电池模组强度预测系统的制作方法

【技术领域】

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池模组强度预测系统。

背景技术：

由于动力电池具有安全性高、循环性好、对环境友好、无毒无害、原材料成本相对低廉等优点，因此，受到了人们的高度关注，并且已经在电动汽车上得到了广泛的使用。动力电池(特别是三元锂电池)在充放电过程中，由于电池内部发生化学反应对电芯外壳产生压力而使电芯的外形发生变化，表现为电芯发生膨胀。当多个电芯组装成电池模组后，电芯之间会因膨胀而产生相互作用力，同时也会对电池模组的壳体产生作用力。这种作用力在电芯的整个使用寿命中，会随着电芯使用时间的延长而越来越大。当多个电芯单体的膨胀力过大时，会撑破电池模组的壳体，从而导致爆炸，这给电池模组带来了极大的安全隐患。

鉴于此，实有必要提供一种绝缘检测系统以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能预测电池模组的强度以避免因电芯膨胀而导致的安全隐患的电池模组强度预测系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池模组强度预测系统，所述电池模组强度测试系统包括电芯单元、测试装置及计算机，所述电芯单元包括多个串联及/或并联的电芯单体，所述测试装置包括多个测试模块，每个测试模块用于感测一个对应的电芯单体在使用周期内的膨胀力，并将感测到的膨胀力输出给所述计算机，所述计算机包括cae软件，所述cae软件包括建模模块及强度计算模块，所述建模模块用于建立电池模组的有限元模型，所述电池模组包括所述电芯单元及收容所述电芯单元的壳体，所述强度计算模块用于根据每个测试模块感测到的对应的电芯单体在使用周期内的膨胀力来计算所述壳体在所述电芯单元的使用周期内各个部分的强度，并根据计算出的所述壳体在所述电芯单元的使用周期内各个部分的强度来预测制造所述电池模组的成品时所述壳体的各个部分的强度。

相比于现有技术，本发明通过所述测试装置感测所述电芯单元中每个电芯单体在使用周期内的膨胀力，并将感测到的膨胀力输出给所述计算机；本发明还通过所述cae软件的建模模块建立包括收容所述电芯单元的壳体的电池模组的有限元模型；本发明还通过所述cae软件的强度计算模块根据每个电芯单体在使用周期内的膨胀力来计算所述壳体在所述电芯单元的使用周期内各个部分的强度，并根据计算出的所述壳体在所述电芯单元的使用周期内各个部分的强度来预测制造所述电池模组的成品时所述壳体的各个部分的强度，从而可以有效地防止因电芯单体的膨胀力过大而导致的电池模组爆炸，进而避免了因电芯膨胀而导致的安全隐患。

【附图说明】

图1为本发明的实施例提供的电池模组强度预测系统的原理框图。

图2为图1中测试装置及计算机的示意图。

图3为图1中的强度计算模块根据每个测试模块感测到的对应的电芯单体在使用周期内的膨胀力分析出的每个电芯单体在使用周期内膨胀力的变化规律的曲线图。

图4为图1中建模模块建立的电池模组的有限元模型的示意图。

图5为图4的分解图。

图6为图2中测试模块的示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，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，本领域普通技术人员在没有做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。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。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所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。

请一并参阅图1至图5，本发明的实施例提供的电池模组强度预测系统10包括电芯单元160、测试装置200及计算机300。所述电芯单元160包括多个串联及/或并联的电芯单体166。所述测试装置200包括多个测试模块260，每个测试模块260用于感测一个对应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力，并将感测到的膨胀力输出给所述计算机300。所述计算机300包括cae(computeraidedengineering，计算机300辅助工程)软件360，所述cae软件360包括建模模块362及强度计算模块366。所述建模模块362用于建立电池模组100的有限元模型，所述电池模组100包括所述电芯单元160及收容所述电芯单元160的壳体180。所述强度计算模块366用于根据每个测试模块260感测到的对应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力来计算所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度，并根据计算出的所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度来预测制造所述电池模组100的成品时，所述壳体180的各个部分的强度。

在本实施方式中，所述强度计算模块366还用于根据每个测试模块260感测到的对应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力来分析每个电芯单体166在使用周期内膨胀力的变化规律(如图3所示)。由图3可知，随着使用时间的延长，所述电芯单体166的膨胀力越来越大。所述强度计算模块366计算出的所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度将随着每个电芯单体166在使用周期内膨胀力的变化而变化。所述强度计算模块366预测出的制造所述电池模组100的成品时所述壳体180的各个部分的强度大于在所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度的最大值。

请再次一并参阅图4及图5，所述壳体180包括前端板182、后端板183、两侧板185及顶板186。所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185及所述顶板186围成收容所述电芯单元160的收容空间。所述强度计算模块366用于根据每个测试模块260感测到的对应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力来计算所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185及所述顶板186在所述电芯单元160的使用周期内的强度。所述强度计算模块366还用于根据计算出的所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185及所述顶板186在所述电芯单元160的使用周期内的强度来预测制造所述电池模组100的成品时，所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185及所述顶板186的强度。

在本实施方式中，所述建模模块362用于采用六面体网格建立所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185、所述顶板186及每个电芯单体166的有限元模型，并按照实际生产中的连接关系将所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185、所述顶板186及每个电芯单体166连接在一起。所述建模模块362还用于为所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185、所述顶板186及每个电芯单体166设置对应的材料，并设置所述电池模组100与外部零件的约束关系。

在本实施方式中，所述壳体180还包括多个用于连接相邻两个电芯单体166电极极柱168的连接片188。所述建模模块362用于采用四边形网格建立每个连接片188的有限元模型。

请参阅图6，每个测试模块260包括底座261、上夹板265、下夹板266及压力传感器268。所述底座261包括底壁262及沿所述底壁262相对的两侧边缘垂直向上延伸出的形状相同的第一侧壁263及第二侧壁264。所述上夹板265固定设置在所述第一侧壁263的顶面及所述第二侧壁264的顶面。所述压力传感器268设置在所述底壁262的上表面，所述下夹板266设置在所述压力传感器268上，所述电芯单体166放置在所述上夹板265及所述下夹板266之间。所述压力传感器268用于感测所述电芯单体166在使用周期内的膨胀力。

在本实施方式中，所述上夹板265通过多个螺栓269固定设置在所述第一侧壁263的顶面及所述第二侧壁264的顶面。在其它实施方式中，所述上夹板265通过其它方式(例如，焊接、一体成型等)固定设置在所述第一侧壁263的顶面及所述第二侧壁264的顶面。

由于电芯单体166的膨胀力可能会达到几万牛顿力，所以为了保证测试得到数据的准确性，需要保证测试模块260各个部分具有足够的刚度。因此，在本实施方式中，所述底座261、所述上夹板265、所述下夹板266均由钢制成，所述底座261、所述上夹板265、所述下夹板266的厚度均大于20毫米。另外，为了保证所述上夹板265与所述底座261之间的连接良好，所述螺栓269的数量可以尽量增多。

请再次参阅图1及图2，所述测试装置200还包括信号转换模块280，所述信号转换模块280与每个压力传感器268及所述计算机300相连。所述信号转换模块280用于将每个压力传感器268输出的模拟信号转换成数字信号，并对数字信号进行放大，且将放大后的数字信号输出给所述计算机300。

下面将对本发明电池模组强度预测系统10的工作原理进行说明。

测试时，将所述电芯单元160中的每个电芯单体166放置在相应的测试模块260的上夹板265与下夹板266之间，再将每个电芯单体166的电极与外部的充放电设备(图未示)相连。所述充放电设备给每个电芯单体166进行充电或放电，每个电芯单体166在进行冲充电或放电的过程中，其内部发生化学反应，从而使电芯单体166的发生膨胀变形。每个电芯单体166在膨胀变形时会对相应的测试模块260的上夹板265及下夹板266施加与每个电芯单体166的膨胀力相等的压力。由于每个压力传感器268设置在所述底座261的底壁262的上表面，所述下夹板266设置在所述压力传感器268上，且所述上夹板265固定设置在所述底座261上，因此，所述电芯单体166施加在所述上夹板265及所述下夹板266之间的压力会被所述压力传感器268感测到。由此可知，每个压力传感器268可以感测相应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力。

每个压力传感器268将感测到的膨胀力以模拟信号的形式输出给所述信号转换模块280。所述信号转换模块280用于将每个压力传感器268输出的模拟信号转换成数字信号，并对数字信号进行放大，且将放大后的数字信号输出给所述计算机300。所述计算机300每间隔一预设时间采集一次所述信号转换模块280输出的数字信号，直到采集完每个电芯单体166在使用周期内的膨胀力。所述建模模块362建立所述电池模组100的有限元模型，所述电池模组100包括所述电芯单元160及收容所述电芯单元160的壳体180。所述强度计算模块366根据每个测试模块260感测到的对应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力来分析每个电芯单体166在使用周期内膨胀力的变化规律。所述强度计算模块366还根据每个测试模块260感测到的对应的电芯单体166在使用周期内的膨胀力来计算所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度。所述强度计算模块366还根据计算出的所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度来预测制造所述电池模组100的成品时所述壳体180的各个部分(如所述前端板182、所述后端板183、所述两侧板185、所述顶板186及所述连接片188)的强度，从而可以有效地防止因电芯单体166的膨胀力过大而导致的电池模组100爆炸，进而避免了因电芯膨胀而导致的安全隐患。

本发明通过所述测试装置200感测所述电芯单元160中每个电芯单体166在使用周期内的膨胀力，并将感测到的膨胀力输出给所述计算机300；本发明还通过所述cae软件360的建模模块362建立包括收容所述电芯单元160的壳体180的电池模组100的有限元模型；本发明还通过所述cae软件360的强度计算模块366根据每个电芯单体166在使用周期内的膨胀力来计算所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度，并根据计算出的所述壳体180在所述电芯单元160的使用周期内各个部分的强度来预测制造所述电池模组100的成品时所述壳体180的各个部分的强度，从而可以有效地防止因电芯单体166的膨胀力过大而导致的电池模组100爆炸，进而避免了因电芯膨胀而导致的安全隐患。

本发明并不仅仅限于说明书和实施例中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。