CN114459921B - 用于电池撞击测试的电池自动进样设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，包括进样盒、取样组件、观察模块、钢棒升举模组、控制模块；进样盒包括进样盒外壳、设于进样盒外壳底部的旋转组件和可调节支架；取样组件包括旋转底座和设于旋转底座上的可升降取样臂，所述可升降取样臂上设有电磁铁；观察模块包括底座、可拆卸设于所述底座上的防爆盒、与所述底座连接的位移驱动单元；钢棒升举模组包括升举组件和与升举组件连接的钢棒，所述升举组件能够调整钢棒的高度，并能够通过钢棒升举模组将钢棒位置固定。与现有技术相比，本发明占地面积小，各个模块可以灵活调整；自动进行撞击测试，使用快速便捷，简单高效，适用于圆柱型锂电池撞击测试。

Description

用于电池撞击测试的电池自动进样设备
技术领域
本发明涉及一种电池安全性测试设备，尤其是涉及一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备。
背景技术
撞击测试是验证锂离子电池安全性的一项重要测试，用于模拟撞击或挤压等滥用情况下可能造成电池内部短路的机械性破坏，根据***《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》第38章第3款 (以下简称UN38.3) T.6撞击试验测试的要求，直径大于或等于18mm的圆柱体锂离子电池芯应放在平坦光滑的表面经由9.1 千克的重锤从 61 厘米高处跌落到钢棒(钢棒直径 15.8毫米，长度至少 6 厘米)和试样交叉处，记录电池升温后的最高温度。
至今UN38.3已经历过多次修订，频率为每两年一次，涉及到实验方法、预处理方式等。2017年初UN38.3第六版修订I公布，修改了 T.6撞击试验测试的电池样品数量，由5个增加至10个电池芯，测试方法不变。对于测试数量的增加，急需一种能够完成自动进样功能方便快捷的高效实验设备，目前市面上主流的撞击测试设备不具备自动化测试的功能。
而UN38.3 T.6撞击试验测试中耗时较长的主要原因则是，电池经受撞击后发生内部短路开始放电，因电池芯安全设计有热敏电阻（Positive Temperature Coefficient），导致温度升降缓慢。事实上，电池经受撞击之后，就处于一个观察状态，此时的设备完全可以进行下一个样品的测试，但在电池升温过程中直接更换电池又相当危险，且用坩埚钳等工具夹取等方式造成人为挤压电池容易影响实验结果。通常实验人员在判断电池降至安全温度之前无法接触并更换电池。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，主要解决了解决目前现有的电池撞击设备效率低下，不安全等技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的是保护一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，包括进样盒、取样组件、观察模块、钢棒升举模组、控制模块，其中具体地：
进样盒包括进样盒外壳、设于进样盒外壳底部的旋转组件和可调节支架，待测电池装设于所述进样盒外壳中，所述旋转组件设于所述进样盒外壳的出口处，可调节支架能够调节进样盒外壳的倾斜程度，所述旋转组件能够对通过旋转实现待测电池的出料控制；
取样组件包括旋转底座和设于旋转底座上的可升降取样臂，所述可升降取样臂上设有电磁铁，以此实现待测电池的抓取及释放操作；
观察模块包括滑台、可拆卸设于所述滑台上的防爆盒、与所述滑台连接的丝杆，可拆卸的方式为采用现有的卡扣结构或者定位销结构；
钢棒升举模组包括升举组件和与升举组件连接的钢棒，所述升举组件能够调整钢棒的高度；
控制模块分别与所述进样盒、取样组件、观察模块、钢棒升举模组通信连接。
进一步地，所述旋转组件包括驱动电机、与驱动电机输出轴传动连接的转轴、均匀连接于转轴上的给料板。
进一步地，所述旋转组件设于所述进样盒外壳中靠近出口的一端，给料板之间的间隙与待测电池的体积匹配。
进一步地，所述进样盒外壳出口处设有活动盖，所述旋转组件旋转给出的待测电池自活动盖处滚出。
进一步地，所述可调节支架包括支架底座和撑板，所述支架底座上设有多个限位槽，所述撑板的一侧铰接于所述进样盒下表面，所述撑板的一另侧抵接于所述限位槽中。
进一步地，所述旋转底座中设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴与所述可升降取样臂的下端传动连接。
进一步地，所述可升降取样臂的包括伺服电缸，所述伺服电缸的与所述伺服电机的输出端传动连接，在伺服电机的驱动下进行旋转；
所伺服电缸的输出端连接有L型杆，所述电磁铁固定于所述L型杆上。
进一步地，还包括温度采集模块，所述温度采集模块通过支架设于钢棒升举模组和观察模块上方。
进一步地，所述升举组件包括对称设置的第一钢棒升举单元和第二钢棒升举单元，所述钢棒的两端分别与所述第一钢棒升举单元和第二钢棒升举单元连接，所述第一钢棒升举单元和第二钢棒升举单元能够同时对钢棒的两端进行举升。
进一步地，所述第一钢棒升举单元和第二钢棒升举单元均包括升举单元壳体、弹簧、为升举电缸，所述弹簧的一端连接于所述升举单元壳体的顶部，所述弹簧的下端上连接有上压紧块，所述升举电缸设于所述升举单元壳体的下表面上，所述升举电缸的输出端上连接有下压紧块，所述上压紧块和下压紧块上均设有圆弧型凹槽。
本发明同时提出了利用该电池自动进样设备完成的电池撞击测试自动化检测方法，包括以下步骤：
1. 将待测电池放置于进样盒中，通过进样盒自身的倾斜角度，待测电池到达旋转组件处。
2. 控制模块控制旋转组件将单个待测电池旋转通过。
3. 控制模块控制取样组件通过旋转使得可升降取样臂到达进样盒的取样窗口。
4. 控制模块控制取样组件前端的电磁铁通电，吸住待测电池。
5. 控制模块控制钢棒升举组件将钢棒托起。
6. 控制模块控制取样组件通过旋转使得可升降取样臂到达实验底座指定位置。
7. 控制模块控制取样组件前端的电磁铁断电，实验底座指定位置放下待测电池。
8. 控制模块控制取样组件通过旋转使得可升降取样臂到达进样盒的取样窗口处待机。
9. 控制模块控制实验底座中的电磁铁通电调整及固定电池的位置，随后断电。
10.控制模块控制钢棒升举组件将钢棒放在待测电池上，通过顶部的弹簧维持钢棒水平。
11. 待撞击测试结束后，温度采集模块持续跟踪采集测试后电池温度，向外部电脑发送数据。
12.控制模块控制钢棒升举组件将钢棒托起。
13.控制模块控制取样组件通过旋转使得可升降取样臂到达实验底座指定位置。
14.控制模块控制取样组件前端的电磁铁通电，吸住测试后电池。
15.控制模块控制所述取样组件通过旋转使得可升降取样臂到达防爆盒上方。
16.控制模块控制取样组件前端的电磁铁断电，将测试后电池放入防爆盒中。
17.控制模块控制观察模块中的电机使防爆盒水平移动，同时下一个防爆盒到达待测位置。
18.当温度采集模块检测到处于防爆盒中被测电池，测试后电池温度超过标准要求时，向控制模块发出停止指令。
19.控制模块在收到急停按钮被按下的指令时，停止所述电池撞击测试的电池自动进样设备的工作
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
1）高效率，本技术方案中的电池自动进样设备进样出样实现自动化操作。
2）实时性强，本技术方案中的电池自动进样设备通过温度采集模块中的热成像摄像头可以实时捕捉每个电池的温度。
3）安全性强，本技术方案中的电池自动进样设备测试过程中不需要人为干涉，减少风险。
4）占地面积小，本技术方案中的电池自动进样设备各个模块可以灵活调整。
附图说明
图1为本技术方案中电池自动进样设备的整体结构示意图。
图2为本技术方案中电池自动进样设备的俯视结构示意图。
图3为本技术方案中进样盒与取样组件的结构示意图。
图4为另一个视角的进样盒与取样组件的结构示意图。
图5为进样盒的剖面结构示意图。
图6为观察模块的结构示意图。
图7为实验底座、钢棒升举组件、钢棒、电池的结构示意图。
图8为钢棒升举组件的剖面示意图。
图中，1为进样盒、1-1为旋转组件、1-2为可调节支架、1-3为活动盖、2为取样组件、2-1为电磁铁、2-2为可升降取样臂、2-3为旋转底座、3为观察模块、3-1为防爆盒、3-2为滑台、3-3为丝杆、3-4为电机、3-5为滑轨、4-1为第一钢棒升举单元、4-2为第二钢棒升举单元、4-11为弹簧、4-12为升举组件、5为控制模块、6为温度采集模块、7为钢棒、8为实验底座、9为电池、10为落锤、11-1为第一导轨、11-2为第二导轨。
实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
本技术方案中的电池撞击测试的电池自动进样设备，其结构如图1至8所示，该设备由进样盒1、取样组件2、观察模块3、第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2、控制模块5、实验底座8和温度采集模块6构成。
进样盒外壳由耐高温防爆外壳组成，进样盒底部设置有旋转组件1-1，与控制模块5连接。进样盒底部设置有可调节支架1-2调整的进样盒倾斜度。使得待测电池通过自身重量向旋转组件1-1移动，进样盒出样位置设置有活动盖1-3，进样盒朝向取样组件的一侧设置有取样窗口。
取样组件2包括可旋转底座，可升降取样臂设于可旋转底座上，可升降取样臂上设置有电磁铁2-1，可控制其抓取及释放操作。可旋转底座、可升降取样臂，电磁铁2-1，均与控制模块5通信连接。
观察模块包括耐高温防爆外壳的防爆盒3-1。滑台3-2与防爆盒3-1连接，滑台上端设有快拆组件，可快速拆卸防爆盒3-1。滑台3-2与丝杠3-3连接，所述丝杠3-3与电机3-4传动连接，滑台3-2上设有与丝杠3-3外螺纹匹配的内螺纹孔，以此实现丝杠传动过程，滑台在滑轨3-5上可实现水平移动，电机3-4通信连接所述控制模块5。
第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2内部设置有升举组件，顶部设置有弹簧4-11，能够自动抬升钢棒7，待测电池9进入实验底座8时，第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2可以维持钢棒7的水平，第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2连接控制模块5。
控制模块5分别与所述进样盒1、取样组件2、观察模块、钢棒升举模组通信连接。本技术方案中的控制模块5为市场上主流的单片机或微处理器。
旋转组件1-1包括驱动电机、与驱动电机输出轴传动连接的转轴、均匀连接于转轴上的给料板。旋转组件1-1设于所述进样盒外壳中靠近出口的一端，给料板之间的间隙与待测电池9的体积匹配。
进样盒外壳出口处设有活动盖1-3，所述旋转组件1-1旋转给出的待测电池9自活动盖1-3处滚出。
可调节支架1-2包括支架底座和撑板，所述支架底座上设有多个限位槽，所述撑板的一侧铰接于所述进样盒1下表面，所述撑板的一另侧抵接于所述限位槽中。
旋转底座2-3中设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴与所述可升降取样臂2-2的下端传动连接。
可升降取样臂2-2的包括伺服电缸，所述伺服电缸的与所述伺服电机的输出端传动连接，在伺服电机的驱动下进行旋转；所伺服电缸的输出端连接有L型杆，所述电磁铁2-1固定于所述L型杆上。
温度采集模块6通过支架设于钢棒升举模组和观察模块上方。温度采集模块6为采用目前主流的测温传感器。该支架上设有第一导轨11-1、为第二导轨11-2，落锤10两端通过连杆及现有的滑动组件分别连接于第一导轨11-1、为第二导轨11-2上。
升举组件包括对称设置的第一钢棒升举单元4-1和第二钢棒升举单元4-2，所述钢棒7的两端分别与所述第一钢棒升举单元4-1和第二钢棒升举单元4-2连接，所述第一钢棒升举单元4-1和第二钢棒升举单元4-2能够同时对钢棒7的两端进行举升。
第一钢棒升举单元4-1和第二钢棒升举单元4-2均包括升举单元壳体、弹簧4-11、为升举电缸4-12，所述弹簧4-11的一端连接于所述升举单元壳体的顶部，所述弹簧4-11的下端上连接有上压紧块，所述升举电缸4-12设于所述升举单元壳体的下表面上，所述升举电缸4-12的输出端上连接有下压紧块，所述上压紧块和下压紧块上均设有圆弧型凹槽，两个圆弧型凹槽相对设置，以此能够实现钢棒7的夹紧。
具体使用时，利用上述组件进行多个电池撞击测试的检测步骤如下：
1. 将待测电池9放置于进样盒1中，通过进样盒1自身的倾斜角度，待测电池9到达旋转组件1-1处。
2. 控制模块5控制旋转组件1-1将单个待测电池9旋转通过。
3. 控制模块5控制取样组件2通过旋转使得可升降取样臂到达进样盒1的取样窗口。
4. 控制模块5控制取样组件2前端的电磁铁2-1通电，吸住待测电池9。
5. 控制模块5控制第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2将钢棒7托起。
6. 控制模块5控制取样组件2通过旋转使得可升降取样臂到达实验底座8指定位置。
7. 控制模块5控制取样组件2前端的电磁铁2-1断电，在实验底座8指定位置放下待测电池9。
8. 控制模块5控制取样组件2通过旋转使得可升降取样臂到达进样盒的取样窗口处待机。
9. 控制模块5控制实验底座中的电磁铁通电， 调整并固定电池的位置，随后断电。
10.控制模块5控制第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2将钢棒7放在待测电池9上，通过顶部的弹簧维持钢棒7水平。
11. 待撞击测试结束后，温度采集模块6持续跟踪采集测试后电池9温度，向外部电脑发送数据。
12.控制模块5控制第一钢棒升举单元4-1、第二钢棒升举单元4-2将钢棒7托起。
13.控制模块5控制取样组件2通过旋转使得可升降取样臂到达实验底座8指定位置。
14.控制模块5控制取样组件2前端的电磁铁2-1通电，吸住测试后电池9。
15.控制模块5控制取样组件2通过旋转使得可升降取样臂到达防爆盒3-1上方。
16.控制模块5控制取样组件2前端的电磁铁2-1断电，将测试后电池9放入防爆盒3-1中。
17.控制模块5控制观察模块3中的电机3-4使防爆盒3-1水平移动，同时下一个防爆盒到达待测位置。
18.当温度采集模块6测到处于防爆盒3-1中被测电池9，测试后电池9温度超过标准要求时，向控制模块5发出停止指令。
19.控制模块5在收到急停按钮被按下的指令时，停止所述电池撞击测试的电池自动进样设备的工作
20.控制程序5重复步骤2至19操作。
21.当所有测试后电池都在观察模块中时，由温度采集模块捕捉电池最高温度，储存至外部电脑。
22.待电池温度下降，实验人员通过快拆组件将防爆盒取出，清理防爆盒，取出测试后电池，再将观察模块复原，实验结束。
对比例1
以中国专利CN207585877U、CN214174046U为主要代表的撞击设备，设计之初没有考虑到样品数量过多时，设备无法高效率完成测试，操作较为繁琐。电池调整固定及设备控制由人工完成。
与上述专利不同的是，我们提出的一种应用于电池撞击测试的电池自动进样设备优点在于使用取样组件配合进样器、钢棒升举组件、观察模块，将处于观察状态的电池转移至观察模块中观察，从而空出实验底座进行下一项测试，实现撞击的自动化且解决了撞击实验测试时间过长的问题。
对比例2
中国专利CN107226349 A公开了一种具有自动抓取机器手臂的搬运机构，该技术方案与本发明的应用领域不同，用于重物搬运。
与上述专利不同的是，我们提出的一种应用于电池撞击测试的电池自动进样设备的优点是将电磁铁直接设计在组件末端直接抓取物品，直接减少了组件的机械结构。不使用红外等复杂传感器确认所取物品实时位置，而是采用所取物件位置固定，放置位置固定，取样组件达到位置后无需调整即可直接抓取，结构简单，机械可靠性较高，适用于工况复杂的环境。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，其特征在于，包括：
进样盒（1），包括进样盒外壳、设于进样盒外壳底部的旋转组件（1-1）和可调节支架（1-2），待测电池（9）装设于所述进样盒外壳中，所述旋转组件（1-1）设于所述进样盒外壳的出口处，可调节支架（1-2）能够调节进样盒外壳的倾斜程度，所述旋转组件（1-1）能够对通过旋转实现待测电池（9）的出料控制；
取样组件（2），包括旋转底座（2-3）和设于旋转底座（2-3）上的可升降取样臂（2-2），所述可升降取样臂（2-2）上设有电磁铁（2-1），以此实现待测电池（9）的抓取及释放操作；
观察模块，包括滑台（3-2）、可拆卸设于所述滑台（3-2）上的防爆盒（3-1）、与所述滑台（3-2）连接的位移驱动单元；
钢棒升举模组，包括升举组件和与升举组件连接的钢棒（7），所述升举组件能够调整钢棒（7）的高度，并能够通过钢棒升举模组将钢棒（7）位置固定；
控制模块（5），分别与所述进样盒（1）、取样组件（2）、观察模块、钢棒升举模组通信连接；
所述旋转组件（1-1）包括驱动电机、与驱动电机输出轴传动连接的转轴、均匀连接于转轴上的给料板；
所述旋转组件（1-1）设于所述进样盒外壳中靠近出口的一端，给料板之间的间隙与待测电池（9）的体积匹配；
所述进样盒外壳出口处设有活动盖（1-3），所述旋转组件（1-1）旋转给出的待测电池（9）自活动盖（1-3）处滚出；
所述电池自动进样设备还包括温度采集模块（6），所述温度采集模块（6）通过支架设于钢棒升举模组和观察模块上方。
2.根据权利要求1所述的一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，其特征在于，所述可调节支架（1-2）包括支架底座和撑板，所述支架底座上设有多个限位槽，所述撑板的一侧铰接于所述进样盒（1）下表面，所述撑板的一另侧抵接于所述限位槽中。
3.根据权利要求1所述的一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，其特征在于，所述旋转底座（2-3）中设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴与所述可升降取样臂（2-2）的下端传动连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，其特征在于，所述可升降取样臂（2-2）的包括伺服电缸，所述伺服电缸的与所述伺服电机的输出端传动连接，在伺服电机的驱动下进行旋转；
所伺服电缸的输出端连接有L型杆，所述电磁铁（2-1）固定于所述L型杆上。
5.根据权利要求3所述的一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，其特征在于，所述升举组件包括对称设置的第一钢棒升举单元（4-1）和第二钢棒升举单元（4-2），所述钢棒（7）的两端分别与所述第一钢棒升举单元（4-1）和第二钢棒升举单元（4-2）连接，所述第一钢棒升举单元（4-1）和第二钢棒升举单元（4-2）能够同时对钢棒（7）的两端进行举升。
6.根据权利要求5所述的一种用于电池撞击测试的电池自动进样设备，其特征在于，所述第一钢棒升举单元（4-1）和第二钢棒升举单元（4-2）均包括升举单元壳体、弹簧（4-11）、升举电缸（4-12），所述弹簧（4-11）的一端连接于所述升举单元壳体的顶部，所述弹簧（4-11）的下端上连接有上压紧块，所述升举电缸（4-12）设于所述升举单元壳体的下表面上，所述升举电缸（4-12）的输出端上连接有下压紧块，所述上压紧块和下压紧块上均设有圆弧型凹槽。
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