过，非试验工况下，若吊篮配重系统3意外释放，安全保险杠13阻挡意外释放的吊篮配重系统3通过，避免对下方人员可能造成的伤害；在试验工况下，安全保险杠13被抬起，以便吊篮配重系统3通过。

操作平台7与压力传感器及升降系统2相连，控制试验的起止并收集系统采集的传感器信号。当开始试验时，开启按钮，安全销拔出，安全保险杠13抬起，装好冲击头并配好配重块的体系借助重力作用自行跌落，冲击电池包。此时压力传感器开始工作，测量相应的信号，安全保护装置6开启，监控试验异常。

电动汽车动力电池包国标要求用半径为75mm的圆柱体，对动力电池包施加100kN的压力，分别沿电池包X、Y方向进行挤压，挤压力达到100kN或挤压变形量达到挤压方向的整体尺寸的30％时停止挤压，并且保持10分钟，电池包不着火才算合格。而为了实现更严格的测试条件，解除消费者对动力电池包安全性的忧患，测试过程需要通过不同挤压力对电池包的冲击以实现。而冲击力与跌落系统的质量和速度成正相关，并可通过配备的压力传感器测量得到。在实施过程中，先根据试验要求，选择一定形状的冲击头，并在连接冲击头的吊篮配重系统3上放置满足试验要求的配重块进行连接和固定。将动力电池包固定好后，试验人员将安全保护装置6关闭，并通过升降系统2将吊篮配重系统3吊起，在吊起及开启开关释放过程中，安全保险杠13会被抬起，以允许吊篮配重系统3通过，未启动释放开关时，安全保险杠13起到保护作用，防止重物意外跌落到工作界面或操作人员身上，造成危险。通过设置的压力传感器、加速度传感器、电压传感器、温度传感器等，可以测得动力电池包在受到冲击时的相关数据，进行后续分析。

另一方面，本发明提供了一种动力电池包冲击测试方法，采用上述的动力电池包冲击测试系统，对动力电池包进行冲击测试，具体包括如下步骤，

步骤一：根据动力电池包冲击测试需求，合理配置吊篮配重系统中的配重块并选择安装冲击头；

步骤二：通过操作台控制所述升降系统带动吊篮配重系统和冲击头装置上升到一预设高度处，并用安全销将所述升降系统进行固定；

步骤三：将待测试的动力电池包通过锁止装置固定在测力平台上方的钢板中心位置处，使得所述动力电池包在竖直方向上的轴线与冲击头的轴线重合，之后将安全保险杠抬起；

步骤四：通过所述操作平台控制所述升降系统释放所述吊篮配重系统，所述吊篮配重系统带动所述冲击头对其正下方的动力电池包进行冲击；

步骤五：数据采集系统采集测试数据并将其传输给所述操作台，所述操作台对所述测试数据进行记录保存。

进一步地，还包括如下步骤，

当动力电池包在测试过程中起火时，所述滚珠在所述液压装置的带动下上升，穿过所述钢板的通孔托起动力电池包，动力电池包在所述机械牵引装置的作用下沿着所述滑道落入水池中。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)首次将可进行二次保护的安全保险杠应用于动力电池包试验领域，提高试验的安全性；

(2)本发明中与升降系统连接的吊篮可通过增加或减少配重实现一定质量范围内的冲击力可调，满足不同条件的试验需求；升降系统可提升至不同的高度，以满足不同冲击速度的试验需求；冲击头装置可通过适配安装板安装不同形状、不同尺寸的冲击头，以满足不同冲击形状的试验需求；

(3)将压力传感器安装在测力平台下的圆柱形钢桶底部，而不是直接安装在测力平台下部，避免局部压力过大对结果造成影响，提高了检测结果的可靠性。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种动力电池包冲击测试系统，包括台架、升降系统、吊篮配重系统、冲击头装置、测力平台、操作平台和数据采集系统；

所述台架包括底架和与所述底架连接的四根支架，所述底架为钢结构并固定安装在试验场地内；所述支架为钢结构，其内部包含两条滑动轨道；

所述升降系统与所述支架连接，所述升降系统包括电机驱动装置，在冲击测试中，所述升降系统沿着支架轨道将冲击装置拉升到预设高度；所述升降系统通过液压控制的机械夹钩或者电磁吸附的方式与所述吊篮配重系统连接；所述升降系统通过齿条结构或滑轮结构与所述支架内的轨道配合使用；

所述冲击头装置固定安装于所述吊篮配重系统的下方，所述冲击头装置通过安装板适配安装不同形状和尺寸的冲击头；

所述测力平台上部设置一钢板，所述钢板轴线与所述冲击头的轴线重合，所述动力电池包通过锁止装置固定在所述钢板中心位置处；

所述数据采集系统，包括多种不同类型传感器，设置在所述测力平台上，用于采集动力电池包的测试数据；

所述操作平台，与所述升降系统和数据采集系统电气连接，用于控制所述升降系统的升降并接收数据采集系统采集到的数据；所述操作平台与台架分离设置；

还包括快速撤离装置，所述快速撤离装置包括快速分离系统、滑道和机械牵引装置；

所述快速分离系统位于所述钢板下方，包括多个液压装置和多个滚珠；所述滑道两端分别连接钢板与水池；当动力电池包在测试过程中起火时，所述滚珠在所述液压装置的带动下上升，穿过所述钢板的通孔托起动力电池包，动力电池包在所述机械牵引装置的作用下沿着所述滑道落入水池中；

所述测试系统还包括安全保险杠；

所述安全保险杆安装在所述支架上，所述安全保险杠为梳状单向门结构，当所述升降系统带动所述吊篮配重系统自下向上升起时，所述吊篮配重系统可自下向上通过所述安全保险杠；非测试工况下，若所述吊篮配重系统在所述安全保险杠上方时出现意外释放，所述安全保险杠阻挡所述吊篮配重系统通过；在测试工况下，所述安全保险杠被抬起，以便所述吊篮配重系统下降。

2.如权利要求1所述的动力电池包冲击测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括防火防爆保护装置，所述防火防爆保护装置包括铝合金板和防火防爆玻璃，所述防火防爆玻璃布置在所述台架四周，所述铝合金板布置在所述防火防爆玻璃外侧；烟雾报警器，贴附在所述防火防爆玻璃内侧，当检测到所述冲击试验系统内的温度高于设定值和/或存在烟雾时则报警。

3.如权利要求2所述的动力电池包冲击测试系统，其特征在于，所述升降系统还包括安全销，在冲击测试中，所述升降系统上升到预设高度后，所述安全销插入所述台架的支架内，将所述升降系统固定在预设高度处；冲击测试结束后，拔除所述安全销，将所述升降系统下降至所述底架。

4.如权利要求3所述的动力电池包冲击测试系统，其特征在于，所述数据采集系统，包括温度传感器、电压传感器、压力传感器、加速度传感器、位移传感器、高速摄像以及多信号融合数据采集系统。

5.一种动力电池包冲击测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的动力电池包冲击测试系统，对动力电池包进行冲击测试。

6.如权利要求5所述的动力电池包冲击测试方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一：根据动力电池包冲击测试需求，合理配置吊篮配重系统中的配重块并选择安装冲击头；

步骤二：通过操作台控制所述升降系统带动吊篮配重系统和冲击头装置上升到一预设高度处，并用安全销将所述升降系统进行固定；

步骤三：将待测试的动力电池包通过锁止装置固定在测力平台上方的钢板中心位置处，使得所述动力电池包在竖直方向上的轴线与冲击头的轴线重合，之后将安全保险杠抬起；

步骤四：通过所述操作平台控制所述升降系统释放所述吊篮配重系统，所述吊篮配重系统带动所述冲击头对其正下方的动力电池包进行冲击；

步骤五：数据采集系统采集测试数据并将其传输给所述操作台，所述操作台对所述测试数据进行记录保存。

7.如权利要求6所述的动力电池包冲击测试方法，其特征在于，还包括如下步骤，

当动力电池包在测试过程中起火时，所述滚珠在所述液压装置的带动下上升，穿过所述钢板的通孔托起动力电池包，动力电池包在所述机械牵引装置的作用下沿着所述滑道落入水池中。

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