一种电池可靠性试验装置及方法与流程

1.本发明涉及电池可靠性测试技术领域，特别是涉及一种电池可靠性试验装置及方法。


背景技术：

2.新能源汽车动力电池绝大部分都装配在汽车的底部，汽车在正常行驶时难免会出现涉水的情况。汽车底部的动力电池长期经受泥水溅射、腐蚀，以及汽车长时间行驶时的颠簸振动，容易造成动力电池密封部位失效，泥水浸入电池内部，造成安全风险。因此，电池产品在研发过程中，一般均需经防水可靠性测试。
3.目前，现有动力电池防护可靠性相关的试验方法有盐水浸泡、盐雾试验。盐水浸泡试验方法为：将电池包按照整车连接方式连接好线束、接插件等零部件，将电池包放置于3.5％(质量分数)氯化钠溶液中2h，水深要淹没电池包。2h后将电池包取出水面，静置观察2h。电池可靠的判定标准为电池不起火、不爆炸。盐雾试验的方法为：将动力电池放置于盐雾箱中，在一定温度下使用5％(质量分数)的盐溶液进行喷雾。喷雾一定时间，再静置一定时间，此为一个循环。开展若干循环后，对电池包进行确认，若无泄漏、外壳无破裂、无起火或爆炸，绝缘电阻不小于100ω/v，则电池可靠。但是，现有的动力电池盐水浸泡及盐雾试验均为动力电池在静置且不工作的条件下开展，且仅针电池抗盐水浸泡及抗盐雾腐蚀可靠性的评价，无法真实模拟整车涉水时的耐泥水可靠性工况。


技术实现要素：

4.鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种电池可靠性试验装置及方法，以解决现有的电池可靠性试验在电池静置且不工作的条件下开展，无法真实模拟整车涉水时的耐泥水可靠性工况的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明的一个方面是提供一种电池可靠性试验装置，包括：
7.振动试验装置，所述振动试验装置与被测电池总成连接，以对被测电池总成施加振动载荷；
8.电池运行模拟装置，所述电池运行模拟装置与被测电池总成的端口连接，以对被测电池总成进行运行模拟测试并采集测试数据，其中，所述测试数据包括充电状态数据、放电状态数据和闲置状态数据；
9.泥水喷淋装置，所述泥水喷淋装置设置有多个喷淋头，多个所述喷淋头分别与被测电池总成的侧面相对布置，以向被测电池总成喷射泥水；
10.控制装置；
11.所述振动试验装置、所述电池运行模拟装置和所述泥水喷淋装置分别与所述控制装置电连接，所述控制装置根据放电状态数据控制所述振动试验装置、所述泥水喷淋装置开启；所述控制装置根据所述充电状态数据或所述闲置状态数据控制所述振动试验装置、
所述泥水喷淋装置关闭。
12.优选地，所述电池运行模拟装置包括充放电测试装置、数据采集装置和冷却液供给装置，所述充放电测试装置与被测电池总成的高压端口连接，所述数据采集装置与被测电池总成的低压端口连接，所述冷却液供给装置与被测电池总成的冷却液进出口连接；所述数据采集装置与所述充放电测试装置电信号连接，所述充放电测试装置、所述数据采集装置和所述冷却液供给装置分别与所述控制装置电连接。
13.优选地，所述充放电测试装置为充放电测试仪。
14.优选地，所述振动试验装置为振动试验台，所述振动试验台的振动频率为5hz～200hz。
15.优选地，所述泥水喷淋装置包括泥水搅拌装置、泥水输送装置和喷淋室，被测电池总成和多个所述喷淋头均设置于所述喷淋室内，所述泥水输送装置的两端分别与所述泥水搅拌装置、所述喷淋头连接。
16.本发明的另一个方面是提供一种电池可靠性试验方法，利用如上所述的电池可靠性试验装置对被测电池总成进行试验，所述试验方法包括以下步骤：
17.步骤s1，对被测电池总成进行预处理，使得被测电池总成处于满电状态；
18.步骤s2，将被测电池总成与振动试验装置、电池运行模拟装置连接；
19.步骤s3，通过电池运行模拟装置对被测电池总成进行运行模拟测试，并采集被测电池总成的测试数据，其中，所述测试数据包括充电状态数据、放电状态数据和闲置状态数据；
20.步骤s4，根据测试数据判断被测电池总成的运行状态，被测电池总成处于放电状态时，控制振动试验装置、泥水喷淋装置开启，通过振动试验装置向被测电池总成施加振动载荷，通过泥水喷淋装置向被测电池总成喷射泥水，被测电池总成处于充电状态或闲置状态时，控制振动试验装置、泥水喷淋装置关闭，完成一次运行循环；
21.步骤s5，重复所述步骤s3和所述步骤s4，直至被测电池总成完成设定数量的运行循环；
22.步骤s6，将被测电池总成静置第一设定时间后，判断被测电池总成的可靠性。
23.优选地，所述步骤s3包括：
24.对被测电池总成以设定倍率放电至设定电量，并采集放电状态数据；
25.将被测电池总成闲置第二设定时间，并采集闲置状态数据；
26.对被测电池总成以设定倍率充电至满电状态，并采集充电状态数据；
27.将被测电池总成闲置第二设定时间，并采集闲置状态数据。
28.优选地，所述步骤s4还包括：被测电池总成处于充电状态或放电状态时，控制冷却液供给装置开启；被测电池总成处于闲置状态时，控制冷却液供给装置关闭。
29.优选地，所述步骤s4中，振动试验装置以5hz～200hz的随机扫频的方式向被测电池总成施加振动载荷。
30.优选地，所述步骤s4中，通过泥水喷淋装置向被测电池总成喷射泥水的步骤包括：
31.将泥土与水在泥水搅拌装置内混合搅拌，配置形成设定质量浓度的泥水；
32.将泥水搅拌装置配置形成的泥水输送至喷淋室的各个喷淋头；
33.通过各个喷淋头将泥水喷射至被测电池总成的各个侧面。
34.本发明实施例一种电池可靠性试验装置及方法与现有技术相比，其有益效果在于：
35.本发明实施例的电池可靠性试验装置及方法，通过振动试验装置对被测电池总成施加振动载荷，通过电池运行模拟装置模拟被测电池总成的运行状态，通过泥水喷淋装置向被测电池总成喷射泥水，并且，将振动试验装置和泥水喷淋装置的开启和关闭与被测电池总成的运行状态相关联起来，而不仅仅在电池静置且不工作的条件下开展试验，从而真实模拟整车涉水时，在泥水冲击作用下的电池可靠性，使得对电池可靠性的试验更加符合电池实际运行工况下的可靠性，提高试验结果的准确性。
附图说明
36.图1是本发明实施例所述电池可靠性试验装置的构成图；
37.图2是本发明实施例所述电池可靠性试验方法的流程示意图；
38.图中，1、控制装置；2、振动试验台；3、充放电测试装置；4、数据采集装置；5、冷却液供给装置；6、泥水搅拌装置；7、输送泵；8、流量控制阀；9、喷淋室；10、喷淋头；11、被测电池总成。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
40.如图1所示，本发明实施例的一种电池可靠性试验装置，包括：
41.振动试验装置，所述振动试验装置与被测电池总成11连接，以对被测电池总成11施加振动载荷，模拟车辆运行时电池受到的机械颠簸，其中，被测电池总成11为动力电池总成；
42.电池运行模拟装置，所述电池运行模拟装置与被测电池总成11的端口连接，以对被测电池总成11进行运行模拟测试并采集测试数据，其中，所述测试数据包括充电状态数据、放电状态数据和闲置状态数据，根据测试数据可判断被测电池总成11的运行状态，具体地，采集到充电状态数据则表示被测电池总成11处于充电状态，采集到放电状态数据则表示被测电池总成11处于放电状态，采集到闲置状态数据则表示被测电池总成11处于闲置不工作状态；
43.泥水喷淋装置，所述泥水喷淋装置设置有多个喷淋头10，多个所述喷淋头10分别与被测电池总成11的侧面相对布置，以向被测电池总成11喷射泥水，模拟车辆运行时，车辆底部的电池受到的泥水溅射；
44.控制装置1，控制装置1可以是中央控制系统，用于对振动试验装置、电池运行模拟装置和泥水喷淋装置进行集中管理和控制；所述振动试验装置、所述电池运行模拟装置和所述泥水喷淋装置分别与所述控制装置1电连接，所述控制装置1根据放电状态数据控制所述振动试验装置、所述泥水喷淋装置开启；所述控制装置1根据所述充电状态数据或所述闲置状态数据控制所述振动试验装置、所述泥水喷淋装置关闭。当采集到放电状态数据时，表示被测电池总成11处于放电状态，此时，控制装置1控制振动试验装置、泥水喷淋装置开启，通过振动试验装置向被测电池总成11施加振动载荷，通过泥水喷淋装置向被测电池总成11
喷淋泥水，使得电池处于放电工作状态的同时受到机械颠簸和泥水溅射，从而可模拟电池在实车运行时的真实工况环境；当采集到充电状态数据或闲置状态数据时，表示被测电池总成11处于充电状态或闲置状态，此时，控制装置1控制振动试验装置、泥水喷淋装置关闭，使得被测电池总成11的充电或闲置不会收到外界环境的干扰，从而模拟电池在整车非行驶状态下的真实工况环境。
45.本发明将振动试验装置和泥水喷淋装置的开启和关闭与被测电池总成11的运行状态相关联起来，而不仅仅在电池闲置且不工作的条件下开展试验，从而真实模拟整车涉水时，在泥水冲击作用下的电池可靠性，使得对电池可靠性的试验更加符合电池实际运行工况下的可靠性，提高试验结果的准确性。
46.本实施例中，所述电池运行模拟装置包括充放电测试装置3、数据采集装置4和冷却液供给装置5，所述充放电测试装置3与被测电池总成11的高压端口连接，充放电测试装置3可以是充放电测试仪，用于对被测电池总成11进行充放电测试，所述数据采集装置4与被测电池总成11的低压端口连接，数据采集装置4可以是can数据采集系统，用于采集被测电池总成11的测试数据，所述冷却液供给装置5与被测电池总成11的冷却液进出口连接，用于向被测电池总成11的内部供给冷却液，保证被测电池总成11的正常运行；其中，冷却液的供给量根据实车运行工况确定；所述数据采集装置4与所述充放电测试装置3电信号连接，所述充放电测试装置3、所述数据采集装置4和所述冷却液供给装置5分别与所述控制装置1电连接，控制装置1可接收数据采集装置4的采集数据，并对充放电测试装置3、冷却液供给装置5进行控制。具体地，控制装置1控制充放电测试装置3对被测电池总成11进行充放电测试过程中，数据采集装置4同时向控制装置1反馈测试数据，以获得被测电池总成11的运行状态。当被测电池总成11处于充电状态或放电状态时，表示被测电池总成11本身在运行，此时，控制装置1控制冷却液供给装置5向被测电池总成11供给冷却液，对被测电池总成11进行冷却，避免被测电池总成11温度超过正常温度范围，保证被测电池总成11的正常运行。
47.本实施例中，所述振动试验装置为振动试验台2，所述振动试验台2的振动频率为5hz～200hz。使用时，被测电池总成11安装在振动试验台2上，振动试验台2在x向、y向和z向三个方向上，以5hz～200hz的随机扫频的方式对被测电池总成11加载振动载荷。
48.本实施例中，所述泥水喷淋装置包括泥水搅拌装置6、泥水输送装置和喷淋室9，被测电池总成11和多个所述喷淋头10均设置于所述喷淋室9内，所述泥水输送装置的两端分别与所述泥水搅拌装置6、所述喷淋头10连接，以将泥水搅拌装置6输出的泥水输送至喷淋头10，经喷淋头10喷淋至被测电池总成11上。喷淋头10可安装在喷淋室9的内壁，多个喷淋头10沿被测电池总成11的周向间隔布置，以真实模拟被测电池总成11受到的泥水喷溅。本实施例中，喷淋头10设置有四个，四个喷淋头10分别正对着被测电池总成11的前侧、后侧、左侧和右侧，从四个方向向被测电池总成11喷溅泥水。需要指出的是，被测电池总成11安装在振动试验台2上时，被测电池总成11和喷淋室9均设置在振动试验台2上。
49.本实施例中，泥水搅拌装置6为泥水搅拌器，泥水搅拌装置6与控制装置1电连接。泥水搅拌装置6的原料为泥土和水，控制装置1根据测试数据对泥水搅拌装置6进行控制，以在泥水搅拌装置6内配置形成设定质量浓度的泥水，该设定质量浓度可以为1％－20％(质量分数)的任意数值，例如，质量浓度可以为1％(质量分数)、5％(质量分数)、10％(质量分数)、20％(质量分数)等。其中，泥土种类可以是黑土、黄土、红土或沙土，土壤ph值范围为
5.5～7.5。
50.本实施例中，泥水输送装置包括输送泵7、输送管道和流量控制阀8，其中，输送管道连接在喷淋头10和泥水搅拌装置6之间，输送泵7、流量控制阀8均安装在输送管道上，且输送泵7设置于流量控制阀8与泥水搅拌装置6之间。通过输送泵7将泥水泵送至喷淋头10，且通过流量控制阀8控制泥水喷出量。本实施例中，泥水喷出量可以为20l/min～80l/min之间的任意数值。
51.本发明还提供一种电池可靠性试验方法，利用如上所述的电池可靠性试验装置对被测电池总成11进行试验。如图2所示，本发明所述电池可靠性试验方法，包括以下步骤：
52.步骤s1，对被测电池总成11进行预处理，使得被测电池总成11处于满电状态；
53.步骤s2，将被测电池总成11与振动试验装置、电池运行模拟装置连接；
54.步骤s3，通过电池运行模拟装置对被测电池总成11进行运行模拟测试，该运行模拟测试包括充电状态测试、放电状态测试和闲置状态测试，并采集被测电池总成11的测试数据，其中，所述测试数据包括充电状态数据、放电状态数据和闲置状态数据，通过测试数据反映可被测电池总成11的运行状态，采集到充电状态数据表示被测电池总成11处于充电状态，采集到放电状态数据表示被测电池总成11处于放电状态，采集到闲置状态数据表示被测电池总成11处于闲置非工作状态；本实施例中，先进行放电状态测试，再进行闲置状态测试，再进行充电状态测试，最后再进行闲置状态测试；
55.步骤s4，根据测试数据判断被测电池总成11的运行状态，被测电池总成11处于放电状态时，控制振动试验装置、泥水喷淋装置开启，通过振动试验装置向被测电池总成11施加振动载荷，模拟车辆运行时电池受到的机械颠簸；通过泥水喷淋装置向被测电池总成11喷射泥水，模拟车辆运行时，车辆底部的电池受到的泥水溅射，使得电池处于放电工作状态的同时受到机械颠簸和泥水溅射，从而可模拟电池在实车运行时的真实工况环境；被测电池总成11处于充电状态或闲置状态时，控制振动试验装置、泥水喷淋装置关闭，使得被测电池总成11的充电或闲置不会收到外界环境的干扰，从而模拟电池在整车非行驶状态下的真实工况环境；
56.步骤s5，重复所述步骤s3和所述步骤s4，直至被测电池总成11完成设定数量的运行循环，其中进行一次步骤s3和步骤s4，视为完成一次运行循环，设定数量的循环可以是10个循环、50个循环、100个循环，依据实车设计使用工况制定；
57.步骤s6，将被测电池总成11静置第一设定时间后，判断被测电池总成11的可靠性。静置被测电池总成11时，需停止运行模拟测试，停止泥水冲击和停止施加振动载荷。第一设定时间可以是2小时。被测电池总成11的可靠性可以是电池是否冒烟、是否起火，绝缘电阻是否正常，电池各项性能是否正常等，其中，电池的性能检查包括但不限于，电池箱体气密性检查、绝缘耐压性能检查等。
58.本发明将对被测电池总成11是否施加振动载荷和泥水冲击与被测电池总成11的运行状态相关联起来，而不仅仅在电池闲置且不工作的条件下开展试验，从而真实模拟整车涉水时，在泥水冲击作用下的电池可靠性，使得对电池可靠性的试验更加符合电池实际运行工况下的可靠性，提高试验结果的准确性。
59.需要说明的是，本发明中，步骤s3和步骤s4同时进行，为一次运行循环，例如，在进行放电状态测试的同时，控制振动试验装置、泥水喷淋装置开启，使得被测电池总成11在放
电工作的同时受到振动载荷和泥水冲击，以模拟电池运动的真实工况。相应地，在进行充电状态或闲置状态测试时，控制振动试验装置、泥水喷淋装置关闭，以模拟车辆上电池充电状态或闲置状态下的真实环境。
60.本实施例中，所述步骤s1中，对被测电池总成11进行预处理包括：将被测电池总成11在室温下静置1小时，然后使用充放电测试仪对被测电池总成11开展一次标准充电，再进行一次标准放电，再进行一次标准充电，使得被测电池总成11处于满电状态。
61.本实施例中，步骤s2中，将被测电池总成11按照整车安装的方式，固定在振动试验台2上；将被测电池总成11的高压端口连接充放电测试仪，将被测电池总成11的低压端口连接can数据采集系统，将被测电池总成11的冷却液进出口与冷却液供给装置5连接，以便于通过can数据采集系统及充放电测试仪对被测电池总成11进行充放电测试。
62.本实施例中，所述步骤s3包括：对被测电池总成11以设定倍率放电至设定电量，并采集放电状态数据；将被测电池总成11闲置第二设定时间，并采集闲置状态数据；对被测电池总成11以设定倍率充电至满电状态，并采集充电状态数据；将被测电池总成11闲置第二设定时间，并采集闲置状态数据，此为一次充放电运行循环。其中，充电时和放电时的设定倍率相等，可以为1c倍率；设定电量可以为满电状态下电量的30％；第二设定时间可以0.5小时。
63.本实施例中，所述步骤s4还包括：被测电池总成11处于充电状态或放电状态时，控制冷却液供给装置5开启；被测电池总成11处于闲置状态时，控制冷却液供给装置5关闭。当被测电池总成11处于充电状态或放电状态时，表示被测电池总成11本身在运行，此时，控制装置1控制冷却液供给装置5向被测电池总成11供给冷却液，对被测电池总成11进行冷却，避免被测电池总成11温度超过正常温度范围，保证被测电池总成11的正常运行。被测电池总成11处于闲置状态时，被测电池总成11处于非工作状态下时的温度不会升高，无需向被测电池总成11的内部供给冷却液。
64.本实施例中，所述步骤s4中，振动试验装置以5hz～200hz的随机扫频的方式向被测电池总成11施加振动载荷，振动试验装置为振动试验台2。
65.本实施例中，所述步骤s4中，通过泥水喷淋装置向被测电池总成11喷射泥水的步骤包括：
66.将泥土与水在泥水搅拌装置6内混合搅拌，配置形成设定质量浓度的泥水，该设定质量浓度可以为1％－20％(质量分数)的任意数值，例如，质量浓度可以为1％(质量分数)、5％(质量分数)、10％(质量分数)、20％(质量分数)等；泥土种类可以是黑土、黄土、红土或沙土，土壤ph值范围为5.5～7.5；
67.将泥水搅拌装置6配置形成的泥水输送至喷淋室9的各个喷淋头10，泥水喷出量通过流量控制阀8控制，泥水喷出量可以为20l/min～80l/min之间的任意数值；
68.通过各个喷淋头10将泥水喷射至被测电池总成11的各个侧面，本实施例中，喷淋头10设置有四个，四个喷淋头10分别正对着电池的前侧、后侧、左侧和右侧，从四个方向向被测电池总成11喷溅泥水，且其中一个方向需要对插口位置进行喷射。
69.需要说明的是，对于同一种类的被测电池总成11可使用不同种类的泥土配置形成的泥水分别进行试验，以模拟被测电池总成11受到不同种类的泥土冲击的状况。
70.需要说明的是，本发明的电池为动力电池。
71.需要说明的是，本发明之电池可靠性试验方法的其他具体实施方式与上述电池可靠性试验装置的具体实施方式大致相同。
72.对一种纯电动车型三元锂动力电池总成开展可靠性试验，具体操作步骤如下：
73.首先将动力电池总成进行预处理，将其soc调整至100％，预处理完成后按照整车装配的方式固定在振动试验台2上，并连接充放电测试仪、can数据采集系统、冷却液供给装置5。冷却液供给装置5的冷却液供给量设定为16l/min，振动试验台2在x/y/z三个方向以5hz～200hz的随机扫频的方式加载振动载荷。充放电测试仪设定1c倍率充电及放电。采用常规泥土进行试验，配置质量分数为5％的中浓度泥水，使用泥水喷淋装置将泥水从4个方向喷射至动力电池总成，喷射流量设定为30l/min。打开中央控制系统，动力电池总成完成10个充放电循环，试验结束后，将动力电池总成静置2h，观察动力电池总成是否起火、冒烟、电解液泄漏，然后清除泥水，干燥后测试气密性、绝缘耐压性能等。
74.对一种纯电动车型磷酸铁锂动力电池总成开展可靠性试验，具体操作步骤如下：
75.首先将动力电池总成进行预处理，soc调整至100％，预处理完成后按照整车装配的方式固定在振动试验台2上，并连接充放电测试仪、can数据采集系统、冷却液供给装置5。冷却液供给装置5的冷却液供给量设定为18l/min，振动试验台2在x/y/z三个方向以5hz～200hz的随机扫频的方式加载振动载荷。充放电测试仪设定1c倍率充电及放电。采用常规泥土进行试验，配置质量分数为10％的高浓度泥水，使用泥水喷淋装置将泥水从4个方向喷射至动力电池总成，喷射流量设定为30l/min。打开中央控制系统，充放电20个循环，试验结束后，将动力电池总成静置2h，观察动力电池是否起火、冒烟、电解液泄漏等，然后清除泥水，干燥后测试气密性、绝缘耐压性能等。
76.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。