CN117782569A - 电池紧固件性能测试方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池机械结构设计技术领域，提供了一种电池紧固件性能测试方法、装置、电子设备和存储介质。首先对所有测试的电芯的每次测试过程中的膨胀力数据去趋势处理，并对去趋势处理后的数据进行傅里叶变换，得到对应的膨胀力频谱图，接着，基于每个电芯的膨胀力频谱图获取对应电芯在每次测试过程中的最大膨胀力，并基于所有电芯的最大膨胀力的分布确定对应的最大膨胀力上限值，以及基于所有电芯的膨胀力频谱图获取膨胀力载荷谱，然后，按照膨胀力载荷谱对电池紧固件施加随机振动载荷本发明能够提高电池紧固件的设计准确性。

Description

电池紧固件性能测试方法、装置、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及锂电池机械结构设计技术领域，特别是涉及一种电池紧固件性能测试方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术

为了减少燃煤型火电的排放，全球电化学储能得到广泛应用，让风电、光电等绿色能源有了存储之地，从而进一步得到人们的利用。为了减少燃油的排放，新能源汽车的迅猛发展，逐渐减少传统燃油车的使用，让清洁能源得到大力发展。

在电化学储能和新能源汽车领域，都离不开锂离子电池的应用，要将成百上千甚至上万的锂离子电池组装成车用或储能用的电池系统，需要大量的结构设计，以保证使用过程中保证电池系统的正常结构支撑。但是锂电池其固有特性中有一个重要参数是膨胀力，膨胀力会随着锂电池的充放过程SOC的状态变化而变化，会随着循环次数的增加而增长，膨胀力的变化与增长会影响机械结构设计强度，当膨胀力超过结构件的承载应力极限的时候，会出现结构件开裂，从而影响电池系统的使用安全。因此，对电池膨胀力的评估，是结构设计的重要参数输入。

锂电池的膨胀力变化受到多方面的影响，使其既具有周期性又具有增长性。其中，受锂电池充放电过程中锂离子的嵌入与脱出影响，使膨胀力呈现出随充放电过程变化的周期性变化。另外，受锂电池阳极SEI膜增长等因素影响，是膨胀力变化趋势呈现出增长性变化。

当前，行业内考虑电芯膨胀力的结构设计思路的步骤流程如下：（1）启动设计；（2）电芯膨胀力测试；（3）获得最大膨胀力；（4）计算结构设计余量；（5）确定最小承载力；（6）机械结构设计；（7）结构件承载力测试，测试是否满足要求，如果是，完成设计，否则，返回（6）。

上述步骤流程中，将电芯循环膨胀力测试的结果作为结构设计的膨胀力输入（或应用膨胀力测试经验值）作为结构设计输入。循环膨胀力测试的具体操作方法是，在对电芯做容量寿命循环测试的同时，记录每个充放电循环过程中的电芯膨胀力，在完成目标容量循环数之后，结束电芯的循环膨胀力测试。如图1所示，是一颗电芯的循环膨胀力测试数据，记录了这颗电芯随着容量循环测试变化而变化的循环膨胀力数据。

从图1中可以看到，电芯起始有一个预紧力，随后电芯的膨胀力随着循环次数的增多而变化，整体展现出周期性变化和增大趋势。行业内把电芯从0%SOC充电至100%SOC，再从100%SOC放电至0%SOC的充放过程，定义为一次充放循环，俗称循环，在此过程中的放电容量称为循环容量，重复这样一个充放测试过程称为容量循环测试。电芯的膨胀力是跟随SOC变换而变化的，在每个容量循环测试过程中都会出现一个最大膨胀力和最小膨胀力。最大膨胀力理论值在100%SOC时出现，实际测试值在100%SOC附近，最小膨胀力理论值在0%SOC时出现，实际测试值在0%SOC附近。当前行业内只取用了每一次容量循环中的最大膨胀力，作为结构强度设计的输入依据。获取最大膨胀力的传统的方法，是在电芯每一次循环测试中SOC为100%时，人工寻找最大膨胀力值。

在得到电芯最大膨胀力曲线之后，做电池系统机械结构强度设计时，根据目标循环数下的最大膨胀力为依据，设计机械结构件的最小承载力，如图1所示。比如设计目标是满足电芯循环2000次没有结构风险，那么线1以下为电芯最大膨胀力增长区域，在线1基础上增加一定的安全余量，达到线2的应力值，那么线2是机械结构需要保证的最小承载力。最大膨胀力以下区域为结构强度危险区域，最小承载力以上区域为结构强度安全区域，两者之间为安全余量区。在做机械结构强度设计的时候，机械件的承载力应在线2以上区域，危险区域和余量区均为结构强度设计风险区域。

在机械结构设计之后，需要对结构设计强度进行校核，检验结构件是否满足结构设计承载力要求，行业常用的结构设计验证测试手段是用一个拉力或者压力试验机，对结构件持续加载拉力或者加力，看结构件发生断裂的极限应力是否落在安全区域范围内，若是则结构强度设计通过，若不是则返回重新做机械结构设计，直至结构强度设计验证通过。

以上的传统设计思路里，会存在以下问题：

1、关于最大膨胀力如何获得，并未有明确方法，大多在每一圈的大量循环膨胀力数据中用人工挑选出最大值，人工挑选费事费力且容易出错；

2、即使获得样本最大膨胀力曲线，亦没有对整体电芯的最大膨胀力做评估，仅仅使用少量电芯样本的最大膨胀力相对最大值作为设计输入，并不足以代表电池总体样本的最大膨胀力水平；即使以少量电芯样本的最大膨胀力相对最大值作为设计依据，在最大膨胀力相对最大值和结构承载力之间选用多大的余量，往往是用的经验值，缺少科学的定量计算依据；

3、电芯的循环膨胀力是一个周期变化曲线，而传统设计中只是简单使用了最大膨胀力作为设计依据，忽略了电芯膨胀力是在最大膨胀力和最小膨胀力之间变化的实时，相较于一个电芯测试数据而言，最大膨胀力仅仅是诸多测试数据中的一个，如此舍弃了大量测试数据，也就失去了对诸多膨胀力信息的掌握，对评估方法中的承载力测试影响巨大；

4、在结构强度测试过程中，传统方法仅仅只使用了极限强度测试，而忽略了周期变化的膨胀力对结构强度施加的疲劳损害。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

根据本发明第一方面，提供了一种电池紧固件性能测试方法，所述方法包括如下步骤：

S200，从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m。

S210，对电芯i的循环膨胀力测试数据进行去趋势处理，得到以0为振动中心的电芯i的周期循环膨胀力测试数据。

S220，对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到电芯i对应的膨胀力频谱图FIG_i；膨胀力频谱图FIG_i用于表示不同膨胀力周期频率和对应的膨胀力之间的关系。

S230，获取膨胀力频谱图FIG_i中的最大的膨胀力作为电芯i的最大膨胀力SPⁱ _max；得到最大膨胀力集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SPⁱ _max，……，SP^m _max）。

S240，基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力。

S250，基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱。

S260，基于获取的最小承载力对目标电芯进行支撑的电池紧固件的结构进行设计，得到对应的电池紧固件。

S270，基于所述膨胀力载荷谱对所述电池紧固件施加随机振动载荷，以对电池紧固件的性能进行测试。

可选地，S210具体包括：

S2101，设置次数循环变量r=1。

S2102，获取电芯i在第r次膨胀力测试过程中的膨胀力测试数据SP^r _i=（SP^r1 _i，SP^r2 _i，…，SP^rj _i，…，SP^{rf（i，r）} _i），SP^rj _i为SP^r _i中的第j个数据，j的取值为1到f（i，r），f（i，r）为SP^r _i中的数据数量。

S2103，对SP^r _i进行去趋势处理，得到电芯i在第r次膨胀力测试过程中的去趋势膨胀力测试数据SPR^r _i=（SPR^r1 _i，SPR^r2 _i，…，SPR^rj _i，…，SPR^{rf（i，r）} _i），SPR^rj _i为SPR^r _i中的第j个去趋势膨胀力测试数据。

S2104，设置r=r+1，如果r≤k，执行S2102，否则，得到电芯i的周期循环膨胀力测试数据SPR_i=（SPR¹ _i，SPR² _i，…，SPR^r _i，…，SPR^k _i），并退出当前控制程序。

可选地，其中，SPR^rj _i=SP^rj _i-Avg^r _i，Avg^r _i为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的平均膨胀力测试数据，Avg^r _i=（SP^r1 _i+SP^r2 _i+…+SP^rj _i+…+SP^{rf（i，r）} _i）/f（i，r）。

可选地，SPR^1j _i=SP^1j _i-Avg¹ _i，Avg¹ _i为电芯i在第1次膨胀力测试过程中的平均膨胀力测试数据，Avg¹ _i=（SP¹¹ _i+SP¹² _i+…+SP^1j _i+…+SP^{1f（i，1）} _i）/f（i，1）； SPR^g _i=SP^g _i-Avg^g _i，SPR^g _i为电芯i对应的所有膨胀力测试数据中的第g个膨胀力测试数据SP^g _i对应的去趋势膨胀力测试数据，g的取值为f（i，1）至f（k，1）；Avg^g _i为SP^g _i对应的平均膨胀力测试数据，Avg^g _i=（SP^g-z _i+SP^g-z+1 _i+…+SP^g-x _i+…+SP^g-1 _i）/z，SP^g-x _i为SP^g _i之前的第x个膨胀力测试数据，x的取值为1到z，z为设定膨胀力测试数据的数量。

可选地，S240具体包括：

S10，获取SP^r _max对应的分布图，并基于获取的SP^r _max对应的分布图确定SP^r _max的分布类型。

S12，获取SP^r _max的分布类型对应的分布的预设上限作为第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力上限值SPL^r _max。

S14，获取max（SPL¹ _max，SPL² _max，……，SPL^r _max，……，SPL^k _max）作为所述最小承载力。

可选地，通过随机载荷振动设备对所述电池紧固件施加随机振动载荷。

可选地，S270具体包括：

S271，启动电池紧固件承载力测试程序，并设置测试次数计数器a=1。

S272，如果a≤P，执行S273，否则，将当前电池紧固件作为目标电池紧固件，并退出当前测试程序；P为设定测试次数阈值。

S273，在第a次测试时，利用所述随机载荷设备按照载荷谱生成随机载荷加载到紧固件；所述随机载荷对应的载荷范围基于所述膨胀力载荷谱确定；执行S274。

S274，对当前电池紧固件施加所述随机振动载荷，如果当前电池紧固件没有发生断裂，执行S275；否则，执行S276。

S275，设置a=a+1，执行S272。

S276，退出当前测试程序，执行S260。

根据本发明第二方面，提供一种电池紧固件性能测试装置，所述装置包括：

膨胀力测试模块，用于从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m。

数据处理模块，用于执行如下操作：

对电芯i的循环膨胀力测试数据进行去趋势处理，得到以0为振动中心的电芯i的周期循环膨胀力测试数据。

对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到电芯i对应的膨胀力频谱图FIG_i；膨胀力频谱图FIG_i用于表示不同膨胀力周期频率和对应的膨胀力之间的关系。

获取膨胀力频谱图FIG_i中的最大的膨胀力作为电芯i的最大膨胀力SPⁱ _max；得到最大膨胀力集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SPⁱ _max，……，SP^m _max）。

基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力；以及基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱。

结构设计模块，用于基于获取的最小承载力对目标电芯进行支撑的电池紧固件的结构进行设计，得到对应的电池紧固件。

测试模块，用于基于所述膨胀力载荷谱对所述电池紧固件施加随机振动载荷，以对电池紧固件的性能进行测试。

根据本发明第三方面，提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，其特征在于，所述至少一条指令或所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如前述方法。

根据本发明第四方面，提供一种电子设备，包括处理器和前述的非瞬时性计算机可读存储介质。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供的电池紧固件性能测试方法，首先对所有测试的电芯的每次测试过程中的膨胀力数据去趋势处理，并对去趋势处理后的数据进行傅里叶变换，得到对应的膨胀力频谱图，接着，基于每个电芯的膨胀力频谱图获取对应电芯在每次测试过程中的最大膨胀力，并基于所有电芯的最大膨胀力的分布确定对应的最大膨胀力上限值，以及基于所有电芯的膨胀力频谱图获取膨胀力载荷谱，然后，按照膨胀力载荷谱对电池紧固件施加随机振动载荷，观察电池紧固件的疲劳测试结果是否在目标循环数内不发生结构断裂。通过本发明，能够至少解决上述技术问题之一。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的电芯最大膨胀力随容量循环变化曲线图。

图2为本发明一实施例提供的电池紧固件性能测试方法的流程图。

图3为本发明另一实施例提供的电池紧固件性能测试方法的流程图。

图4为本发明实施例得到的膨胀力载荷图的示意图。

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，本领域技术人员在没有作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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

本发明实施例提供一种电池紧固件性能测试方法，如图2所示，本发明实施例提供的电池紧固件性能测试方法可包括如下步骤：

S100，从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m。

在本发明实施例中，目标电芯设置在电池包或者锂电池模组中。电池紧固件用于支撑目标电池包或者目标锂电池模组中的电池单体。电池紧固件的性能可为电池结构件的结构强度。电池紧固件可为对相对于电池的极片平行设置的结构件。

本领域技术人员知晓，任何对电芯进行循环膨胀力测试的方法均属于本发明的保护范围。

S110，基于电芯i的循环膨胀力测试数据，获取电芯i对应的膨胀力信息表，其中，电芯i对应的膨胀力信息表的第r行包括（SP^ir _min，SP^ir _max）；其中，SP^ir _max为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的最大膨胀力SP^ir _max，SP^ir _min为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的最小膨胀力；r的取值为1到k。

进一步地，在本发明实施例中，可使用峰值检测算法或者数据包络分析法得到电芯i对应的膨胀力信息表。优选，使用数据包络分析法。

本领域技术人员知晓，使用数据包络分析法得到电芯i对应的膨胀力信息表的方式可为现有技术。在一个示意性实施例中，使用数据包络分析法得到电芯i对应的膨胀力信息表的步骤可包括：

S1101，基于电芯i的循环膨胀力测试数据，分别获取该循环膨胀力测试数据中的极大值和极小值，分别作为1阶最大包络曲线的特征点和1阶最小包络曲线的特征点；

S1102，从s阶最大包络曲线的特征点中获取极大值点作为s+1阶最大包络曲线的特征点，如果位于s+1阶最大包络曲线中的任意两个相邻特征点对应的时间间隔满足设定条件，则将s+1阶最大包络曲线作为目标最大包络曲线，并执行S1104；否则，执行S1106；s的初始值为1。

S1103，从t阶最小包络曲线的特征点中获取极小值点作为t+1阶最小包络曲线的特征点，如果位于t+1阶最小包络曲线中的任意两个相邻特征点对应的时间间隔满足设定条件，则将t+1阶最小包络曲线作为目标最小包络曲线，并执行S1105；否则，执行S1107；t的初始值为1。

在本发明实施例中，设定条件的作用在于使得每一次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力和最小膨胀力均位于对应的测试时间内，设定条件具体为：h×T≤△t≤T，其中，△t为相邻两个特征点之间的时间间隔，T为一个膨胀力测试过程的时间，h为预设系数，0＜h＜1，优选，h=0.5。

S1104，设置s=s+1，执行S1102；

S1105，设置t=t+1，执行S1103；

S1106，将目标最大包络曲线中的所有特征点作为电芯i的最大膨胀力数据。

目标最大包络曲线会包括k个特征点。

S1107，将目标最小包络曲线中的所有特征点作为电芯i的最小膨胀力数据。

目标最小包络曲线会包括k个特征点。

S1108，基于所述电芯i的最小膨胀力数据和所述电芯i的最大膨胀力数据得到电芯i对应的膨胀力信息表。

本领域技术人员知晓，可见属于同一测试过程的最大膨胀力和最小膨胀力放置在同一行中，进而得到电芯i对应的膨胀力信息表。

由于在循环膨胀力测试过程中，循环测试和膨胀力测试使用不同的设备，所记录的数据是分开的，包含时间、电流、SOC等信息的循环测试数据会存储在一个表中，如下表1所示，膨胀力相关数据会存储在另一个表中，如下表2所示：

表1：循环相关数据

表2：膨胀力相关数据

当两个设备记录时间t1和t2是同步的时候，人工找出膨胀力Ft中的最大相对简单，只需在SOC为100%对应时刻附近找Ft的最大值即可，但是要花不少时间。当两个测试设备任意有记录滞后、丢失数据、卡顿等问题，都会导致记录的时间t1和t2不同步，这时候找出Ft中循环的最大值将很麻烦。因此，本发明使用数据包络分析方法，能够在循环膨胀力测试数据快速准确获取最大膨胀力值和最小膨胀力值得算法，避免发生用人工寻找最大膨胀力值和最小膨胀力值带来的准确度和效率的问题。

S120，基于m个电芯对应的膨胀力信息表获取第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力数据SP^r _max=（SP^1r _max，SP^2r _max，…，SP^ir _max，…，SP^mr _max）和最小膨胀力数据SP^r _min=（SP^1r _min，SP^2r _min，…，SP^ir _min，…，SP^mr _min）；得到最大膨胀力数据集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SP^r _max，……，SP^k _max）和最小膨胀力数据集SP_min=（SP¹ _min，SP² _min，……，SP^r _min，……，SP^k _min）。

S130，基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力，以及基于SP_max和SP_min获取对电池紧固件进行测试的测试数据。

进一步地，所述基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力，具体包括：

S10，获取SP^r _max对应的分布图，并基于获取的SP^r _max对应的分布图确定SP^r _max的分布类型。

在本发明实施例中，获取到的SP^r _max中的数据符合正太分布N(μ,σ²)，μ为正态分布的均值，σ为正态分布的标准差。

S12，获取SP^r _max的分布类型对应的分布的预设上限作为第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力上限值SPL^r _max。

在本发明实施例中，预设上限可基于实际需要进行设置，在一个示意性实施例中，预设上限大于等于99.7%。由于最大膨胀力分布满足正态分布，所以SPL^r _max的取值最小为3σ，即可保障99.7%的产品结构设计没有问题。本领域技术人员知晓，如果想要产品结构设计可靠度更高，可选用4σ上限、5σ上限或者6σ上限等。

S14，获取max（SPL¹ _max，SPL² _max，……，SPL^r _max，……，SPL^k _max）作为所述最小承载力。

S10至S14的技术效果在于，能够避免只用一两个电芯的最大膨胀力测试结果代替电芯总体样本的最大膨胀力值的问题，做到电芯总体样本的最大膨胀力定量计算，使最大膨胀力上限设计参数得到定量计算，如此能够使得设计更加合理化，无需顾虑预留设计余量应该为多少。

进一步地，所述基于SP_max和SP_min获取对电池紧固件进行测试的测试数据，具体包括：

S20，获取SP^r _max对应的分布图，并基于获取的SP^r _max对应的分布图确定SP^r _max的分布类型，以及获取SP^r _min对应的分布图，并基于获取的SP^r _min对应的分布图确定SP^r _min的分布类型。

在本发明实施例中，获取到的SP^r _max和SP^r _min中的数据均符合正太分布N(μ,σ²)，μ为正态分布的均值，σ为正态分布的标准差。

S22，获取SP^r _max的分布类型对应的分布的预设上限作为第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力上限值SPL^r _max，以及获取SP^r _min的分布类型对应的分布的h下限作为第r次膨胀力测试过程对应的最小膨胀力下限值SPL^r _min。

在本发明实施例中，由于相同设计开发的电芯在同样循环次数情况下最大膨胀力分布符合正态分布特征，所以SPL^r _max的取值最小为3σ，即可保障99.7%的产品结构设计没有问题，即预设上限大于等于99.7%。同理，可取SP^r _min的分布类型对应的分布的3σ下限作为SPL^r _min。本领域技术人员知晓，如果想要产品结构设计可靠度更高，可选用4σ上/下限、5σ上/下限或者6σ上/下限等。

S24，基于获取周期循环膨胀力数据表作为所述测试数据，所述周期循环膨胀力数据表的第r行包括（r，SPL^r _min，SPL^r _max）。

S140，基于获取的最小承载力进行结构设计，得到对应的电池紧固件。

本领域技术人员知晓，基于获取的最小承载力进行结构设计，得到对应的电池紧固件可为现有技术。

S150，利用所述测试数据对所述电池紧固件进行k次周期疲劳测试，以得到目标电池紧固件。

进一步地，S150可具体包括：

S151，将启动电池紧固件承载力测试程序，并设置r=1。

S152，如果r≤k，执行S153，否则，说明当前电池紧固件的结构强度符合要求，将当前电池紧固件作为目标电池紧固件，并退出当前测试程序。

S153，在第r个测试周期的第s个载荷施加时刻对当前电池紧固件施加对应的载荷，如果电池紧固件没有发生断裂，执行S154；否则，执行S156；s的初始值为1。

在本发明实施例中，载荷是指对电池紧固件施加的外力。

在本发明实施例中，每个测试周期的载荷施加时刻的数量相同，并且两个载荷施加时刻的时间间隔相同。在实际应用中，载荷施加设备会按照设定时间间隔对电池紧固件施加对应的载荷。例如，在第1个测试周期的开始时刻，会施加周期循环膨胀力数据表中的第1行的第1个膨胀力对应的载荷，在设定时间间隔之后，施加第2个膨胀力对应的载荷，依次类推。

S154，设置s=s+1，如果s≤2，执行S154，否则，执行S155。

S155，设置r=r+1，并执行S152；

S156，退出当前测试程序，并基于所述最小承载力对当前电池紧固件的结构设计进行调整，得到新的电池紧固件，并执行S140。

本发明实施例中，采用了周期变化的膨胀力对电池紧固件进行疲劳测试，考虑了周期变化的膨胀力对结构强度施加的疲劳损害，因此，能够使得设计的电池紧固件更加合理。

基于相同的技术构思，本发明另一实施例还提供一种电池紧固件性能测试装置，所述装置包括：

第一测试模块，用于从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m。

数据处理模块，用于执行如下操作：

基于电芯i的循环膨胀力测试数据，获取电芯i对应的膨胀力信息表，其中，电芯i对应的膨胀力信息表的第r行包括（SP^ir _min，SP^ir _max）；其中，SP^ir _max为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的最大膨胀力SP^ir _max，SP^ir _min为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的最小膨胀力；r的取值为1到k。

基于m个电芯对应的膨胀力信息表获取第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力数据SP^r _max=（SP^1r _max，SP^2r _max，…，SP^ir _max，…，SP^mr _max）和最小膨胀力数据SP^r _min=（SP^1r _min，SP^2r _min，…，SP^ir _min，…，SP^mr _min）；得到最大膨胀力数据集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SP^r _max，……，SP^k _max）和最小膨胀力数据集SP_min=（SP¹ _min，SP² _min，……，SP^r _min，……，SP^k _min）；

基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力，以及基于SP_max和SP_min获取对电池紧固件进行测试的测试数据。

基于获取的最小承载力进行结构设计，得到对应的电池紧固件。

第二测试模块，用于利用所述测试数据对所述电池紧固件进行k次周期疲劳测试，以得到目标电池紧固件。

该装置可以用于执行图2所示的实施例中所示的方法，因此，对于该装置的各功能模块所能够实现的功能等可参考图2所示的实施例的描述，不多赘述。

实施例二

本发明另一实施例提供一种电池紧固件性能测试方法，如图3所示，所述方法包括如下步骤：

S200，从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m。

在本发明实施例中，目标电芯设置在电池包或者锂电池模组中。电池紧固件用于支撑目标电池包或者目标锂电池模组中的电池单体。电池紧固件的性能可为电池结构件的结构强度。电池紧固件可为对相对于电池的极片平行设置的结构件。

本领域技术人员知晓，任何对电芯进行循环膨胀力测试的方法均属于本发明的保护范围。

在本发明实施例中，周期循环膨胀力测试数据是时域数据，是膨胀力随时间变化的数据。

S210，对电芯i的循环膨胀力测试数据进行去趋势处理，得到以0为振动中心的类似周期函数的电芯i的周期循环膨胀力测试数据。

在本发明实施例中，电芯在充放过程中，其膨胀收缩时施加在壳体上的力，可以看做是一种施加在壳体上的振动载荷。

在一个示意性实施例中，S210具体包括：

S2101，设置次数循环变量r=1；

S2102，获取电芯i在第r次膨胀力测试过程中的膨胀力测试数据SP^r _i=（SP^r1 _i，SP^r2 _i，…，SP^rj _i，…，SP^{rf（i，r）} _i），SP^rj _i为SP^r _i中的第j个数据，j的取值为1到f（i，r），f（i，r）为SP^r _i中的数据数量。

在本发明实施例中，每次膨胀力测试过程中的膨胀力测试数据可相同，即f（i，1）=f（i，2）=……=f（i，r）=……=f（i，k）。

S2103，对SP^r _i进行去趋势处理，得到电芯i在第r次膨胀力测试过程中的去趋势膨胀力测试数据SPR^r _i=（SPR^r1 _i，SPR^r2 _i，…，SPR^rj _i，…，SPR^{rf（i，r）} _i），SPR^rj _i为SPR^r _i中的第j个去趋势膨胀力测试数据。

在本发明一示意性实施例中，可采用包络去趋势方法获取去趋势膨胀力测试数据。即，SPR^rj _i=SP^rj _i-Avg^r _i，Avg^r _i为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的平均膨胀力测试数据，Avg^r _i=（SP^r1 _i+SP^r2 _i+…+SP^rj _i+…+SP^{rf（i，r）} _i）/f（i，r）。

在另一个示意性实施例中，可通过递归计算去趋势方法获取去趋势膨胀力测试数据。具体地，SPR^1j _i=SP^1j _i-Avg¹ _i，Avg¹ _i为电芯i在第1次膨胀力测试过程中的平均膨胀力测试数据，Avg¹ _i=（SP¹¹ _i+SP¹² _i+…+SP^1j _i+…+SP^{1f（i，1）} _i）/f（i，1）； SPR^g _i=SP^g _i-Avg^g _i，SPR^g _i为电芯i对应的所有膨胀力测试数据中的第g个膨胀力测试数据SP^g _i对应的去趋势膨胀力测试数据，g的取值为f（i，1）至f（k，1）；Avg^g _i为SP^g _i对应的平均膨胀力测试数据，Avg^g _i=（SP^g-z _i+SP^g-z+1 _i+…+SP^g-x _i+…+SP^g-1 _i）/z，SP^g-x _i为SP^g _i之前的第x个膨胀力测试数据，x的取值为1到z，z为设定膨胀力测试数据的数量，可为一个膨胀力测试过程中的膨胀力测试数据。

S2104，设置r=r+1，如果r≤k，执行S2102，否则，得到电芯i的周期循环膨胀力测试数据SPR_i=（SPR¹ _i，SPR² _i，…，SPR^r _i，…，SPR^k _i），并退出当前控制程序。S220，对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到对应的膨胀力频谱图FIG_i；膨胀力频谱图FIG_i用于表示不同膨胀力周期频率和对应的膨胀力之间的关系，其中，横坐标为周期频率，步长为周期循环膨胀力测试数据的周期，纵坐标为膨胀力。

在本发明实施例中，傅里叶变换是将时域数据转换为频域数据，得到的是膨胀力随振动频率变化的数据。本领域技术人员知晓，任何对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到对应的膨胀力频谱图FIG_i的方法均属于本发明的保护范围。

S230，获取膨胀力频谱图FIG_i中的最大的膨胀力作为电芯i的最大膨胀力SPⁱ _max；得到最大膨胀力集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SPⁱ _max，……，SP^m _max）。

S240，基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力。

进一步地，S240具体包括：

S10，获取SP^r _max对应的分布图，并基于获取的SP^r _max对应的分布图确定SP^r _max的分布类型。

在本发明实施例中，获取到的SP^r _max中的数据符合正太分布N(μ,σ²)，μ为正态分布的均值，σ为正态分布的标准差。

S12，获取SP^r _max的分布类型对应的分布的预设上限作为第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力上限值SPL^r _max。

在本发明实施例中，Q可基于实际需要进行设置，在一个示意性实施例中，Q≥99.7%。由于最大膨胀力分布满足正态分布，所以SPL^r _max的取值最小为3σ，即可保障99.7%的产品结构设计没有问题。本领域技术人员知晓，如果想要产品结构设计可靠度更高，可选用4σ上限、5σ上限或者6σ上限等。

S14，获取max（SPL¹ _max，SPL² _max，……，SPL^r _max，……，SPL^k _max）作为所述最小承载力。

S10至S14的技术效果在于，能够避免只用一两个电芯的最大膨胀力测试结果代替电芯总体样本的最大膨胀力值的问题，做到电芯总体样本的最大膨胀力定量计算，使最大膨胀力上限设计参数得到定量计算，如此能够使得设计更加合理化，无需顾虑预留设计余量应该为多少。

S250，基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱。

膨胀力载荷谱用于表示不同加载频率和对应载荷之间的关系。横坐标为加载频率，步长为周期循环膨胀力测试数据的周期。在本发明实施例中，载荷是指对电池紧固件施加的外力。

在本发明实施例中，在获取膨胀力载荷谱时，可将膨胀力时域载荷类比成采集的振动数据时域载荷，即膨胀力载荷谱可参照现有的振动载荷谱获取方法获取得到，例如，可参照专利文献（CN112924308B）中的振动数据的载荷谱获取方法获取得到。在具体获取过程中，可将改专利文献中的振动数据替换为本发明的膨胀力测试数据即可。

本领域技术人员知晓，任何基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱的方法均属于本发明的保护范围。本发明一实施例中，得到的膨胀力载荷谱可如图4所示。图4中，标号abcdefg为膨胀力载荷谱上的下限上的点，标号ABCDEFG为膨胀力载荷谱上的上限上的点。

S260，基于获取的最小承载力对目标电芯进行支撑的电池紧固件的结构进行设计，得到对应的电池紧固件。

本领域技术人员知晓，基于获取的最小承载力进行结构设计，得到对应的电池紧固件可为现有技术。

S270，基于所述膨胀力载荷谱对所述电池紧固件施加随机振动载荷，以对电池紧固件的性能进行测试。

在本发明实施例中，可通过随机载荷振动设备对所述电池紧固件施加随机振动载荷。随机载荷振动设备可为现有设备。

进一步地，S270可具体包括：

S271，启动电池紧固件承载力测试程序，并设置测试次数计数器a=1；

S272，如果a≤P，执行S273，否则，说明当前电池紧固件的结构强度符合要求，将当前电池紧固件作为目标电池紧固件，并退出当前测试程序；P为设定测试次数阈值，可基于实际需要进行设置。

S273，在第a次测试时，利用所述随机载荷设备按照载荷谱生成随机载荷加载到紧固件；所述随机载荷对应的载荷范围基于所述膨胀力载荷谱确定；执行S274。

本领域技术人员知晓，生成随机加载频率以及基于随机加载频率生成对应的随机振动载荷属于现有方式。例如，随机载荷振动设备生成的随机加载频率为10Hz，则从膨胀力载荷谱中获取10Hz对应的载荷范围，然后从获取的载荷范围中生成随机振动载荷即可。

S274，对当前电池紧固件施加所述随机振动载荷，如果当前电池紧固件没有发生断裂，执行S275；否则，执行S276；

S275，设置a=a+1，执行S272；

S276，退出当前测试程序，执行S260。

本发明实施例中，对电池紧固件施加随机振动载荷进行测试，相比于现有的静态拉压力载荷测试，能够使得测试更加合理。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种电池紧固件性能测试装置，所述装置包括：

膨胀力测试模块，用于从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m。

数据处理模块，用于执行如下操作：

对电芯i的循环膨胀力测试数据进行去趋势处理，得到以0为振动中心的电芯i的周期循环膨胀力测试数据；

对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到对应的膨胀力频谱图FIG_i；膨胀力频谱图FIG_i用于表示不同膨胀力周期频率和对应的膨胀力之间的关系；

获取膨胀力频谱图FIG_i中的最大的膨胀力作为电芯i的最大膨胀力SPⁱ _max；得到最大膨胀力集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SPⁱ _max，……，SP^m _max）；

基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力；以及基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱。

结构设计模块，用于基于获取的最小承载力对目标电芯进行支撑的电池紧固件的结构进行设计，得到对应的电池紧固件；

测试模块，用于基于所述膨胀力载荷谱对所述电池紧固件施加随机振动载荷，以对电池紧固件的性能进行测试。

该装置可以用于执行图3所示的实施例中所示的方法，因此，对于该装置的各功能模块所能够实现的功能等可参考图3所示的实施例的描述，不多赘述。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行本发明实施例所述的方法。

本发明实施例还提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机指令用于执行本发明实施例所述的方法。

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例提供一种移动终端，包括处理器和存储器。

存储器用于存储执行上述各个方法实施例所述方法的程序；处理器被配置为执行存储器中存储的程序。处理器可以是包括中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本公开的实施例的功能以及/或者其它期望的功能。

本发明实施例提供的移动终端，移动终端不仅包括处理器和存储器，还包括输入设备（例如触摸屏、摄像头、传声器等）、输出设备（例如显示屏、扬声器等）、通信模块、电源模块。

其中，存储器、输入设备、输出设备、通信模块、电源模块通过串口、总线或USB接口与处理器连接。其中，对于单处理器移动终端，处理器即CPU（中央处理器）；对于双处理器移动终端，处理器包括主处理器和从处理器，由其主处理器执行应用程序实现本发明实施例提供的方法，若其中需要与外界进行通信，则由从处理器控制通信模块配合实现；对于包含GPU（图形处理器）和CPU的移动终端，处理器是指GPU和CPU，由GPU和CPU配合或由CPU单独实现本申请实施例提供的方法。

其中，移动终端的存储器可以但不仅限于包括：Flash（闪存）存储器、RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）等。RAM主要用于存储移动终端运行时的程序和数据，需要执行的程序或者需要处理的数据都必须先装入RAM内。ROM主要用于检查移动终端操作系统的配置情况，并提供最基本的输入输出（I/O）程序。Flash存储器是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）存储器，数据删除不是以单个的字节为单位，而是以固定的区块为单位。由于Flash存储器断电时仍能保存数据，它通常被用来保存设置信息，如用户对手机的设置信息等。

应当指出的是，针对不同的移动终端（单处理器智能手机、双处理器智能手机、智能穿戴设备、平板电脑等等），其可能包括比前述的移动终端更多或更少的硬件结构，但只要包括存储器和处理器，且能够实现上述方法实施例的功能，均在本公开的保护范围内。

上述各实施例中的移动终端包括智能手机、掌上电脑、平板电脑、带显示屏的可穿戴设备等等。

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有执行上述各个实施例所述方法的程序。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池紧固件性能测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S200，从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m；

S210，对电芯i的循环膨胀力测试数据进行去趋势处理，得到以0为振动中心的电芯i的周期循环膨胀力测试数据；

S220，对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到电芯i对应的膨胀力频谱图FIG_i；膨胀力频谱图FIG_i用于表示不同膨胀力周期频率和对应的膨胀力之间的关系；

S230，获取膨胀力频谱图FIG_i中的最大的膨胀力作为电芯i的最大膨胀力SPⁱ _max；得到最大膨胀力集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SPⁱ _max，……，SP^m _max）；

S240，基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力；

S250，基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱；

S260，基于获取的最小承载力对目标电芯进行支撑的电池紧固件的结构进行设计，得到对应的电池紧固件；

S270，基于所述膨胀力载荷谱对所述电池紧固件施加随机振动载荷，以对电池紧固件的性能进行测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S210具体包括：

S2101，设置次数循环变量r=1；

S2102，获取电芯i在第r次膨胀力测试过程中的膨胀力测试数据SP^r _i=（SP^r1 _i，SP^r2 _i，…，SP^rj _i，…，SP^{rf（i，r）} _i），SP^rj _i为SP^r _i中的第j个数据，j的取值为1到f（i，r），f（i，r）为SP^r _i中的数据数量；

S2103，对SP^r _i进行去趋势处理，得到电芯i在第r次膨胀力测试过程中的去趋势膨胀力测试数据SPR^r _i=（SPR^r1 _i，SPR^r2 _i，…，SPR^rj _i，…，SPR^{rf（i，r）} _i），SPR^rj _i为SPR^r _i中的第j个去趋势膨胀力测试数据；

S2104，设置r=r+1，如果r≤k，执行S2102，否则，得到电芯i的周期循环膨胀力测试数据SPR_i=（SPR¹ _i，SPR² _i，…，SPR^r _i，…，SPR^k _i），并退出当前控制程序。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，SPR^rj _i=SP^rj _i-Avg^r _i，Avg^r _i为电芯i在第r次膨胀力测试过程中的平均膨胀力测试数据，Avg^r _i=（SP^r1 _i+SP^r2 _i+…+SP^rj _i+…+SP^{rf（i，r）} _i）/f（i，r）。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，SPR^1j _i=SP^1j _i-Avg¹ _i，Avg¹ _i为电芯i在第1次膨胀力测试过程中的平均膨胀力测试数据，Avg¹ _i=（SP¹¹ _i+SP¹² _i+…+SP^1j _i+…+SP^{1f（i，1）} _i）/f（i，1）； SPR^g _i=SP^g _i-Avg^g _i，SPR^g _i为电芯i对应的所有膨胀力测试数据中的第g个膨胀力测试数据SP^g _i对应的去趋势膨胀力测试数据，g的取值为f（i，1）至f（k，1）；Avg^g _i为SP^g _i对应的平均膨胀力测试数据，Avg^g _i=（SP^g-z _i+SP^g-z+1 _i+…+SP^g-x _i+…+SP^g-1 _i）/z，SP^g-x _i为SP^g _i之前的第x个膨胀力测试数据，x的取值为1到z，z为设定膨胀力测试数据的数量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S240具体包括：

S10，获取SP^r _max对应的分布图，并基于获取的SP^r _max对应的分布图确定SP^r _max的分布类型；

S12，获取SP^r _max的分布类型对应的分布的预设上限作为第r次膨胀力测试过程对应的最大膨胀力上限值SPL^r _max；

S14，获取max（SPL¹ _max，SPL² _max，……，SPL^r _max，……，SPL^k _max）作为所述最小承载力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过随机载荷振动设备对所述电池紧固件施加随机振动载荷。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S270具体包括：

S271，启动电池紧固件承载力测试程序，并设置测试次数计数器a=1；

S272，如果a≤P，执行S273，否则，将当前电池紧固件作为目标电池紧固件，并退出当前测试程序；P为设定测试次数阈值；

S273，在第a次测试时，利用随机载荷设备按照载荷谱生成随机载荷加载到紧固件；所述随机载荷对应的载荷范围基于所述膨胀力载荷谱确定；执行S274；

S274，对当前电池紧固件施加所述随机振动载荷，如果当前电池紧固件没有发生断裂，执行S275；否则，执行S276；

S275，设置a=a+1，执行S272；

S276，退出当前测试程序，执行S260。

8.一种电池紧固件性能测试装置，其特征在于，所述装置包括：

膨胀力测试模块，用于从n个目标电芯中随机获取m个电芯作为测试样本，并对m个电芯中的任一电芯i进行k次循环膨胀力测试，得到电芯i的循环膨胀力测试数据；i的取值为1到m；

数据处理模块，用于执行如下操作：

对电芯i的循环膨胀力测试数据进行去趋势处理，得到以0为振动中心的电芯i的周期循环膨胀力测试数据；

对电芯i的周期循环膨胀力测试数据进行傅里叶变换，得到电芯i对应的膨胀力频谱图FIG_i；膨胀力频谱图FIG_i用于表示不同膨胀力周期频率和对应的膨胀力之间的关系；

获取膨胀力频谱图FIG_i中的最大的膨胀力作为电芯i的最大膨胀力SPⁱ _max；得到最大膨胀力集SP_max=（SP¹ _max，SP² _max，……，SPⁱ _max，……，SP^m _max）；

基于SP_max获取电池紧固件的最小承载力；以及

基于FIG₁至FIG_i，获取对应的膨胀力载荷谱；

结构设计模块，用于基于获取的最小承载力对目标电芯进行支撑的电池紧固件的结构进行设计，得到对应的电池紧固件；

测试模块，用于基于所述膨胀力载荷谱对所述电池紧固件施加随机振动载荷，以对电池紧固件的性能进行测试。

9.一种非瞬时性计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，其特征在于，所述至少一条指令或所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1-7中任意一项的所述方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和权利要求9中所述的非瞬时性计算机可读存储介质。