基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试系统和方法
技术领域
本发明属于车辆安全测试领域,具体涉及基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试系统和方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高,车辆的保有量在不断增加,随着车辆的增加,带来的是环境的破坏,因此电动汽车随之诞生,与传统的使用内燃机的汽车相比,纯电动汽车拥有很多方便的优势,如零排放、节能等,被汽车制造商认为是一个重点研究的领域。
随着越来越多的电动汽车参与到交通安全中,车辆难免地会发生碰撞。
对于电动汽车而言,影响电动汽车安全性能的关键部件就是电池组。电池箱体作为电池组的载体,其强度、刚度以及散热、防水等方面都应该要有很高的设计要求,在实际的设计过程中,不仅仅是要考虑空间的限制,还要充分的考虑到其自身的安全性。当电动汽车被碰撞时,对电池箱体刚度提出的要求是必须能够保证电池模块以及电池单体所发生的变形量在其可以承受的范畴之内。因此,电池包箱体碰撞安全问题,应引起电动汽车制造行业的广泛重视,从而使电动汽车行业得到更好的发展。
目前,关于电池箱体的安全性研究主要有两种,一种是参考车辆碰撞测试方法,对电池箱体进行直接碰撞测试,但是每次碰撞测试都需要新的电池箱体,因此成本很高,其次该类碰撞方式单一,并不能全面生成符合实际复杂工况的安全性数据;第二种是单纯的依据电池箱体材质的物理性能建立仿真碰撞测试,但是这种测试方式属于纯物理计算,属于一种理想化测试,得到的测试数据参考价值一般。另外,上述两种方式都只是测试了电池箱体的刚性,均缺乏电池箱体与电池组件产生接触时的安全分析。
鉴于电池易受碰撞、冲击、挤压情况造成安全问题,急需建立一套针对电池箱体综合安全性分析的完整的测试系统,以满足各种工况环境要求,并为改进电池箱体安全性提供准确的数据指导。
发明内容
本发明提出基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试系统,通过基于温控的车用动力电池箱的碰撞测试,获得电池箱与刚性体、电池箱与动力电池在碰撞接触中的接触数据,全面反映电池箱体对动力电池的综合保护性能,采集的接触数据真实、全面,能够为持续改进电池箱体的安全性提供全面且准确的数据指导。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试系统,包括:速度装置、内容模组、防护装置、刚性体、温控系统和安全分析系统;
所述温控系统用于使所述内容模组的温度达到预设的模组温度,以及使所述电池箱的外壁温度达到预设的箱壁温度;
所述刚性体用于与所述电池箱产生撞击接触,所述刚性体包括固定刚性体、可移动刚性体和刚性冲击体;所述固定刚性体用于承受所述电池箱的撞击接触;所述可移动刚性体用于按照预设的移动撞击速度和预设的移动撞击区域与所述电池箱发生撞击接触;所述刚性冲击体用于按照预定的冲击速度与所述电池箱的预定的冲击区域发生冲击接触,并按照预设的冲击压力持续施加冲击力;
所述内容模组位于所述电池箱内部,用于模拟预装动力电池;
所述速度装置用于使所述电池箱达到预设的固定撞击速度,并使所述电池箱按预设的固定撞击速度和预设的固定撞击区域与所述固定刚性体发生撞击接触;
所述防护装置位于固定撞击区域,用于防止所述电池箱因撞击而产生形变;
所述安全分析系统用于记录所述电池箱分别与所述刚性体和所述内容模组的接触过程,生成接触视频、接触数据和加速度数据,建立接触数据和加速度数据与碰撞条件的对应关系,得出碰撞测试报告;在接触视频中生成接触数据和加速度数据的变化动画;所述碰撞条件包括撞击速度、模组温度、箱壁温度、电池箱体材质力学性能、电池箱体结构和电池箱体对内容模组的固定装置。
优选的,所述速度装置与所述电池箱承载连接,使所述电池箱按照所述固定撞击速度和所述固定撞击区域与所述固定刚性体发生撞击接触。
优选的,所述内容模组的物理属性与预装动力电池的物理属性相同;所述电池箱与所述内容模组的固定方式和所述电池箱与预装动力电池的固定方式相同。
优选的,所述防护装置的结构及,和预设车辆对所述电池箱的保护装置的结构相同。
优选的,所述固定刚性体包括固定刚性全壁、固定刚性非全壁和固定刚性柱,所述可移动刚性体包括可移动刚性全壁、可移动刚性非全壁和可移动刚性柱;
所述固定刚性全壁的宽度大于所述固定撞击区域的宽度;
所述固定刚性非全壁的宽度不大于所述固定撞击区域的宽度的一半;
所述固定刚性柱的横截面上任意两点的最大距离不大于所述固定撞击区域的宽度;
所述可移动刚性壁的宽度大于所述移动撞击区域的宽度;
所述可移动刚性非全壁的宽度不大于所述移动撞击区域的宽度的一半;
所述可移动刚性柱的横截面上任意两点的最大距离不大于所述移动撞击区域的宽度;
所述刚性冲击体的横截面上任意两点的最大距离不大于所述冲击区域的宽度。
优选的,所述安全分析系统,包括数据分析单元和视频分析单元;
所述数据分析单元用于采集接触区域产生的接触信号和加速度信号,生成各个接触区域的所述接触数据和所述加速度数据,得出碰撞测试报告,建立所述接触数据和所述加速度数据与所述碰撞条件的对应关系;
所述视频分析单元用于采集接触区域的接触过程视频信号,以及所述电池箱发生形变的过程的视频信号,生成各个接触区域的接触视频,在所述接触视频中生成所述接触数据和所述加速度数据的变化动画。
所述接触区域包括:所述固定撞击区域、所述移动撞击区域、所述冲击区域和所述电池箱的内壁。
优选的,所述数据分析单元包括:接触矩阵、加速度传感器和数据服务器;
所述接触矩阵和所述加速度传感器分别与所述数据服务器连接;
所述接触矩阵覆盖各个所述接触区域,用于产生接触信号;
所述加速度传感器设于所述内容模组上,用于得到在碰撞接触过程中所述内容模组因惯性作用产生的加速度信号;
所述数据服务器用于接收所述接触信号和所述加速度信号,生成所述接触区域产生的接触数据和加速度数据。
优选的,所述视频分析单元包括:外视频采集器、内视频采集器和视频服务器;
所述外视频采集器和所述内视频采集器分别与所述视频服务器连接;
所述外视频采集器和所述内视频采集器用于采集所述接触区域的接触过程的视频信号;
所述视频服务器,用于接收所述外视频采集器和所述内视频采集器的视频信号,生成接触视频;接收数据分析单元生成的所述对应关系,在所述接触视频中生成所述接触数据和所述加速度数据的变化动画。
本发明还公开了基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试方法,包括如下步骤:碰撞准备过程、碰撞过程和数据分析过程;
所述碰撞准备过程包括:
通过所述温控系统,使所述内容模组的温度达到所述模组温度,使所述电池箱的外壁达到所述箱壁温度;
将所述内容模组置于所述电池箱的箱体内部并固定;所述内容模组与所述电池箱的固定方式和预装动力电池与所述电池箱的固定方式相同;
完成所述速度装置与所述电池箱的承载连接;
安装所述防护装置,所述防护装置与所述电池箱的连接方式,和预设车辆对所述电池箱的连接方式相同;
设置安全分析系统组件;
所述碰撞过程包括:
设置所述速度装置的移动速度和移动方向,使所述速度装置承载的所述电池箱按照所述固定撞击速度和所述固定撞击区域与所述固定刚性体发生撞击接触;
设置所述可移动刚性体的移动速度和移动方向,使所述可移动刚性体按照所述移动撞击速度和所述移动撞击区域与所述电池箱发生撞击接触;
设置所述刚性冲击体的所述冲击速度、所述冲击角度和所述冲击压力,使所述刚性冲击体按照所述冲击速度和冲击角度与所述冲击区域发生冲击接触,并按照所述冲击压力持续施加冲击力;
所述数据分析过程包括:
采集所述电池箱与所述刚性体,以及所述电池箱的内壁与所述内容模组的接触过程的视频信号,以及在接触过程中的产生的接触信号和加速度信号,生成接触视频、接触数据和加速度数据。
建立接触数据和加速度数据与碰撞条件的对应关系,得出碰撞测试报告;并在接触视频中生成碰撞过程中的接触数据变化和加速度数据变化动画;所述碰撞条件包括撞击速度、模组温度、箱壁温度、电池箱体材质力学性能、电池箱体结构和电池箱体对内容模组的固定装置。
本发明的有益效果为:
本发明公开了基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试系统和方法,全面考虑了车用动力电池箱在工况下可能遭受到的碰撞损伤;加入温控系统,真实模拟实际工况下电池箱所处的工作环境,进而对不同环境温度下电池箱的物理安全性做出全面反映;采集电池箱内壁与内容模组之间的接触视频和接触数据,通过考量电池箱对内容模组的固定和安全保护,全面真实反映了动力电池在电池箱内部的安全状态,采集到的数据贴近真实工况,真实,全面,为持续改进电池箱的综合安全性能提供了有效的数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中固定刚性体承受撞击测试示意图;
图2为本发明实施例中刚性冲击体测试示意图;
图3为本发明实施例中电池箱体应对小型刚性物体局部压力测试示意图;
图4为本实施例中加装二次撞击刚性体的测试示意图;
图5为本实施例中防护装置构造示意图;
图6为本实施例中安全分析系统示意图;
图7为本实施例中接触矩阵结构示意图;
图8为本实施例中车用动力电池箱安全性综合测试流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试系统,包括:速度装置、内容模组、防护装置、刚性体、温控系统、安全分析系统;
温控温控用于使内容模组的温度达到预设的模组温度,以及使电池箱的外壁温度达到预设的箱壁温度;
动力电池组在放电工作中会产生大量的热量,电池箱内部是一个高温环境;而外界环境温度则随着自然温度的变化而变化,夏天的时候可能面临超过50℃的地表温度,东北地区的冬季低温甚至会低至-30℃,此时的电池箱体处在冰火两重天的环境,这对于任何一种箱体材质的屈服强度性能,都将产生极大的影响,因此,将温度对电池箱材质屈服强度性能的影响,并且作为重要的评判依据,以全面检验电池箱在不同温度环境下的安全性能。
在本实施例中,以三元锂电池作为动力电池,温控系统可采用可加热设备对内容模组加热至200℃,采用可制冷设备将电池箱体温度降低至0℃,作为本实施例的温度环境。
刚性体用于与电池箱产生撞击接触,刚性体包括固定刚性体、可移动刚性体和刚性冲击体;在本实施例中,均以高强度合金钢作为刚性体。
固定刚性体用于承受所述电池箱的撞击接触,
图1为在本实施例中,固定刚性体承受撞击的示意图,速度装置承载着电池箱,以预定的固定撞击速度和固定撞击区域,撞向固定刚性体,使电池箱体通过防护装置与刚性体发生撞击接触。
固定刚性体包括固定刚性全壁、固定刚性非全壁和固定刚性柱。固定刚性全壁的宽度大于固定撞击区域的宽度,即大于防护装置的宽度;所述固定刚性非全壁的宽度不大于所述固定撞击区域的宽度的一半,即不大于防护装置宽度的一半,在本实施例中,采用防护装置宽度的40%和25%两种非全壁,以检测电池箱体在面对40%和25%两种偏置碰撞中的安全性,但非全壁的宽度不限于40%和25%;在本实施例中,固定刚性全壁和非全壁的厚度均超过30cm。固定刚性柱的横截面上任意两点的最大距离不大于所述固定撞击区域的宽度,即不大于防护装置宽度,且可以是任意横截面形状,本实施例采用圆柱形刚性柱,直径为防护装置宽度的1/5。
可移动刚性体用于按照预设的移动撞击速度和预设的移动撞击区域撞向电池箱上没有防护装置的其他外壁面,可移动刚性体包括可移动刚性全壁、可移动刚性非全壁和可移动刚性柱。在本实施例中,各种可移动刚性体的宽度、厚度、直径,均参照固定刚性体。
刚性冲击体用于按照预定的冲击速度与所述电池箱的预定的冲击区域发生冲击接触,并按照预设的冲击压力持续施加冲击力;刚性冲击用于检验电池箱的外壁面在面对小面积冲击时的安全性,根据物理学压强理论,接触面积越小,产生的压强越大,小面积冲击可以有效考量电池箱材质局部的抗弯强度。
刚性冲击体的横截面上任意两点的最大距离不大于所述冲击区域的宽度,且不限定横截面形状,以及冲击体顶面形状。如图2所示,在本实施例中,选择刚性圆柱体作为冲击体,圆柱体的顶端为平面。
可选的,如图3所示,在电池箱体底壁面与刚性平面间垫一小型刚性物体,使得电池箱底面不能与刚性平面贴合,此时在电池箱体的上壁面施加冲击速度和冲击压力,以此检测电池箱体在面对局部小范围受力情况下的安全性。
可选的,如图4所示,在滑车上方、电池箱体后方放置二次撞击刚性体。在电池箱体与固定刚性体发生碰撞接触后,电池箱体的速度会因此骤降至0,此时电池箱后方二次撞击刚性体会在惯性力作用下继续向前移动装机电池箱体后方,并且其具备极大的加速度,根据物理学牛顿第二定律,二次撞击刚性体将对电池箱后部产生强大冲击。二次撞击刚性体就是测试电池箱体应对后方二次撞击的安全性。
速度装置用于使电池箱达到预设的固定撞击速度,并使电池箱按预设的固定撞击速度和预设的固定撞击区域与固定刚性体发生撞击接触;在本实施例中,速度装置为一滑车,电池箱体直接放置在滑车上,滑车承载电池箱体向刚性体移动,最终使电池箱按照预定的固定撞击速度和预定的固定撞击区域与固定刚性体发生撞击接触。
可选的,速度装置为弹射装置,通过弹射作用使电池箱向刚性体移动,最终使电池箱按照预定的固定撞击速度和预定的固定撞击区域与固定刚性体发生撞击接触。
防护装置位于固定撞击区域,用于防止电池箱因撞击而产生形变;其防护宽度大于电池箱体的宽度。
现实生活中,电池箱体通常安装在车辆底盘中间部位,或者后排座椅下方,即便是电动货运车辆,也只会悬挂在货箱下方,没有任何一款车辆的电池箱体是直接暴露在车体前方,迎接直接撞击,因此,目前所有关于电池箱的碰撞的测试,均不符合实际安装方式;同时,由于车辆在碰撞过程中依然吸收了大量的撞击力,传递到电池箱的撞击力已经小了很多,为了减小直接撞击电池箱产生的较大撞击力,目前的电池箱的碰撞的测试均采用极低速度下的碰撞,通常不超过20km/h,显然,这种速度不会对电池箱体造成重大影响。目前所有的电池箱碰撞测试,不管是直接碰撞测试,还是电脑模拟测试,均不能准确反映电池箱遭受的实际损伤,也不能准确反映电池箱的安全性,缺乏指导意义。
如图5所示,在本实施例中,防护装置包括防护梁和溃缩件,溃缩件有两个,分别位于防护梁两端。防护装置与电池箱的连接方式,和车辆和电池箱的连接方式相同。在本实施例中,采用直接通过溃缩件连接电池箱的方式。
可选的,溃缩件通过连接单元与电池箱体连接,可采用正面连接,或者两侧面连接,但不限于上述连接方式。
内容模组位于电池箱内部,用于模拟预装动力电池;内容模组的物理属性与预装动力电池的物理属性相同,包括但不限于形状、尺寸、重量、分布结构,电池箱对内容模组的固定方式和电池箱对预装动力电池的固定方式相同,以检测在电池箱体发生撞击时,其内部的动力电池是否会脱落甚至与电池箱内壁发生撞击接触。同时,内容模组将加大电池箱整体重量,在电池箱移动过程中会产生更大的撞击力,对电池箱的安全性提出了更高、也更加合理的要求。
安全分析系统用于记录电池箱分别与刚性体和内容模组的接触过程,生成接触视频、接触数据和加速度数据,建立接触数据和加速度数据与碰撞条件的对应关系,得出碰撞测试报告;并在所述接触视频中生成所述接触数据和所述加速度数据的变化动画。本实施例中的碰撞条件包括但不限于撞击速度、模组温度、箱壁温度、电池箱体材质力学性能、电池箱体结构和电池箱体对内容模组的固定装置。
如图6所示,在本实施例中,安全分析系统包括数据分析单元和视频分析单元;
数据分析单元用于采集接触区域产生的接触信号和加速度信号,生成各个接触区域的接触数据和加速度数据,建立接触数据和加速度数据与碰撞条件的对应关系,得出碰撞测试报告;
数据分析单元包括:接触矩阵、加速度传感器和数据服务器;接触矩阵和加速度传感器分别与数据服务器连接;
图7为接触矩阵示意图。接触矩阵覆盖各个接触区域,在本实施例中,接触矩阵在受到挤压时,接触矩阵中的接触点的产生压力接触信号,矩阵运算器上对应的引脚接收压力接触信号,根据接触信号,得到接触点的接触数据,包括压力值及压力变化过程、接触时长、接触点位置。
加速度传感器设于内容模组上,用于得到在碰撞接触过程中内容模组因惯性而产生的加速度信号;加速信号强,意味着内容模组因惯性作用产生的惯性力强,容易出现内容模组脱离电池箱的固定装置,导致动力电池与电池箱内壁发生接触甚至撞击而出现危险。
数据服务器用于接收接触信号和加速度信号,生成接触区域产生的接触数据和加速度数据。接触数据可直观反映出撞击接触区域承受的撞击力,加速度数据可直观反映出电池箱对动力电池的固定作用。
视频分析单元用于采集接触区域的接触过程视频信号,以及电池箱发生形变的过程的视频信号,生成各个接触区域的接触视频;接收数据分析单元生成的所述对应关系,在所述接触视频中生成所述接触数据和所述加速度数据的变化动画。
接触区域包括:固定撞击区域、移动撞击区域、冲击区域和电池箱的内壁。
视频分析单元包括:外视频采集器、内视频采集器和视频服务器;
外视频采集器和内视频采集器分别与视频服务器连接;
外视频采集器和内视频采集器用于采集所述接触区域的接触过程的视频信号;在本实施例中,外视频采集器使用全高清红外摄像机,安装在刚性体上,可无阻碍的采集碰撞接触过程的视频;内视频采集器使用微型全高清红外摄像机,安装在内容模组上,采集碰撞过程中电池箱内的影像。
视频服务器,用于接收外视频采集器和内视频采集器的视频信号,生成接触视频;接收数据分析单元生成的所述对应关系,在所述接触视频中生成所述接触数据和所述加速度数据的变化动画。在本实施例中,进一步的生成模型动画,可逐帧观看碰撞接触过程和电池箱体形变过程。
本发明还提供了基于温控的车用动力电池箱安全性综合测试方法,包括如下步骤:碰撞准备过程、碰撞过程和数据分析过程;
其中,碰撞准备过程包括:
通过温控系统,使内容模组的温度达到模组温度,使电池箱的外壁达到箱壁温度;温度控制步骤在每一次测试前设定,以检测不同温度环境下的电池箱安全性;
将内容模组置于电池箱的箱体内部并固定;内容模组与电池箱的固定方式和预装动力电池与电池箱的固定方式相同;
完成速度装置与电池箱的承载连接;在本实施例中,电池箱直接置于速度装置上,之间不做固定连接;
安装防护装置,防护装置与电池箱的连接方式,和预设车辆对电池箱的连接方式相同;在本实施例中,采用直接把防护装置置于电池箱固定碰撞区域前方的形式;
设置安全分析系统组件,包括内摄像机、外摄像机、加速度传感器、接触矩阵;
碰撞过程包括:
设置速度装置的移动速度和方向,使速度装置承载的电池箱按照固定撞击速度和固定撞击区域与固定刚性体发生撞击接触;在本实施例中,固定刚性体采用全壁碰撞、40%和25%偏置碰撞,以及刚性柱碰撞;
设置可移动刚性体的移动速度和移动方向,使可移动刚性体按照移动撞击速度和移动撞击区域与电池箱发生撞击接触;可移动刚性体参照固定刚性体;
设置刚性冲击体的冲击速度、冲击角度和冲击压力,使刚性冲击体按照冲击速度和冲击角度与冲击区域发生冲击接触,并按照冲击压力持续施加冲击力;
可选的,在电池箱体底壁面与刚性平面间垫一小型刚性物体,使得电池箱底面不能与刚性平面贴合,此时在电池箱体的上壁面施加冲击速度和冲击压力,以此检测电池箱体在面对局部小范围受力情况下的安全性。
可选的,在滑车上方、电池箱体后方放置二次撞击刚性体。在电池箱体与固定刚性体发生碰撞接触后,电池箱体的速度会因此骤降至0,此时电池箱后方二次装机刚性体会在惯性力作用下继续向前移动装机电池箱体后方。二次撞击刚性体就是测试电池箱体应对后方二次撞击的安全性。
数据分析过程包括:
采集电池箱与所述刚性体,以及电池箱的内壁与内容模组的接触过程的视频信号,以及在接触过程中的产生的接触信号和加速度信号,生成接触视频、接触数据和加速度数据。
建立接触数据和加速度数据与碰撞条件的对应关系,得出碰撞测试报告,并在接触视频中生成碰撞过程中的接触数据变化和加速度数据变化动画;碰撞条件包括撞击速度、模组温度、箱壁温度、电池箱体材质力学性能、电池箱体结构和电池箱体对内容模组的固定装置。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。