一种电池包底部抗碰撞能力评估试验方法与流程

1.本发明涉及电池包试验领域，具体涉及一种电池包底部抗碰撞能力评估试验方法。


背景技术：

2.动力电池是电动汽车的核心零部件，其安全直接关联到整车的安全性，动力电池发生失效可能导致热失控甚至着火事故。电动汽车的电池包通常置于车辆底部安装布置，实际使用过程中，车轮掠过有凹坑、凸起物或者石头路面等工况下，电池包的底部极易受到撞击和剐蹭，若结构强度不足极易带来安全隐患。针对电池包机械可靠性测试评价方法主要包括振动、机械冲击、模拟碰撞和挤压等方法。其中，对于挤压测试和模拟碰撞主要依据gb/t31467.3-2015或gb 38031-2020及部分国内外的企业标准，对电池包进行模拟碰撞测试，gb/t31498-2015对电动汽车碰撞后安全要求做了规定。但目前对整车或电池包底部z方向的碰撞测试方法缺失，为了验证电池底部抗碰撞能力强度是否满足设计要求，有必要对电池底部撞击方法进行研究。


技术实现要素：

3.本发明意在提供一种电池包底部抗碰撞能力评估试验方法，以能够验证电池包底部防护结构设计是否满足设计要求。
4.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电池包底部抗碰撞能力评估试验方法，包括以下步骤：
5.a、电池包预处理：测量电池包的电压及绝缘电阻值，绝缘电阻值≥100ω/v，通过充电设备调整电池的soc状态；
6.b、测试样品准备：将调整soc后的电池包固定在举升台架上，根据电池包底部结构确定电池包底部碰撞薄弱点的位置并在电池包底部标识，若无明显薄弱点则随机选择碰撞点；
7.c、碰撞设备准备：选择满足要求的冲头，并将冲头与碰撞设备相连接，并进行功能调试；
8.d、底部碰撞测试：调整碰撞设备上的冲头位置，使冲头与电池包底部标识位置垂直对应，按照测试工况设置碰撞能量，碰撞能量可在20-500j间连续调整；开始测试后驱动气缸驱动冲头向上移动，冲头与电池包底部发生碰撞；
9.e、静置观察：碰撞后的电池包静置120min以上，观察是否有冒烟、着火等现象；
10.f、试验后安全检查：测量电池包的电压和绝缘电阻，当绝缘电阻值≥100ω/v时进行密封性能测试，若满足气密性要求，测试通过。
11.本方案的原理及优点是：在对电池包底部碰撞试验时，通过举升台架将电池包向上升起，电池包固定在举升台架上，然后将碰撞设备放置在电池包的下方，碰撞设备驱动冲头向上快速移动并对电池包的底部进行冲击，从而实现了对电池包底部碰撞，模拟了电池
包底部z方向上的碰撞，能够评估电池包底部结构强度是否满足抗碰撞的能力设计要求，为电池包底部抗碰撞能力测试提供了一套全新的方法和流程，按照该方法可模拟汽车底部实际的碰撞的工况，对产品的机械安全性能进行评估。
12.优选的，作为一种改进，步骤a中，电池包的荷电状态在0％-100％范围内调整。由此，通过对电池包的荷电状态进行调整，能够对不同荷电状态的电池包进行碰撞测试。
13.优选的，作为一种改进，步骤b中，电池包需判断是否带有液冷系统，如果带有液冷系统，在电池包内灌满冷却液并封堵。由此，实现了对带有冷却液的电池包进行碰撞测试。
14.优选的，作为一种改进，冲头可为半球、蘑菇头形或者方形；冲头材质为钢、铜或混凝土。由此，可根据不同的试验需求而选取不同形状和材质的冲头。
15.优选的，作为一种改进，步骤d中，测试信息包括：碰撞能量、碰撞时间、碰撞形变和碰撞力。
16.优选的，作为一种改进，碰撞设备包括壳体和驱动冲头冲击的驱动气缸，驱动气缸上连接有气源；壳体上固定连接有竖向的滑杆，滑杆上竖向滑动连接有滑动块，冲头可拆卸连接在滑动块上，滑动块和驱动气缸的气缸杆连接。
17.由此，驱动气缸驱动滑动块在滑杆上滑动，滑动块带动冲头对电池包底部进行碰撞冲击。滑杆的设置能够对滑动块的竖向移动进行导向，从而限定了冲头的碰撞冲击路径。
18.优选的，作为一种改进，壳体上转动连接有防回冲弹性挡块，防回冲弹性挡块的自由端部向下倾斜，防回冲弹性挡块具有弹性，防回冲弹性挡块的自由端部能够和滑动块相抵。
19.本方案中冲头对电池包的底部进行碰撞是由驱动气缸进行驱动，驱动气缸在第一次驱动冲头向上移动对电池包底部撞击之后，冲头会被电池包的底部弹回来而向下移动，同时，驱动气缸内部的气体排出的速度没那么快，故驱动气缸内的活塞向下移动之后仍会向上弹射而向上移动，活塞在驱动气缸内做活塞往复运动，冲头会在外界冲击力的作用下上、下往复弹射几次才会停下来，这样冲头就会对电池包的底部造成多次撞击，从而无法达到试验在预设的冲头的冲击力度和冲击速度情况下的撞击效果。
20.而本方案，冲头对电池包的底部撞击之后向下弹射回来，滑动块向下移动过程中与防回冲弹性挡块相抵，防回冲弹性挡块使得滑动块向下移动的动能初步减小，同时由于防回冲弹性挡块具有弹性，故防回冲弹性挡块在滑动块的推动下向下弯折，防回冲弹性挡块不会阻挡滑动块向下移动，滑动块向下移动到防回冲弹性挡块的下方。然后滑动块向下移动到极限位置后，滑动块还会向上弹射，此时防回冲弹性挡块继续对滑动块向上移动进行阻碍，动能减小的滑动块在防回冲弹性挡块的阻挡下停下来，从而避免冲头向上移动对电池包的底部进行二次撞击，有利于使试验达到在冲头对电池包底部的预设的冲击力度和冲击速度情况下的撞击效果。
21.本方案中的防回冲弹性挡块向下倾斜，并且具有一定的弹性，这样能够保证滑动块向下移动时，防回冲弹性挡块能够向下发生弯折而使得滑动块顺利向下移动到防回冲弹性挡块的下方，避免防回冲弹性挡块无法顺利弯折而对滑动块进行阻挡从而使得滑动块与防回冲弹性挡块碰撞后直接向上弹射对电池包的底部进行撞击。另外，防回冲弹性挡块倾斜设置，这样当滑动块移动到防回冲弹性挡块的下方之后再向上弹射时，相比防回冲弹性挡块向下弯折，防回冲弹性挡块不易向上发生较大的弯折，从而能够保证对滑动块的阻挡
效果，避免了防回冲弹性挡块向上发生较大的弯折而使得滑动块冲出防回冲弹性挡块而与电池包的底部进行撞击。
22.另外，由于防回冲弹性挡块转动连接在壳体上，因此当滑动块从防回冲弹性挡块的下方反弹向上移动时，当防回冲弹性挡块与滑动块接触时，防回冲弹性挡块在滑动块的推动下向上发生一定的摆动，从而能够避免防回冲弹性挡块与滑动块硬碰，对滑动块向上移动具有一定的缓冲作用，减少了对滑动块和防回冲弹性挡块的正面撞击，有利于提高滑动块和防回冲弹性挡块的使用寿命。
23.优选的，作为一种改进，壳体上安装有缓冲器，缓冲器包括外壳、转轴、主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮同轴固定连接在转轴上，从动齿轮和主动齿轮啮合，从动齿轮和转轴均转动连接在外壳内，从动齿轮和外壳之间连接有扭簧；转轴和防回冲弹性挡块固定连接。由此，滑动块从防回冲弹性挡块的下方反弹向上移动时，防回冲弹性挡块在滑动块的推动下发生一定的摆动，防回冲弹性挡块带动转轴转动，转轴带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮转动而使得扭簧蓄力，这样当滑动块向上停止移动后向下退回，从动齿轮在扭簧的作用下反向转动，从动齿轮带动主动齿轮反向转动，主动齿轮通过转轴带动防回冲弹性挡块摆动而复位到初始的倾斜向下的状态。
附图说明
24.图1为电池包底部碰撞试验示意图。
25.图2为碰撞设备的结构示意图。
26.图3为防回冲弹性挡块、滑动块和冲头的结构示意图。
27.图4为缓冲器的剖视图。
具体实施方式
28.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
29.说明书附图中的附图标记包括：电池包1、冲头2、碰撞设备3、举升台架4、地面5、限位板6、滑杆7、加速度传感器8、缓冲器9、滑动块10、壳体11、防回冲弹性挡块12、从动齿轮13、主动齿轮14、扭簧15、转轴16、固定件17。
30.实施例基本如附图1-图4所示：一种电池包底部抗碰撞能力评估试验方法，包括以下步骤：
31.a、电池包1预处理：测量电池包1的电压及绝缘电阻值，绝缘电阻值≥100ω/v，通过充电设备调整电池的soc状态；电池包1的荷电状态在0％-100％范围内调整。
32.b、测试样品准备：电池包1需判断是否带有液冷系统，如果带有液冷系统，在电池包1内灌满冷却液并封堵。将调整soc后的电池包1通过固定件17(固定件17可以为固定带或者固定架)固定在举升台架4上，根据电池包1底部结构确定电池包1底部碰撞薄弱点的位置并在电池包1底部标识，若无明显薄弱点则随机选择碰撞点。
33.c、碰撞设备3准备：选择满足要求的冲头2，并将冲头2与碰撞设备3相连接，并进行功能调试；冲头2可为半球、蘑菇头形或者方形；冲头2材质为钢、铜或混凝土。
34.d、底部碰撞测试：调整碰撞设备3上的冲头2位置，使冲头2与电池包1底部标识位置垂直对应，按照测试工况设置碰撞能量，碰撞能量可在20-500j间连续调整；开始测试后
驱动气缸驱动冲头2向上移动，冲头2与电池包1底部发生碰撞；测试信息包括：碰撞能量、碰撞时间、碰撞形变和碰撞力。
35.e、静置观察：碰撞后的电池包1静置120min以上，观察是否有冒烟、着火等现象；
36.f、试验后安全检查：测量电池包1的电压和绝缘电阻，当绝缘电阻值≥100ω/v时进行密封性能测试，若满足气密性要求，测试通过。
37.本实施例中的碰撞设备3的底部上安装有滚动轮，这样碰撞设备3能够在地面5上移动。碰撞设备包括壳体11和驱动冲头2冲击的驱动气缸，驱动气缸上连接有气源。气源为压力罐，压力罐上连接有压力传感器，从而能够对压力罐内的气压进行检测，便于对压力罐内的气压进行调节。
38.壳体11上焊接或者通过螺钉、螺栓固定连接有两个竖向的滑杆7，滑杆7上竖向滑动连接有滑动块10，具体的滑动方式为：滑动块10的左右两端上设有竖向的通孔，滑杆7穿过竖向的通孔。冲头2通过螺钉或者螺栓可拆卸连接在滑动块10的上侧面上，滑动块10和驱动气缸的气缸杆通过螺栓连接或者卡接。滑动块10上安装有加速度传感器8，从而能够对滑动块10的移动速度进行检测。滑杆7的顶部上通过螺栓连接或者焊接的方式安装有限位板6。
39.壳体11上转动连接有防回冲弹性挡块12，防回冲弹性挡块12的自由端部向下倾斜，防回冲弹性挡块12具有弹性，防回冲弹性挡块12可以为树脂、橡胶等材质制成，防回冲弹性挡块12的自由端部能够和滑动块10的上、下侧面相抵。壳体11上通过螺栓安装有缓冲器9，结合图4所示，缓冲器9包括外壳、转轴16、主动齿轮14和从动齿轮13，转轴16通过轴承转动连接在外壳内，主动齿轮14同轴通过平键固定连接在转轴16上，从动齿轮13和主动齿轮14啮合，从动齿轮13的齿轮轴通过轴承转动连接在外壳内，从动齿轮13和外壳之间连接有扭簧15；转轴16和防回冲弹性挡块12通过螺钉固定连接。
40.具体实施过程如下：通过举升台架4将电池包1向上升起，将电池包1抬升一定的高度，然后将碰撞设备3放置在电池包1的下方。初始时，滑动块10位于防回冲弹性挡块12的下方，此时人工手动向下掰动防回冲弹性挡块12的端部，防回冲弹性挡块12的端部向下弯折，防回冲弹性挡块12不会对滑动块10向上移动造成阻挡，然后启动驱动气缸，气源向驱动气缸内充入气体，驱动气缸驱动滑动块10沿滑杆7向上移动，滑动块10带动冲头2向上快速移动并对电池包1底部进行冲击，从而实现了对电池包1底部碰撞，模拟了出电池包1底部上z方向上的碰撞。
41.冲头2向上发射之后，松开防回冲弹性挡块12，防回冲弹性挡块12在自身的弹性作用下而复位到如图3所示的倾斜状态，同时冲头2对电池包1的底部撞击之后向下弹射回来，滑动块10向下移动过程中与防回冲弹性挡块12相抵，防回冲弹性挡块12使得滑动块10向下移动的动能初步减小，同时由于防回冲弹性挡块12具有弹性，故防回冲弹性挡块12在滑动块10的推动下向下弯折，防回冲弹性挡块12不会对滑动块10向下移动进行阻碍，滑动块10向下移动到防回冲弹性挡块12的下方。
42.由于滑动块10向下移动过程中驱动气缸内部的气体排出的速度没那么快，故驱动气缸内的活塞向下移动极限位置之后仍会向上弹射而向上移动，因此本实施例中的滑动块10向下移动到极限位置后，还会向上弹射，此时防回冲弹性挡块12继续对滑动块10向上移动进行阻碍，滑动块10在防回冲弹性挡块12的阻挡下停下来，从而避免冲头2向上移动对电
池包1的底部进行二次撞击，有利于使试验达到在冲头2的对电池包1底部的预设的冲击力度和冲击速度情况下的撞击效果。
43.同时，由于防回冲弹性挡块12转动连接在壳体11上，因此当滑动块10从防回冲弹性挡块12的下方反弹向上移动时，当防回冲弹性挡块12与滑动块10接触时，防回冲弹性挡块12在滑动块10的推动下发生一定的摆动，防回冲弹性挡块12带动转轴16转动，转轴16带动主动齿轮14转动，主动齿轮14带动从动齿轮13转动，从动齿轮13转动而使得扭簧15蓄力。由于防回冲弹性挡块12发生从下向上的摆动，因此能够避免防回冲弹性挡块12与滑动块10硬碰，对滑动块10向上移动具有一定的缓冲作用，减少了对滑动块10和防回冲弹性挡块12的正面撞击，有利于提高滑动块10和防回冲弹性挡块12的使用寿命。
44.滑动块10在防回冲弹性挡块12的阻挡作用下向上停止了移动之后，同时驱动气缸内的气体也排放完毕，滑动块10在自身重力的作用下向下移动，滑动块10向下远离防回冲弹性挡块12，而从动齿轮13在扭簧15的作用下反向转动，从动齿轮13带动主动齿轮14反向转动，主动齿轮14通过转轴16带动防回冲弹性挡块12摆动而复位到初始的倾斜向下的状态。
45.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。