一种用于动力电池碰撞模拟实验装置及方法与流程

1.本发明涉及新能源车辆技术领域，尤其涉及一种用于动力电池碰撞模拟实验装置及方法。


背景技术：

2.随着社会的高度发展，新能源汽车(主要指电动汽车)技术逐渐成熟，新能源汽车的数量也有了巨大的增长，但是新能源车的自燃现象已经成为制约新能源车产业发展的重要因素。
3.发明人在实现本发明创造的过程中发现：新能源汽车发生碰撞、拖地等冲击行为时引起的电池损伤，以及车辆发生强颠簸时引起的电池包触点松动，是导致新能源汽车在停放、充电或者正常行驶时突然起火的主要原因。
4.当前，电池包在研发生产过程中会对实物电池进行跌落、穿刺、短程冲击等实验，但是对于机械滥用、损伤带来的实验过程中实物电池自燃问题，尚未有解决方案，因此，若采用真实的电池电芯单体、电池模组及电池包进行测试，目前尚无法解决动力电池爆炸、起火带来的风险。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供一种用于动力电池碰撞模拟实验装置及方法，可以在实验中代替真实的电芯单体、模组以及电池包，便于安全开展动力电池碰撞实验。
6.为实现上述发明目的，第一方面，本发明实施例提供的用于动力电池碰撞模拟实验装置，包括：模拟电池模组，所述模拟电池模组至少包含一个模拟电芯，所述模拟电池模组的形状、尺寸及内部物质密度与待测试实物电池模组大致一致；
7.所述模拟电池模组上设有至少一个传感器系统，所述传感器系统，用于采集模拟电池模组的加速度信息和/或受挤压形变信息。
8.可选地，所述传感器系统，还用于根据所述加速度信息，基于碰撞强度算法判断所述模拟电池模组在预定时间段内所受到的碰撞强度和/或同一碰撞强度历次带来的累积损伤、预定强度以上的颠簸带来的累积损伤。
9.可选地，所述损伤包含：冲击损伤；所述传感器系统，具体用于根据所述加速度信息，基于如下公式(1)计算得到所述模拟电池模组的冲击损伤因子；
10.所述bic为表征模拟电池模组的冲击损伤因子，n是根据待测实物电池电芯的耐冲击程度标定的常量；
11.根据所述冲击损伤因子评估所述模拟电池模组的冲击损伤程度。
12.可选地，所述传感器系统，，
13.还用于
14.根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度。
15.可选地，所述受挤压形变信息包含：动态挤压变形量及动态挤压速度；
16.所述根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度包括：基于所述动态挤压变形量及动态挤压速度，根据动态挤压指数计算公式计算得到所述模拟电池模组的动态挤压指数；
17.根据所述模拟电池模组的动态挤压指数评估所述模拟电池模组的挤压损伤程度。
18.可选地，所述损伤还包含：冲击疲劳损伤；所述传感器系统，具体还用于根据所述加速度信息，基于冲击疲劳损伤指数计算公式计算得到所述模拟电池模组的冲击疲劳损伤指数；其中，所述疲劳损伤指数计算公式为：(f-i(index))m＝∫(acc(t)-am)dt；(f-i(index))m表征冲击疲劳损伤指数，am为预先设定的计算相应等级疲劳损伤指数的临界加速度值，m为等级数；
19.根据所述疲劳损伤指数与疲劳损伤等级指数阈值比较，确定所述模拟电池模组受到的冲击疲劳损伤程度。
20.第二方面，本发明还实施例提供一种用于动力电池碰撞模拟实验方法，基于第一方面任一所述的用于动力电池碰撞模拟实验装置开展，所述方法包括步骤：根据动力电池包碰撞工况，确定测试设备；将模拟电池包置于所述测试设备上，模拟相应碰撞工况；所述模拟电池包主要由第一方面任一所述的实验装置中的模拟电池模组组成；
21.采集所述模拟电池包的模拟电池模组的加速度信息和/或受挤压形变信息；
22.根据所述加速度信息和/或受挤压形变信息计算评估所述动力电池包在该碰撞工况下的损伤程度。
23.可选地，所述根据所述加速度信息和/或受挤压形变信息计算评估所述动力电池包在该碰撞工况下的损伤程度包括：
24.根据所述加速度信息，基于碰撞强度算法判断所述模拟电池模组在预定时间段内所受到的碰撞强度和/或同一碰撞强度历次带来的累积损伤、预定强度以上的颠簸带来的累积损伤。
25.可选地，所述方法还包括：采集模拟电池模组的受挤压形变信息；
26.所述根据所述加速度信息计算评估所述动力电池包在该碰撞工况下的损伤程度还包括：根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度。
27.本发明实施例提供的用于动力电池碰撞模拟实验装置及方法，所述装置包括：模拟电池模组，所述模拟电池模组至少包含一个模拟电芯，所述模拟电池模组的形状、尺寸及内部物质密度与待测试实物电池模组大致一致；所述模拟电池模组上设有至少一个传感器系统，所述传感器系统，用于采集模拟电池模组的加速度信息和/或受挤压形变信息。可以在跌落、穿刺、短程冲击等碰撞实验中代替真实的电芯单体、电池模组以及电池包，用于开展动力电池碰撞实验，可以解决实物电池在实验过程中可能发生的爆炸、起火等风险，便于安全开展动力电池碰撞实验。
28.进一步地，由于所述实验装置的模拟电池模组内包含有传感器系统，用于采集模拟电池模组的加速度信息和/或受挤压形变信息等，进而可以基本等价评估实物电池包在
碰撞时受到的损伤程度，无需使用实物电池即可安全地得到电池碰撞实验的结果。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
30.图1为本发明用于动力电池碰撞模拟实验装置一实施例结构示意图；
31.图2为本发明一实施例用于动力电池碰撞模拟实验装置中模拟电池包一实施例结构示意图；
32.图3为本发明一实施例用于动力电池碰撞模拟实验装置中模拟电池包另一实施例结构示意图；
33.图4为本发明一实施例用于动力电池碰撞模拟实验方法流程示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
35.应当明确，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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明实施例提供的用于动力电池碰撞模拟实验装置，可应用于新能源车辆开发及出厂测试场景中。其中，新能源汽车发生碰撞、拖地等冲击行为时引起的电池损伤，以及车辆发生强颠簸时引起的电池包触点松动，是导致新能源汽车在停放、充电或者正常行驶时突然起火的主要原因。因此，电池包开展碰撞实验是预防上述危险发生的必要一环。
37.然而，若直接采用实物电池包开展跌落、短时冲击等碰撞实验，仍然存在实验中起火的风险。因此，为解决此问题，请参看图1所示，本发明实施例提供的用于动力电池碰撞模拟实验装置，包括：模拟电池模组，所述模拟电池模组至少包含一个模拟电芯，所述模拟电池模组的形状、尺寸及内部物质密度与待测试实物电池模组大致一致，这样可以使所述模拟电池模组与实物电池模组的形状、规格及内部组成物物理性质基本相同，但又不会发生自燃等事故，有利于提高实验结果的可靠性。
38.可以理解的是，根据测试需要，所述模拟电池模组可以组装成模拟电池包，以用于模拟实物电池包。
39.所述模拟电池模组上设有至少一个传感器系统，所述传感器系统，用于采集模拟电池模组的加速度信息和/或受挤压形变信息。
40.请继续参看图1所示，在一些实施例中，可以设置数据采集器，所述数据采集器与传感器系统电连接，用于采集及中转、保存从传感器系统采集的数据。
41.本发明实施例提供的用于动力电池碰撞模拟实验装置，其包括的模拟电池模组可以在跌落、穿刺、短程冲击等碰撞实验中代替真实的电芯单体、模组以及电池包，用于开展电池碰撞实验，可以解决实物电池在实验过程中可能发生的爆炸、起火等风险，便于安全开展电池电芯单体、电池模组及电池包碰撞实验
42.另外，目前尚未有电池机械损伤以及机械滥用的评价体系，本发明实施例提供的技术方案，通过采用模拟电池模组替代实物电池模组，并在模拟电池模组内部设置传感器系统，用于采集模拟电池模组在实验过程中的加速度、受挤压形变等信息，进而开创性地建立了配套的实物电池电芯单体、电池模组以及电池包的机械损伤及机械滥用评价体系，可以基于模拟电池模组、模拟电池包、开展的实验结果较为准确地评价真实电池模组及电池包的机械损伤程度。
43.请参看图2及图3所示，在一些实施例中，所述模拟电池模组，包含多个模拟电芯，所述模拟电芯的形状、尺寸和电芯内部物质密度最好与实物电池模组的电芯(真实电芯)一致，相应地，所述模拟电池模组的形状、尺寸及内部物质密度与待测试实物动力电池模组大致一致，以更准确地评估实物电池在真实碰撞工况中的受损程度。
44.其中，所述模拟电池包，由所述模拟电池模组，根据实际电池包尺寸、形状等封装外壳之后组成。
45.所述传感器系统，还用于根据所述加速度信息和/或受挤压形变信息，基于碰撞强度算法判断所述模拟电池模组在预定时间段内所受到的碰撞强度和/或同一碰撞强度历次带来的累积损伤、预定强度以上的颠簸带来的累积损伤。
46.具体的，所述传感器系统还可以包含：处理器，所述处理器用于用于根据所述加速度信息，基于碰撞强度算法判断所述模拟电池模组在预定时间段内所受到的碰撞强度和/或同一碰撞强度历次带来的累积损伤、预定强度以上的颠簸带来的累积损伤。
47.当然，所述传感器系统也可以将采集的模拟电池模组的加速度信息发送至上位机，由上位机进行损伤计算等任务。
48.电池包受到机械损伤一般可以分为冲击损伤、挤压损伤和冲击疲劳损伤。
49.当所述损伤包含：冲击损伤时，所述传感器系统，具体用于根据所述加速度信息，基于如下公式(1)计算得到所述模拟电池模组的冲击损伤因子；根据所述冲击损伤因子评估所述模拟电池模组的冲击损伤程度。
50.其中，所述bic(battery injury criterion)为表征模拟电池模组的冲击损伤因子，n是根据待测实物电池模组的耐冲击程度标定的常量；
51.示例性地，n的标定方法可以为：将两组电池单体(电池电芯单体)相同高度做跌落试验，其中一组为本实施例提供的内置加速度传感器模拟电池单体，另外一组为真实的电池单体，未设置有加速度传感器。根据未有加速度传感器的电池单体评估电池的受损程度，内置加速度传感器的模拟电池单体计算bic的值，二者进行比对进而建立电池单体受损程度、参数n以及bic之间的关系，计算标定出参数n的值。
52.本实施例中，通过创造性地提出冲击损伤因子及其计算方式，建立了电芯冲击损伤程度的评价体系，可以较为准确地评估真实电池电芯的受损程度。
53.在一些实施例中，所述传感器系统，还用于采集模拟电池模组的受挤压信息，并根据受挤压信息与构建的算法，判断模拟电池模组的受挤压形变以及动态挤压形变指数等受
挤压形变信息。
54.具体的，所述传感器系统，
55.还用于采集模拟电池模组的受挤压形变信息；根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度。
56.其中，所述受挤压形变信息包含：动态挤压变形量及动态挤压速度；
57.所述根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度包括：基于所述动态挤压变形量及动态挤压速度，根据动态挤压指数计算公式计算得到所述模拟电池模组的动态挤压指数；根据所述模拟电池模组的动态挤压指数评估所述模拟电池模组的挤压损伤程度。
58.其中，动态挤压指数dynamicdis
index
(t)计算公式用动态挤压速度vel
dis
(t)和受挤压变形量dis(t)的乘积描述；
59.本技术的发明人在工程实践中创造性地提出：电池的动态挤压损伤可以用动态的压缩量b
dis
的最大值max{b
dis
}以及动态挤压指数dynamicdis
index
(t)来综合评价。
60.进一步地，所述受挤压变形信息还包含：最大动态挤压压缩量；
61.所述根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度包括：根据所述模拟电池模组的最大动态挤压压缩量及动态挤压指数综合评估所述模拟电池模组的挤压损伤程度。
62.本实施例中，为了评价挤压变形损伤对电池的影响，可以预先通过如下标定方式：将两组电池单体固定在同一冲击台上，其中一组为内置位移传感器的模拟电池单体，另外一组位未设置位移传感器的真实电池单体。未有位移传感器的电池单体评估电池的受损程度，内置位移传感器的电池单体测量位移的动态变化量，从而建立电池单体受损程度、最大位移(最大动态挤压压缩量)、位移量与速度乘积之间的关系。
63.因此，本实施例中，通过构建真实电池单体受损程度与模拟电池最大动态挤压压缩量、以及动态挤压指数之间的关系，提出了基于模拟电池包开展电池碰撞实验的技术方案，且建立了一套全新的碰撞机械损伤程度评价体系，便于安全有效地开展电池碰撞实验，且可以较为准确地评估电池在真实工况中的受损情况。
64.为了评价预定强度以上颠簸造成的冲击疲劳损伤对电池的影响，可以预先将两组电池模组放置于振动台上。其中一组为内置有加速度传感器的模拟电芯构成的模拟电池组，另外一组为未置有加速度传感器的真实电池组。给振动台输入指定的振动频率(可以根据车辆行驶过程中的路谱作为输入振动频率)以及不同的振动强度(振动幅值)，模拟车辆行驶过程中的真实颠簸路况。根据监测得到未有加速度传感器的真实电池模组电池的受损程度以及颠簸造成的接触点的疲劳松动程度，与内置加速度传感器的模拟电池模组疲劳损伤等级，建立模拟电池模组疲劳损伤程度与真实电池模组接触点的疲劳松动之间的关系式。
65.因此，在一些实施例中，所述损伤还包含：冲击疲劳损伤；
66.所述传感器系统，具体还用于根据所述加速度信息，基于冲击疲劳损伤指数计算公式计算得到所述模拟电池模组的冲击疲劳损伤指数；其中，所述疲劳损伤指数计算公式为：(f-i(index))m＝∫(acc(t)-am)dt；(f-i(index))m表征冲击疲劳损伤指数，am为预先设
定的计算相应等级疲劳损伤指数的临界加速度值，m为等级数；根据所述疲劳损伤指数与疲劳损伤等级指数阈值比较，确定所述模拟电池模组受到的冲击疲劳损伤程度。
67.其中，疲劳损伤程度可以分为多个等级。对应的积分方程中的a1，a2，...am，其中a1《a2《...《am。疲劳损伤指数f-i(index)的计算采用采集到的加速度曲线减去对应的参数如a1，a2，...am等，当f-i(index)m大于标定阈值时，则此时疲劳损伤等级为m级，m为正整数；所述阈值是特定电芯或电芯模组的基本特性，可以对电芯或电池模组试验确定。
68.综上，本发明实施例提供了一种用于动力电池碰撞模拟实验装置，可以在试验中代替真实的电芯单体、电池模组以及电池包，便于安全开展动力电池碰撞实验。进一步地，该实验装置的模拟电池包内置有位移、加速度等传感器系统，可以监测到电池包在碰撞或强颠簸时受挤压的量、受挤压的速度以及受到冲击或颠簸带来的加速度，并进而可以判定在模拟的工况下的受损程度。
69.进一步地，基于模拟电池包内置的传感器系统，构建了电池电芯单体、模组及电池包的机械损伤评价体系及方法，可以较为准确地评估真实电池在相应工况下的机械损伤对电池的影响程度，无需使用实物电池即可安全地得到动力电池碰撞实验的结果，降低了电池碰撞实验的成本，并提升了电池碰撞实验的安全性。
70.基于与本实施例相同的技术构思，本发明还实施例还提供了一种用于动力电池碰撞模拟实验方法，基于前述任一实施例所述的用于动力电池碰撞模拟实验装置开展，所述方法包括步骤：
71.s110、根据动力电池包碰撞工况，确定测试设备；所述碰撞工况包含：跌落、瞬时碰撞等，例如，如果要开展跌落工况实验，则测试设备可能选用悬吊装夹类的设备，然后松开使其从预定高度落下。
72.s120、将模拟电池包置于所述测试设备上，模拟相应碰撞工况，以便于准确评估电池包在真实碰撞工况下的受损程度；所述模拟电池包主要由第一方面任一所述的实验装置中的模拟电池模组组成；
73.s130、采集所述模拟电池包的模拟电池模组的加速度信息和/或受挤压形变信息；
74.s140、根据所述加速度信息和/或受挤压形变信息计算评估所述动力电池包在该碰撞工况下的损伤程度。
75.其中，所述根据所述加速度信息和/或受挤压形变信息计算评估所述动力电池包在该碰撞工况下的损伤程度(s140)包括：根据所述加速度信息，基于碰撞强度算法判断所述模拟电池模组在预定时间段内所受到的碰撞强度和/或同一碰撞强度历次带来的累积损伤、预定强度以上的颠簸带来的累积损伤。
76.所述根据所述加速度信息和/或受挤压形变信息计算评估所述动力电池包在该碰撞工况下的损伤程度(s140)还包括：根据所述受挤压形变信息确定所述模拟电池模组的动态挤压损伤程度。
77.为了叙述简要清楚，就不再一一展开描述实验方法，由于技术构思与前述各实施例基本相同，可以相互参看和援引。
78.综上，本发明实施例提供的用于动力电池碰撞模拟实验方法，通过采用模拟电池电芯单体、模拟电池模组、模拟电池包对应代替真实的实物电池电芯单体、实物电池模组及实物电池包，可以解决机械滥用及机械损伤带来的实验过程中实物电池自燃问题，便于安
全开展电池包碰撞实验；进一步地，通过利用内置传感器系统采集加速度等信息，建立了电池电芯单体、电池模组及电池包的机械损伤评价体系，可以较为准确地等价评估实物电池包在真实碰撞时受到的损伤程度。
79.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、装置、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、装置、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、装置、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
81.为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
82.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例装置中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各装置的实施例的流程。其中，所述的存储介质还可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
83.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。