电池碰撞试验装置及方法与流程

本发明涉及机械技术及安全检测领域，特别是涉及一种电池碰撞试验装置及方法。

背景技术：

现在新能源汽车的崛起已经受到大众的关注，对于新能源汽车的安全性更是首当其冲，而关于电池安全这一全球重大挑战，是非常有必要进行安全性测试的。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池碰撞试验装置，可对新能源汽车的电池包进行碰撞试验，验证电池的安全性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电池碰撞试验装置，包括台架、碰撞结构和滑台设备，其中，

碰撞结构包括固定部分、活动部分和驱动系统，固定部分固定地连接在台架内，活动部分的一部分可滑动地连接在固定部分中，驱动系统固定在固定部分上并且控制位于台架外部的活动部分的半圆柱碰撞头；

滑台设备包括滑台、电池工装、dts数据采集系统和支架结构，电池工装、支架结构和dts数据采集系统固定安装在滑台上，并且电池工装与台架的距离小于支架结构与台架的距离，dts数据采集系统位于支架结构的下方；

滑台可滑动地靠近碰撞结构的半圆柱碰撞头使得电池工装上固定安装的电池包与半圆柱碰撞头的距离满足dts数据采集系统的触发时刻与电池包和半圆柱碰撞头的接触时刻一致。

进一步地，台架包括两个侧支架结构、上部支架结构和下部支架结构，上部支架结构设置在两个侧支架结构之间并且分别与两个侧支架结构固定连接，下部支架结构在上部支架结构的下方设置在两个侧支架结构之间并且分别与两个侧支架结构固定连接。

进一步地，侧支架结构包括壁障支架、中间支架、底部支架、第一侧支架、第二侧支架和第三侧支架，其中壁障支架、中间支架和底部支架彼此平行地设置并且均与地面平行，第一侧支架、第二侧支架和第三侧支架彼此平行地设置并且各自的两端分别固定地连接至壁障支架和底部支架，中间支架也分别与第一侧支架、第二侧支架和第三侧支架固定地连接。

进一步地，上部支架结构包括第一上部支架、第二上部支架和第三上部支架，其中第一上部支架、第二上部支架和第三上部支架彼此平行地设置在同一水平面上并且各自的两端分别固定地连接至两个侧支架结构的壁障支架。

进一步地，下部支架结构包括第一下部支架和第二下部支架，其中第一下部支架和第二下部支架平行地设置并且各自的两端分别固定地连接至两个侧支架结构的中间支架，第一下部支架和第二上部支架之间固定地连接有两个斜支架，两个斜支架位于碰撞结构的固定部分的两侧，第二下部支架和第二上部支架之间固定地连接有两个连接支架，两个连接支架位于碰撞结构的固定部分的两侧。

进一步地，碰撞结构的固定部分包括第一上横板、第二上横板、第一下横板、第二下横板、第一中板、第二中板、防呆安全板和直线轴承，其中第一上横板设置在第一上部支架和第二上部支架的下方，第一下横板设置在第一下部支架和第二下部支架的上方并且第一下横板通过紧固件分别固定地连接至第一下部支架和第二下部支架，第二中板和防呆安全板设置在第一上横板和第一下横板之间并且各自的两端分别通过紧固件固定地连接至第一上横板和第一下横板，第二上横板和第二下横板各自的两端分别通过紧固件固定地连接至第一中板和第二中板。

进一步地，碰撞结构的活动部分包括前板、四个光轴、后板和半圆柱碰触头，四个光轴彼此平行地分别穿过第一中板和第二中板上的直线轴承并且各自的两端分别固定地连接至前板和后板，四个光轴中的每两个相邻光轴之间距离相等地分别布置在前板、第一中板、第二中板和后板上。

一种利用上述电池碰撞试验装置的电池碰撞试验方法，包括以下步骤：

步骤一：在台架上依次安装碰撞结构的活动部分的光轴、前板、连接部件、拉压力传感器和半圆柱碰撞头，并且将待测电池包通过电池工装固定在滑台设备的滑台上，在电池包上做标记；

步骤二：关闭门禁，并开启补光灯；

步骤三：分别连接相机、dts数据采集系统；

步骤四：设置滑台设备的速度、质量参数；

步骤五：开始电池碰撞试验，滑台设备的滑台在致动系统的作用下朝向台架自动移动至设定位置，调整电池包和半圆柱碰撞头的距离，使dts数据采集系统的触发时刻与电池包和半圆柱碰撞头的接触时刻一致；

步骤六：通过启动碰撞结构的驱动系统来释放半圆柱碰撞头，半圆柱碰撞头朝向滑台设备移动并与电池包预碰结束之后关闭补光灯；

步骤七：整理数据，确定电池包的形变量范围。

进一步地，相机的帧数为1000，dts数据采集系统的采集频率为20000hz。

进一步地，在步骤七中，对比利用相机的数据计算的电池包的形变量和利用dts数据采集系统的数据计算的电池包的形变量，确定电池包的形变量范围。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

本发明的电池碰撞试验装置，可以对新能源汽车的电池包进行碰撞试验，验证电池的安全性能。利用本发明电池碰撞试验装置测试电池碰撞，可以得到电池包在受到碰撞时所产生的形变量和能量，并且试验重复性高，可广泛用于以电池作为动力车能源的车辆上。

附图说明

图1为本发明的电池碰撞试验装置的立体图；

图2为本发明的电池碰撞试验装置的正视图；

图3为本发明的电池碰撞试验装置的仰视图；

图4为本发明的电池碰撞试验装置的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的电池碰撞试验装置，如图1-4所示，包括台架1、碰撞结构2和滑台设备3，其中碰撞结构2包括固定部分21、活动部分22和驱动系统(未示出)，固定部分21固定地连接在台架1内，活动部分22的一部分可滑动地连接在固定部分21中，驱动系统固定在固定部分21上并且控制位于台架1外部的活动部分22的半圆柱碰撞头222，滑台设备3包括滑台31、电池工装32、支架结构33和dts(数字化影院系统)数据采集系统34，电池工装32、支架结构33和dts数据采集系统34固定安装在滑台31上，并且电池工装32与台架1的距离小于支架结构33与台架1的距离，dts数据采集系统34位于支架结构33的下方。其中滑台设备3的滑台31可滑动地靠近碰撞结构2的半圆柱碰撞头222使得电池工装32上固定安装的电池包35与半圆柱碰撞头222的距离满足dts数据采集系统34的触发时刻t02与电池包35和半圆柱碰撞头222的接触时刻t01一致。

如图1和2所示，台架1包括侧支架结构11、上部支架结构12和下部支架结构13。其中侧支架结构11有两个，两个侧支架结构11对称地布置，上部支架结构12设置在两个侧支架结构11之间并且分别与两个侧支架结构11固定连接，下部支架结构13在上部支架结构12的下方设置在两个侧支架结构11之间并且分别与两个侧支架结构11固定连接。

侧支架结构11包括壁障支架111、中间支架112、底部支架113、第一侧支架114、第二侧支架115和第三侧支架116，其中壁障支架111、中间支架112和底部支架113彼此平行地设置并且均与地面平行。第一侧支架114、第二侧支架115和第三侧支架116彼此平行地设置并且各自的两端分别固定地连接至壁障支架111和底部支架113，其中第一侧支架114、第二侧支架115和第三侧支架116朝向滑台设备3的滑台31倾斜。中间支架112也分别与第一侧支架114、第二侧支架115和第三侧支架116固定地连接。壁障支架111、中间支架112、底部支架113、第一侧支架114、第二侧支架115和第三侧支架116构成田字形的侧支架结构11。

上部支架结构12包括第一上部支架121、第二上部支架122和第三上部支架123，其中第一上部支架121、第二上部支架122和第三上部支架123彼此平行地设置并且在同一水平面上。第一上部支架121、第二上部支架122和第三上部支架123各自的两端分别固定地连接至两个侧支架结构11的壁障支架111。若干支架124设置在第一上部支架121和第二上部支架122之间并且每个支架124的两端分别固定地连接至第一上部支架121和第二上部支架122，其中固定连接至第一上部支架121或固定连接至第二上部支架122的相邻两个支架124的端部邻接设置。在一实施例中，六个支架124设置在第一上部支架121和第二上部支架122之间并且每个支架124的两端分别固定地连接至第一上部支架121和第二上部支架122，其中固定连接至第一上部支架121或固定连接至第二上部支架122的相邻两个支架124的端部邻接设置，相邻两个支架124呈现为“v”字形。同样，若干支架124设置在第二上部支架122和第三上部支架123之间并且每个支架124的两端分别固定地连接至第二上部支架122和第三上部支架123，其中固定连接至第二上部支架122或固定连接至第三上部支架123的相邻两个支架124的端部邻接设置。在一实施例中，四个支架124设置在第二上部支架122和第三上部支架123之间并且每个支架124的两端分别固定地连接至第二上部支架122和第三上部支架123，其中固定连接至第三上部支架123的相邻两个支架124的端部邻接设置，相邻两个支架124呈现为“v”字形。

下部支架结构13包括第一下部支架131和第二下部支架132，其中第一下部支架131和第二下部支架132平行地设置并且各自的两端分别固定地连接至两个侧支架结构11的中间支架112。若干支架124设置在第一下部支架131和第二下部支架132之间并且每个支架124的两端分别固定地连接至第一下部支架131和第二下部支架132，其中固定连接至第一下部支架131或固定连接至第二下部支架132的相邻两个支架124的端部邻接设置。在一实施例中，六个支架124设置在第一下部支架131和第二下部支架132之间并且每个支架124的两端分别固定地连接至第一下部支架131和第二下部支架132，其中固定连接至第一下部支架131或固定连接至第二下部支架132的相邻两个支架124的端部邻接设置，相邻两个支架124也呈现为“v”字形。第一下部支架131和第二上部支架122之间固定地连接有两个斜支架133，两个斜支架133位于碰撞结构2的固定部分21的两侧。第二下部支架132和第二上部支架122之间固定地连接有两个连接支架134，两个连接支架134位于碰撞结构2的固定部分21的两侧。

碰撞结构2的固定部分21包括第一上横板211、第二上横板212、第一下横板213、第二下横板214、第一中板219、第二中板220、防呆安全板215和直线轴承216，其中第一上横板211设置在第一上部支架121和第二上部支架122的下方，第一下横板213设置在第一下部支架131和第二下部支架132的上方并且第一下横板213通过紧固件分别固定地连接至第一下部支架131和第二下部支架132。第二中板220和防呆安全板215设置在第一上横板211和第一下横板213之间并且各自的两端分别通过紧固件固定地连接至第一上横板211和第一下横板213。第二上横板212和第二下横板214各自的两端分别通过紧固件固定地连接至第一中板219和第二中板220。

碰撞结构2的活动部分22包括前板218、光轴217、后板221和半圆柱碰触头222。在一实施例中，光轴217的数量为四个，四个光轴217彼此平行地分别穿过第一中板219和第二中板220上的直线轴承216并且各自的两端分别固定地连接至前板218和后板221，四个光轴217中的每两个相邻光轴217之间距离相等地分别布置在前板218、第一中板219、第二中板220和后板221上。在其他实施例中，光轴217的数量也可以为三个或五个，光轴217彼此平行地分别穿过第一中板219和第二中板220上的直线轴承216并且各自的两端分别固定地连接至前板218和后板221，每两个相邻光轴217之间距离相等地分别布置在前板218、第一中板219、第二中板220和后板221上。在其他实施例中，光轴217的数量为三个、四个或五个，光轴217彼此平行地分别穿过第一中板219和第二中板220上的直线轴承216并且各自的一端固定地连接至前板218，每两个相邻光轴217之间距离相等地分别布置在前板218、第一中板219、第二中板220和后板221上。光轴217可以移动并且充当导轨。

半圆柱碰撞头222通过连接部件223与前板218固定地连接，拉压力传感器23固定地安装在连接部件223和半圆柱碰撞头222之间。在一实施例中，在第二中板220和后板221之间设置有定位支架(未示出)，定位支架通过紧固件固定地连接至第二中板220。在第二中板220和后板221之间还设置有第三下横板(未示出)，第三下横板的一端通过紧固件固定地连接至后板221，在第三下横板的另一端通过m30紧固螺栓将第三下横板固定地连接至第一下横板213和第二下部支架132。驱动系统可以固定在固定部分21的第二上横板212的上面，也可以固定在第二上部支架122和第三上部支架123之间的横杆(未示出)上。

如图1、2和4所示，滑台设备3的滑台31的邻近台架1的一端的上面固定有台阶37，电池工装32固定在滑台31的邻近台架1的一端的上面并且电池工装32邻接台阶37。如图2所示，电池工装32的截面形状为梯形，电池工装32的邻近台架1的斜面形状与台阶37的斜面形状匹配。电池包35通过紧固件36固定在电池工装32的上面，电池包35里面放置有电池(未示出)。支架结构33包括两个斜杆331、两个直杆332、第一横杆333和第二横杆334，支架结构33通过两个斜杆331和两个直杆332固定在滑台31的远离台架1的一侧的上面，第一横杆333和第二横杆334之间固定有两个定位杆335和滑杆337。定位设备336可调位置地固定在滑杆337上，并且在定位设备336的面朝台架1的凸起上面可以固定相机(未示出)。

利用本发明的电池碰撞试验装置的电池碰撞试验方法，包括以下步骤：

步骤一：在台架1上依次安装碰撞结构2的活动部分22的光轴217、前板218、连接部件223、拉压力传感器23和半圆柱碰撞头222，并且将待测电池包35通过电池工装32固定在滑台31上，在电池包35上做例如红色胶带或其他明显记号这样的标记。

步骤二：关闭门禁，并开启补光灯。

步骤三：分别连接相机、dts数据采集系统34，其中相机的帧数为1000，dts数据采集系统34的采集频率为20000hz。

步骤四：设置滑台设备3的速度、质量参数。

步骤五：开始电池碰撞试验，滑台设备3的滑台31在致动系统(未示出)的作用下朝向台架1自动移动至5.7米左右位置，调整电池包35和半圆柱碰撞头222的距离，使dts数据采集系统34的触发时刻t02与电池包35和半圆柱碰撞头222的接触时刻t01一致，即t01＝t02。

步骤六：通过启动碰撞结构2的驱动系统来释放半圆柱碰撞头222，半圆柱碰撞头222朝向滑台设备3移动并与电池包35预碰结束之后关闭补光灯。

步骤七：整理数据，确定电池包35的形变量范围。

在步骤五之前，整个台架1经过fea(有限元分析)受力仿真，将台架1的结构达到电池碰撞试验的最低要求，保证形变和刚度足够。

在步骤七中，整理数据包括：现场拍照、测量，用于检测损伤；分析拉压力传感器23采集的数值变化，找到150kn(千牛)临界点，确定此时的时刻t1；将相机视频下载保存，利用软件分析电池包35上的标记的变化来计算电池包35的位移，通过相机分辨率人为计算电池包35的形变量；将dts数据采集系统34的数据格式转换，导出加速度曲线，加速度曲线2次积分成位移曲线，寻找t1对应的滑台31的位移量，滑台31的位移量等于电池包35的形变量；对比利用相机的数据计算的电池包35的形变量和利用dts数据采集系统34的数据计算的电池包35的形变量，确定电池包35的最终形变量范围。

本发明的电池碰撞试验装置，可以对新能源汽车的电池包35进行碰撞试验，验证电池的安全性能。利用本发明电池碰撞试验装置测试电池碰撞，可以得到电池包35在受到碰撞时所产生的形变量和能量，并且试验重复性高，可广泛用于以电池作为动力车能源的车辆。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。