一种动态挤压测试装置

技术领域

本申请涉及挤压测试技术领域，尤其涉及动态挤压测试装置。

背景技术

动态挤压试验是一种近几年被提出的新式试验。该试验是利用指定形状的重物加速运动撞击样品的指定位置，以一定能量和速度撞击样品并侵入指定深度，从而研究电池产品在遭受动态撞击时的安全性。其原理和重物冲击和静态挤压相似，而动态挤压试验的侵入深度是指定的。相比于各标准中最常见的静态挤压测试，动态挤压试验可以更好地模拟电池产品在实际运输、存储或使用过程中遭受冲击的情况；而相比于传统的重物冲击试验(如公开号为CN218566841U的实用新型专利中介绍的)，动态挤压试验可以控制挤压头形状，并精确控制冲击能量、挤压速度、侵入深度，同时采集加速度、样品收到的撞击力。

市场上的重物冲击装置种类繁多。但这些装置都很难定位至挤压头接触样品瞬间的数据。

如何定位挤压头接触样品瞬间的数据，是本申请要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种动态挤压测试装置，以解决现有技术中如何定位挤压头接触样品瞬间的数据的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。

本申请实施例提供一种挤压测试装置，包括挤压头、限位装置、采集模块和信号回路电源；所述挤压头、所述采集模块和所述信号回路电源串联；

所述挤压头用于在初始位置朝向样品运动，并挤压所述样品；

所述限位装置用于设定挤压深度，在预设的位置阻挡所述挤压头继续挤压；

所述信号回路电源用于在所述挤压头接触所述样品时，与所述采集模块、所述样品和所述挤压头形成信号回路；

所述采集模块用于采集挤压过程中的数据，并在接收到来自所述信号回路电源的电信号时，标记采集到的数据。

可选地，所述挤压测试装置还包括第一导电箔和第二导电箔，所述第一导电箔覆盖所述样品表面，所述第二导电箔覆盖所述挤压头表面；

所述信号回路电源用于在所述挤压头接触所述样品时，与所述采集模块、所述样品、第一导电箔、第二导电箔和所述挤压头形成信号回路。

可选地，所述采集模块包括数据采集仪、激光位移传感器和压力传感器；所述数据采集仪分别与所述信号回路电源、所述激光位移传感器和所述压力传感器电连接；

所述激光位移传感器用于根据所述挤压头的位置生成位置信号；

所述压力传感器用于根据所述挤压头产生的压力生成压力信号；

所述数据采集仪用于采集测试过程中的所述位置信号和压力信号并生成位移数据和压力数据，并在接收到来自所述信号回路电源的电信号时标记此时对应的位移数据和压力数据。

可选地，采集模块还包括高速摄像机，所述高速摄像机和所述信号回路电源电连接；

所述高速摄像机用于拍摄挤压过程的视频，并在接收到来自所述信号回路电源的电信号时，标记拍摄的图像。

可选地，所述挤压测试装置配备有消防系统；所述消防系统包括以下至少一种：

消防水管，用于连接自来水系统或消防试剂的容器；

喷淋头，用于连接自来水系统或消防试剂的容器。

可选地，所述消防试剂包括以下至少一种：水、全氟己酮、七氟丙烷、液氮。

可选地，所述动态挤压测试装置还包括样品台，所述限位装置包括限位柱和垫片；

所述样品台用于固定所述样品；

所述限位柱和所述垫片安装于所述样品台，所述垫片用于调节设定的挤压深度。

可选地，所述挤压测试装置为立式挤压测试装置，所述挤压头的挤压方向为竖直向下。

可选地，所述挤压测试装置还包括重物板、承重板和滑轨；

所述重物板放置或安装在所述承重板上，所述承重板安装在所述滑轨上并沿所述滑轨运动。

可选地，所述挤压测试装置还包括脱钩器；

脱钩器包括电磁铁固定座和挂钩板，所述电磁铁固定座和所述挂钩板通过转轴连接；

所述挂钩板包括勾形槽，所述勾形槽用于在开口向上时钩住所述重物板或承重板；

所述电磁铁固定座用于在通电时吸住所述挂钩板，使所述勾形槽开口向上，在断电时使所述挂钩板脱离所述电磁铁固定座而转动，使所述勾形槽开口向下。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的动态挤压测试装置中，采集模块、样品和挤压头在挤压头接触所述样品时形成信号回路，信号回路的电流产生的时刻，即电信号产生的时刻，就是挤压头接触样品瞬间，此时同步产生的数据就是挤压头接触样品瞬间的数据，因此能够定位到挤压头接触样品瞬间的数据、以便进一步分析数据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种动态挤压测试装置示意图；

图2为图1的电路变换的一种示意图；

图3为本申请实施例提供的一种带有导电箔和数据采集仪的动态挤压测试装置示意图；

图4为本申请实施例提供的一种立式动态挤压测试装置示意图；

图5为本申请实施例提供的立式动态挤压测试装置的一种脱钩器示意图；

图6为图5的脱钩器上电吸合示意图；

图7为本申请实施例提供的一种立式动态挤压测试装置的高度关系示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要说明的是，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。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

为了定位挤压头接触样品瞬间的数据，本申请实施例提供了一种动态挤压测试装置，包括挤压头、限位装置、采集模块和信号回路电源；挤压头、采集模块和信号回路电源串联。各个部分的作用如下：

挤压头用于在初始位置朝向样品运动，并挤压样品；

限位装置用于设定挤压深度，在预设的位置阻挡挤压头继续挤压；

信号回路电源用于在挤压头接触样品时，与采集模块、样品和挤压头形成信号回路；

采集模块用于在接收到来自信号回路电源的电信号时，标记采集到的数据。

由于动态挤压(挤压头挤压样品的过程)通常在毫秒级别，传统动态挤压装置所采集的数据，无法快速定位到挤压所在时间段(挤压开始时刻到结束时刻)，从而无法根据挤压所在时间段的位移得到实际侵入深度；也无法满足与外接装置(如高速摄像机)联动的需求。而通过上述信号回路的方案，则能够快速定位数据，且能与外接装置实现联动需求，具体地，例如上述采集模块可包括高速摄像机，在挤压头接触样品瞬间开始拍摄挤压头侵入过程的影像，或者标记在挤压头接触样品瞬间所拍摄到的图像为挤压头接触样品瞬间的图像。

在未采用上述信号回路的方案时，若希望使用高速摄像机记录挤压瞬间，由于采集频率较高(通常为4000fps，即1s产生4000个图/画面)，导致数据分析时很难从数千帧画面中定位至挤压头接触样品瞬间的一帧画面，也因此无法做出更详细的图像分析。而采用上述信号回路的方案时，则可以从众多图/画面中自动定位出挤压头接触样品瞬间的一帧画面，大大方便了对图像做出进一步分析。

可以看出，本申请实施例提供的动态挤压测试装置中，采集模块、样品和挤压头在挤压头接触样品时形成信号回路，信号回路产生电流的时刻，即电信号产生的时刻，就是挤压头接触样品瞬间，此时同步产生的数据就是挤压头接触样品瞬间的数据，因此能够定位到挤压头接触样品瞬间的数据、以便进一步分析数据。

上述信号回路可以有多种连接方式，图1展示了信号回路电源101、采集模块102、挤压头6和样品201形成信号回路的一种连接方式，信号回路电源101的一个电极连接挤压头6，另一个电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接样品201，电阻R1两端和采集模块102并联。挤压头6和样品201接触、信号回路形成时，电流流经电阻R1，电阻R1两端的电压从0变为某个电压值，从而让采集模块接收到电信号。形成信号回路的连接方式不限于图1这一种，还可以增加元器件、减少元器件、调换一些元器件的位置等，如图2展示了另一种信号回路的连接方式。

上述的信号回路电源、电阻可以组合封装为信号发生模块，信号发生模块分别与采集模块102、挤压头6和样品201电连接。上述样品和挤压头形成信号是启动信号，相应地还可以有终止信号对应挤压结束，具体将在后文论述。

若上述的挤压头是导体且样品也是导体，那么挤压头6和样品201直接接触就可以形成回路。

若挤压头或样品不是导体，那么可以加一层媒介来导电，例如通过连接到电路的两个导电箔(导电膜)：第一导电箔覆盖样品表面，第二导电箔覆盖挤压头表面。可以按照图3方式实施，图3展示了第一导电箔104、第二导电箔105的一种连接方式，为了丰富数据的种类，采集模块设置了激光位移传感器15和压力传感器5。激光位移传感器15用于采集挤压头的位移数据；压力传感器5用于采集挤压头的压力数据。在样品201处还可以设置热电偶，热电偶通过温度采集线1024接出。若样品201为电池，还可以设置电压采集线1025，测试挤压过程中电池电压的变化。

为了便于处理传感器的数据，可以设置数据采集仪1021，数据采集仪1021连接到信号回路中的电阻R2，而且分别与激光位移传感器15、压力传感器5、温度采集线1024、电压采集线1025电连接。数据采集仪用于根据信号回路电流产生的时间记录挤压起始时间，并同步采集位移数据、压力数据、温度数据、电压数据等。

数据采集仪还可以用于根据数据和数据对应的时间，生成相应的数据曲线，包括：

根据位移数据和位移数据对应的时间，生成实际侵入深度随时间变化的曲线；

根据位移数据和位移数据对应时间的压力数据，生成压力随侵入位移的关系曲线。

本申请的方案可以应用到卧式动态挤压测试装置(如公开号为CN112304549A的专利文件中所描述的)，使重物从一定高度，沿着滑轨斜向下加速运动，并最终在水平方向上冲击样品；同时，通过调节重物高度、重量、限位块宽度来达到设置冲击速度、能量、侵入深度的目的。可以加装加速度传感器、位移传感器，能够监测试验过程中的挤压头运行的加速度和位移，而加速度和高度可用于计算冲击样品表面瞬时的速度。

除了应用到卧式动态挤压测试装置，图4展示了立式动态挤压测试装置的实施方式，挤压头的挤压方向为竖直向下，利用重物的自由落体，冲击样品。相比于卧式动态挤压测试装置滑轨较长等特点，本立式动态挤压测试装置的有益效果在于，尺寸小，对场地要求小，使得制造和使用成本更低。而且在测试的精确性方面，当冲击能量较大时，卧式装置的样品固定板将受到巨大的冲力并可能会产生后仰，使得监测到的侵入位移存在偏差；立式装置的样品下方是地面，不存在倾斜、后仰等问题。

接下来介绍图4所示例的实施方式的具体内容。

立式动态挤压测试装置包括门型框架1，门型框架1底部通过丝杆、螺母与地面固定；门型框架1包括四个与地面垂直的支柱；

门型框架1的四个支柱内侧均布有滑轨2；

滑轨2可使承重板3保持水平并沿着垂直方向上下滑动；承重板3上布有滑轮，可降低承重板3延滑轨2上下移动时的摩擦力；

承重板3上方可放置多层重物板4，多层重物板4通过丝杆和螺母与承重板固定在一起，最上层的重物板4表面有方形把手；

承重板3下方固定有压力传感器5，压力传感器5与挤压头6相连；压力传感器5的端子连接至15V外部直流电源和数据采集仪(图4中未展示数据采集仪)，从而使数据采集仪采集到动态挤压过程中产生的挤压力；优选地，挤压头可更换不同形状(例如不同大小的半球状、圆柱状、方块状)；

设备门型框架上布有电机7(电机也可以布置在右侧底部或其他位置)，电机7的动作由主控箱8进行远距离控制(主控箱8连接至220V电源)；主控箱8对电机7给电时，电机7驱动辊子转动，使连接在辊子上的钢缆9开始卷绕；

钢缆9的一端固定在棍子上，另一端连着脱钩器10，脱钩器10用于钩住重物板的方形把手；

优选地，脱钩器10(结构详见图5)主要由电磁铁固定座10-1和挂钩板10-2组成，能承受数百公斤的重量，脱钩时的可靠性高；电磁铁固定座10-1与钢缆9相连，电磁铁固定座10-1通电线与主控箱8相连，且主控箱8中配置电磁铁10-3的开关；而挂钩板10-2通过销钉10-4与电磁铁固定座10-1相连；挂钩板上方是一块电磁铁板，下方是不封闭的勾形槽结构10-5；在给电情况下，挂钩板10-2可以和电磁铁固定座10-1吸合在一起，使挂钩板10-2与地面垂直，从而使勾形槽开口向上如图6，达到勾住重物板的作用；当断电时，挂钩板10-2不与电磁铁固定座10-1吸合，并向下倾斜，从而使挂钩板10-2下部的勾形槽开口朝下，从而使得承重板和重物板整体掉落；电磁铁固定座10-1和挂钩板10-2之间的电磁吸合，通过主控箱8来进行远距离控制，以保证测试启动时人员的安全；

门形框架1的下方，固定有一个加厚的钢板作为样品台11；

样品台11通过8个固定件12(四条边各一个，四个角各一个)，被固定在浇筑了混凝土的水泥地上；

样品台11表面分布多个固定孔位13，用于固定不同形状的样品；把样品放置在样品台11后，可以使用样品固定件14、螺丝和螺母将样品固定在样品台11上；

样品台11中间部位放置激光位移传感器15，用于监测挤压头位移，激光位移传感器15通过螺丝固定在样品台11上，且外面放置保护罩对其进行保护；

样品台11上固定四个限位柱16(刹车柱)，通过垫不同厚度或数量的垫片来调节限位柱高度，可以设置承重板降落后挤压头对样品的侵入深度；限位柱也可以是两个，在样品的两个对角的位置；优选为四个限位柱16布置在样品的四周，可以抑制承重板变形；

样品表面和挤压头最下端贴导电箔，并与信号发生模块17(可以由前述信号回路电源、电阻封装成信号发生模块17)连接成一个回路，可用于在挤压瞬间发出电信号(不限制是电压还是电流信号)作为启动信号，从而定位挤压发生瞬间t1的数据；

限位柱16表面和承重板3下方也可以粘贴导电箔，并与另一个信号发生模块相连，用于在挤压结束瞬间发出电信号作为终止信号，从而定位挤压结束瞬间t2的数据(限位柱16表面和承重板3下方表明替换图1或图2中的挤压头和样品，构成信号回路)；对应地，可以设置数据采集仪连接到该终止信号的信号回路；

激光位移传感器15可实时反馈位移，可以将高速摄像机18连接至信号发生模块的回路中，从而在挤压头接触样品瞬间t1或挤压结束瞬间t2获得电信号，以定位视频中挤压开始t1对应的一帧或挤压结束时t2对应的一帧；

优选地，使用高速摄像专用照明灯19照亮电池，可以在高速摄像过程中更清楚的观察电池；

优选地，配置高速摄像机保护罩20和照明灯保护罩21能够保证电池起火爆炸时，高速摄像机和照明灯不受到破坏；

特别地，现有的动态挤压测试装置均没有降温灭火的功能，而本立式动态挤压测试装置还配有一套消防系统，包括一个消防水管22、一个喷淋头23，可以进行组合降温灭火，避免样品起火后，无法有效对样品降温；优选地，该消防系统，可采用手动启动，也可由控制模块自动启动；优选地，该消防系统可配置传统消防灭火试剂(如水、全氟己酮、七氟丙烷、液氮等)，也可以是新型的灭火试剂。

本申请提供的立式动态挤压测试装置能够针对客户测试要求开展定制化测试，例如客户测试要求：挤压模组大面中心，重物板400kg，挤压瞬间速度3.2m/s，侵入深度11mm。

如图7，根据设计工装参数可知承重板下表面到挤压头尖端的距离H1＝180mm；根据测量可知样品高度H3＝150mm；则根据要求侵入深度，可计算限位柱高度调节至319mm。下落加速度为8.5m/s

立式动态挤压测试装置可以安装在在安全防爆房中，布置立式动态挤压测试装置的步骤如下：

a)将模组平放在样品台并固定。

b)在模组表面、挤压头表面、某个限位柱表面、承重板下面(对应限位柱上方)贴导电铝箔，并在每个导电箔上贴一段导线。

c)将模组表面和挤压头表面的导电箔导线，接至一号信号发生模块(一号信号发生模块用于发送启动信号)。

d)将限位柱表面和承重板下面的导电箔导线，接至二号信号发生模块(二号信号发生模块用于发送终止信号)。

e)布置高速摄像机，设置4000fps采集帧率，将一号信号发生模块和二号信号发生模块的信号发送线束连接至高速摄像机的控制模块。同时布置高速摄像专用照明灯。调整摄像和照明的角度。

f)将两个信号发生模块的电压采集线，连接至数据采集仪。

g)在模组表面布置K型热电偶、模组电压采集线，并接线至数据采集仪。

h)将位移传感器连接至24V直流电源，压力传感器连接至15V直流电源，数据采集仪连接至220V电源，此时，电压信号、温度信号、压力信号、启动信号、终止信号等数据，都用一台数据采集仪采集，做到时间同步。

i)主控箱通电220V，点击电动机控制按钮，使承重板下缘升高至932mm(H1+H2+H3)。

j)调节限位柱高度至319mm。

布置立式动态挤压测试装置之后，人员撤离台架现场。之后在安全防爆房外，点击主控箱的脱钩器控制按钮，使重物落下，并观察1h。

基于上述实施例，本申请实施例还提供一种安全防爆房，包括摄像头和上述的动态挤压测试装置。当安全防爆房外的人员通过摄像头观察到安全防爆房中的被挤压模组起火时，可以控制消防系统进行降温和灭火。

总体来说，本申请提出的动态挤压测试装置能实现以下技术效果：

1.可调节动态挤压过程中挤压头落下产生的冲击能量、重物重量、速度、高度；可控制挤压头侵入样品的深度；

2.可发送电信号定位挤压起始瞬间(挤压头接触样品表面瞬间)、结束瞬间(承重板接触限位柱瞬间)；该电信号还可以同步联动其他设备(如高速摄像机)；

3.可在测试结束后反馈实际侵入位移；同时，可以反馈侵入位移随时间变化曲线，及压力随侵入位移的关系曲线；

4.所有采集的数据，包括：压力，位移，电池表面的温度、电压，起始电信号，结束电信号，均使用同一个数据采集仪采集，保证所有数据时间同步；

5.在电池起火时，可启动设备消防系统，以近距离对起火电池进行消防灭火。

以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。