CN115327394A - 一种动力电池可靠性试验台及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种动力电池可靠性试验台及试验方法。试验台包括试验箱以及密封在试验箱内的电源、可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统、振动台、内阻测试仪、实验控制及监测系统、安全保障系统、远程状态监测系统、照明系统和振动台；实验控制及监测系统与可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统和泄压/换气系统、内阻测试仪、振动台、安全保障系统和中央数据服务器通信；实验控制及监测系统通过以太网实现与振动台的通信；动力电池通过夹具固定在振动台上。本发明能够同时对两组动力电池同时开展试验，能够提供的载荷有温度、湿度、气压、振动及电子负载，具备防火、防爆及密封等安全试验条件。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体的说是一种动力电池可靠性试验台及试验方法。
背景技术
随着新能源技术发展的势在必行，电动汽车将逐步取代传统燃油车而出现在全国的大街小巷。我国幅员辽阔，各地的自然环境和基础设施建设相差颇大，例如东北和东南的气温差异，华北和西部的气压差异，西北和西南的湿度差异，城市和乡村的道路差异等，而这些差异对于动力电池的性能影响很大。此外由用户的用车习惯所导致的不同的充放电循环，同样会影响到电池的使用寿命和续航能力，所以研究不同的充放电谱对电池性能的影响已成为必要。
考虑动力电池使用工况和负载对电池续航能力、使用寿命和安全性的影响，需开发一款动力电池可靠性试验台并形成一套动力电池可靠性试验方法。该试验台能够对电池施加一定的载荷谱，来模拟电池使用的基本工况，研究不同工况对电池的续航能力、寿命和安全性的影响，以此为基础完善动力电池的可靠性设计。
可靠性设计是提高产品耐久性和结构合理性的有效方法，其中可靠性试验是产品可靠性设计的基石。电池系统集电、热、机械于一体，它的结构相对复杂，使用工况多种多样，其可靠性试验、性能测试方法和相关标准尚在初步发展中。国内尚无完备的动力电池可靠性试验台，现有的多为新能源锂电池检测的三综合电振动试验台，这种试验台对环境工况要求较少且稳定性差，无法支持试验的长期运行，不能同时对多组电池同时开展试验，试验效率低，且不考虑充放电谱对电池性能的影响，这些均不符合可靠性试验的要求。所以开发一款动力电池可靠性试验台并形成相应的试验方法对于促进我国新能源汽车的发展具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种动力电池可靠性试验台及试验方法，试验台能够同时对两组动力电池同时开展试验，能够提供的载荷有温度、湿度、气压、振动及电子负载，具备防火、防爆及密封等安全试验条件。
本发明技术方案结合附图说明如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种动力电池可靠性试验台包括试验箱以及密封在试验箱内的电源、可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统、振动台、内阻测试仪、实验控制及监测系统、安全保障系统、远程状态监测系统、照明系统和振动台；
所述电源，用于为整个试验台提供能量来源；
所述可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统和振动台构成载荷系统，用于为动力电池施加环境载荷和电子负载；
所述内阻测试仪，用于监控动力电池的电压和内阻参数；
所述实验控制及监测系统，用于控制载荷系统运行和接收反馈的传感信息；
所述安全保障系统，用于对动力电池的表面状态变化和温度进行实施监测，确定危险源或设备自检存在问题时启动物理报警和软件弹窗，并且当充入惰性气体时对有毒气体进行处理和防燃；
所述中央数据服务器，用于存储实验控制及监测系统反馈的传感信息；
所述远程状态监测系统，用于远程实时调取实验控制及监测系统的界面，能够实现对动力电池的容量、充放电性能的显示，能够实现急停部分远程控制；
所述照明系统，用于为试验台提供照明；
所述实验控制及监测系统通过CAN/RS232与可编程电子负载通信；所述实验控制及监测系统通过CAN与温度调节系统、干湿调节系统和泄压/换气系统通信；所述实验控制及监测系统通过以太网实现与振动台的通信；所述实验控制及监控系统通过CAN与内阻测试仪通信；所述实验控制及监测系统通过以太网与安全保障系统连接；所述实验控制及监测系统通过无线网与远程状态监测系统通信；所述实验控制及监测系统通过以太网与中央数据服务器通信；动力电池通过夹具固定在振动台上。
进一步的，所述实验控制及监测系统内置控制软件能够完成对电源、可编程电子负载、内阻测试仪和环境工况的同步控制。
进一步的，所述实验控制及监测系统监测的参数有：电池电压及电流、振动加速度、温湿度、冷却水压和流速、气压、时间、可燃气体浓度、绝缘电阻和视频信号。
进一步的，所述可编程电子负载，用于对动力电池进行放电，并集成了对动力电池充电的功能。
进一步的，所述泄压/换气系统为试验箱提供77-103KPa的气压，当发现动力电池燃烧时通过充入惰性气体阻燃。
进一步的，所述振动台振动频率范围为10-200HZ；所述振动台上设置有多个夹具，能够固定多个动力电池；每个所述夹具上布置有一个三向加速度传感器，在试验中加速度信号会通过采集卡处理反馈到振动台，用以实现调节激励；所述采集卡通过IPV4与工控机连接。
进一步的，所述安全保障系统包括视频监测单元、可燃气体检测单元、红外温度探测单元、泄压/换气系统及报警单元；所述视频监测单元和红外温度探测单元，用于动力电池的表面状态变化和温度变化进行实时监测；所述可燃气体检测单元，用于判断动力电池是否燃烧；所述报警单元，用于当确定危险源或设备自检存在问题时启动物理报警和软件弹窗；所述泄压/换气系统，用于对有毒气体进行处理和防燃。
进一步的，所述动力电池的外表面布置有5个加速度传感器和3个温度传感器，获得试验中动力电池在试验箱的振动和温度变化情况，并通过传感器数据采集卡传输到工况机，被实验控制及监测系统所接收。
第二方面，本发明实施例提供了一种动力电池可靠性试验方法，包括以下步骤：
步骤一、试验人员及试验对象准备完成后，开始试验；
步骤二、将动力电池通过夹具固定在振动台上；
步骤三、封闭试验箱；
步骤四、进行试验台中设备的运行自检；检查设备是否支持一定工况条件下执行功能测试；
步骤五、判断当前状态是否满足试验条件；
不满足试验条件的情况，执行步骤六；满足试验条件的情况，执行步骤七；
步骤六、排查原因，排除故障后返回步骤四；
步骤七、设置试验工况；所述工况包括振动、温度、湿度、气压和一充放电谱；
步骤八、开始充放电循环；
步骤九、结束试验。
进一步的，所述步骤四的具体方法如下：
试验台自检是一种设备自保护方式，也可用于帮助试验操作人员排查故障。在试验台运行自检时，将分别测量可编程电子负载、温度调节系统、和振动台电气部分的阻值，当阻值不在合理区间时，不能进行试验；测量干湿调节系统电气部分的阻值和冷却液的水位值，当阻值和水位值不在合理区间时，不能进行试验；测量泄压/换气系统中气罐的压力值，当气罐压力不在合理区间时，不能进行试验。
所述步骤五的具体方法如下：
判断当前状态是否满足试验条件是保护试验设备和试验操作人员的重要步骤，这些条件包括试验台自检状态正常、试验台箱体处于关闭状态和试验操作人员处于安全操作位置等。
本发明的有益效果为：
1)本发明能够模拟用户使用习惯，对动力电池施加一定的充放电谱；
2)本发明能够同时对两组动力电池同时开展试验，能够提供的载荷有温度、湿度、气压、振动及电子负载，具备防火、防爆及密封等安全试验条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明所述一种动力电池可靠性试验台的结构示意图；
图2为本发明所述一种动力电池可靠性试验方法的流程示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
实施例一
一种动力电池可靠性试验台包括实验箱以及密封在实验箱内的电源、可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统、振动台、内阻测试仪、实验控制及监测系统、安全保障系统、远程状态监测系统、照明系统和振动台。
所述电源，用于为整个试验台提供能量来源；
所述可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统和振动台构成载荷系统，用于为动力电池施加环境载荷和电子负载；
所述内阻测试仪，用于监控动力电池的电压和内阻参数；
所述实验控制及监测系统，包括控制系统和监测系统；所述控制系统内置控制软件，用于完成对电源、可编程电子负载、内阻仪及环境工况的同步控制，能够完成对电池电量、电池寿命及充放电特性等测试；所述监控系统，用于接收反馈的传感信息；
所述监控系统监测的参数有：电池电压及电流、振动加速度、温湿度、冷却水压和流速、气压、时间、可燃气体浓度(CO)、绝缘电阻、视频信号。上位电控软件采用C#语言编程。
所述实验控制及监测系统通过CAN/RS232实现与可编程电子负载的通信。
所述实验控制及监测系统通过CAN实现与温度调节系统的通信；通过调节冷却水的温度和流速调节环境温度，该试验台调节温度的范围是-40-45℃；所述实验控制及监测系统中的监测系统接受试验箱内温度传感器的信号(气温)。
所述实验控制及监测系统通过CAN实现与干湿调节系统的通信；与泄压/换气系统配合，通过控制水汽进出调节试验箱内环境湿度。干湿调节系统可调节的相对湿度范围为20％-80％。
所述实验控制及监测系统通过CAN实现与泄压/换气系统的通信；通过充入/释放惰性气体或空气实现对气压的调节，泄压/换气系统为试验箱提供一定的气压77-103KPa(中国主要区域)。此外当发现电池燃烧时通过迅速充入惰性气体阻燃。
动力电池通过夹具固定在振动台上；所述实验控制及监测系统通过以太网实现与振动台的通信；振动台可提供的振动频率范围为10-200HZ，其中振动可按照一定的谱施加，但在振动载荷谱不易获得的情况下，可施加随机振动载荷，以模拟车辆行驶中由路面和传动系统引起的振动(参照SAE J2380标准)。振动载荷的施加采用累积的方式，即在一定的时间内只施加一个方向的激励，动力电池所受的振动载荷为各个方向受到振动的叠加。振动台的每一个夹具上布置有一个三向加速度传感器，在试验中加速度信号会通过采集卡处理反馈到振动台，用以实时调节激励，振动采集卡通过IPV4接口与工控机相连。
所述安全保障系统包括视频监测单元、可燃气体检测单元、红外温度探测单元、泄压/换气系统及报警单元；所述视频监测单元和红外温度探测单元，用于动力电池的表面状态变化和温度变化进行实时监测；所述可燃气体检测单元，用于判断动力电池是否燃烧；所述报警单元，用于当确定危险源或设备自检存在问题时启动物理报警和软件弹窗；所述泄压/换气系统，用于对有毒气体进行处理和防燃，有毒气体根据保健康少污染的原则，通过化学处理排放到大气。
所述实验控制及监测系统通过以太网实现与视频监测单元即摄像头的通信。
所述实验控制及监测系统通过以太网实现与红外温度探测单元即红外温度探测仪的通信；红外温度探测仪实时监测试验中动力电池表面的温度，并反馈到实验控制及监测系统中的监测系统中。
所述实验控制及监测系统通过以太网实现与可燃气体检测单元即可燃气体检测仪的通信。电池发生燃烧时会释放大量有毒气体，会危害到试验操作人员的身体健康，由于电池燃烧时不充分，会释放一氧化碳气体，可燃气体检测仪通过监测可燃气体浓度(CO)，并反馈到监测系统中，保障试验人员安全。
所述远程状态监测系统通过无线网实现与实验控制及监测系统的通信。远程状态监测系统的功能在于能够远程实时调取监测系统的界面，能够实现对电池容量、充放电特性等性能的显示，能够实现急停等部分远程控制，无线网条件下这一功能受到距离的限制。
所述实验控制及监测系统通过以太网实现与中央数据服务器的通信。监测系统接收来自试验箱内传感器的电信号，经数据采集卡处理之后，将数据存储在中央数据服务器中
所述实验控制及监测系统CAN实现与电池系统/电池组的通信。内阻测试仪用来监控电池组中单体电池电压和内阻参数，并将这些参数反馈到监测系统中。此外在电池外表面关键部位布置加速度传感器5个，温度传感器3个，获得试验中电池在试验箱的振动和温度变化情况，加速度和温度信号通过传感器数据采集卡传输到工控机，被监测系统所接收。
所述照明系统为试验箱提供照明。
实施例二
参阅图2，一种动力电池可靠性试验方法，包括以下步骤：
步骤一、试验人员及试验对象准备完成后，开始试验；
步骤二、将动力电池通过夹具固定在振动台上；
步骤三、封闭试验箱；
步骤四、进行试验台中设备的运行自检；检查设备是否支持一定工况条件下执行功能测试；
具体方法如下：
试验台自检是一种设备自保护方式，也可用于帮助试验操作人员排查故障。在试验台运行自检时，将分别测量可编程电子负载、温度调节系统、和振动台电气部分的阻值，当阻值不在合理区间时，不能进行试验；测量干湿调节系统电气部分的阻值和冷却液的水位值，当阻值和水位值不在合理区间时，不能进行试验；测量泄压/换气系统中气罐的压力值，当气罐压力不在合理区间时，不能进行试验。
步骤五、判断当前状态是否满足试验条件；
不满足试验条件的情况，执行步骤六；满足试验条件的情况，执行步骤七；
具体如下：
判断当前状态是否满足试验条件是保护试验设备和试验操作人员的重要步骤，这些条件包括试验台自检状态正常、试验台箱体处于关闭状态和试验操作人员处于安全操作位置等。
步骤六、排查原因，排除故障后返回步骤四；
步骤七、设置试验工况；所述工况包括振动、温度、湿度、气压和一充放电谱；
步骤八、开始充放电循环；
步骤九、结束试验。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，包括实验箱以及密封在实验箱内的电源、可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统、振动台、内阻测试仪、实验控制及监测系统、安全保障系统、远程状态监测系统、照明系统和振动台；
所述电源，用于为整个试验台提供能量来源；
所述可编程电子负载、温度调节系统、干湿调节系统、泄压/换气系统和振动台构成载荷系统，用于为动力电池施加环境载荷和电子负载；
所述内阻测试仪，用于监控动力电池的电压和内阻参数；
所述实验控制及监测系统，用于控制载荷系统运行和接收反馈的传感信息；
所述安全保障系统，用于对动力电池的表面状态变化和温度进行实施监测，确定危险源或设备自检存在问题时启动物理报警和软件弹窗，并且当充入惰性气体时对有毒气体进行处理和防燃；
所述中央数据服务器，用于存储实验控制及监测系统反馈的传感信息；
所述远程状态监测系统，用于远程实时调取实验控制及监测系统的界面，能够实现对动力电池的容量、充放电性能的显示，能够实现急停部分远程控制；
所述照明系统，用于为试验台提供照明；
所述实验控制及监测系统通过CAN/RS232与可编程电子负载通信；所述实验控制及监测系统通过CAN与温度调节系统、干湿调节系统和泄压/换气系统通信；所述实验控制及监测系统通过以太网实现与振动台的通信；所述实验控制及监控系统通过CAN与内阻测试仪通信；所述实验控制及监测系统通过以太网与安全保障系统连接；所述实验控制及监测系统通过无线网与远程状态监测系统通信；所述实验控制及监测系统通过以太网与中央数据服务器通信；动力电池通过夹具固定在振动台上。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述实验控制及监测系统内置控制软件能够完成对电源、可编程电子负载、内阻测试仪和环境工况的同步控制。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述实验控制及监测系统监测的参数有：电池电压及电流、振动加速度、温湿度、冷却水压和流速、气压、时间、可燃气体浓度、绝缘电阻和视频信号。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述可编程电子负载，用于对动力电池进行放电，并集成了对动力电池充电的功能。
5.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述泄压/换气系统为试验箱提供77-103KPa的气压，当发现动力电池燃烧时通过充入惰性气体阻燃。
6.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述振动台振动频率范围为10-200HZ；所述振动台上设置有多个夹具，能够固定多个动力电池；每个所述夹具上布置有一个三向加速度传感器，在试验中加速度信号会通过采集卡处理反馈到振动台，用以实现调节激励；所述采集卡通过IPV4与工控机连接。
7.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述安全保障系统包括视频监测单元、可燃气体检测单元、红外温度探测单元、泄压/换气系统及报警单元；所述视频监测单元和红外温度探测单元，用于动力电池的表面状态变化和温度变化进行实时监测；所述可燃气体检测单元，用于判断动力电池是否燃烧；所述报警单元，用于当确定危险源或设备自检存在问题时启动物理报警和软件弹窗；所述泄压/换气系统，用于对有毒气体进行处理和防燃。
8.根据权利要求1所述的一种动力电池可靠性试验台，其特征在于，所述动力电池的外表面布置有5个加速度传感器和3个温度传感器，获得试验中动力电池在试验箱的振动和温度变化情况，并通过传感器数据采集卡传输到工况机，被实验控制及监测系统所接收。
9.一种动力电池可靠性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、试验人员及试验对象准备完成后，开始试验；
步骤二、将动力电池通过夹具固定在振动台上；
步骤三、封闭试验箱；
步骤四、进行试验台中设备的运行自检；检查设备是否支持一定工况条件下执行功能测试，是否满足安全相关的要求；
步骤五、判断当前状态是否满足试验条件；
不满足试验条件的情况，执行步骤六；满足试验条件的情况，执行步骤七；
步骤六、排查原因，排除故障后返回步骤四；
步骤七、设置试验工况；所述工况包括振动、温度、湿度、气压和一充放电谱；
步骤八、开始充放电循环；
步骤九、判断是否更换试验工况；若需要更换试验工况，返回步骤七；若不需要更换试验工况，执行步骤十；
步骤十、结束试验。
10.一种动力电池可靠性试验方法，其特征在于，
所述步骤四的具体方法如下：
在试验台运行自检时，将分别测量可编程电子负载、温度调节系统、和振动台的电气部分的阻值，当阻值不在合理区间时，不能进行试验；测量干湿调节系统的电气部分的阻值和冷却液的水位值，当阻值和水位值不在合理区间时，不能进行试验；测量泄压/换气系统中气罐的压力值，当气罐压力不在合理区间时，不能进行试验；
所述步骤五的具体方法如下：
判断当前状态是否满足试验条件是包括试验台自检状态正常、试验台箱体处于关闭状态和试验操作人员处于安全操作位置。
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