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杭州捷能科技有限公司是一家致力于动力电池系统研发、生产、销售和服务为一体，以及动力电池梯次利用的创新型高科技公司 关注捷能科技，掌握最新资讯、最新技术、行业动态 对于客户来说，购买新能源汽车考虑的重要因素之一就是安全。 在电池包的开发过程中，如何确保其在质保期内安全可靠？该问题的答案是个系统工程，需要电芯设计、BMS研发、结构设计、安全策略、质量控制等各个方面协同努力才能达成。企业为了确保自己的产品能够做到安全可靠，都会根据新国标做一系列的测试，在产品送到客户手中之前，测试成为企业检验自己产品的最后一道关口。在这里简单描述一下新国标测试项目之振动和冲击。 机械冲击测试的目的是评价在加速、减速、车轮掠过有凹坑或者石头路面等工况下的电池包机械结构强度。 随机振动测试的目的主要是模拟汽车行驶时，路面的凹凸不平造成Pack经历这种随机振动的载荷工况时的疲劳寿命。 如何进行测试，需要关注哪些参数，如何判定结构是否通过测试？ 在冲击&振动之前做一个温度冲击测试，主要是检验箱体的焊接位，及螺栓扭力在温度冲击过程中受到的损伤程度，相当于测试前的准备工作。 由于测试过程中，不允许开箱（有严重异常除外），扫频成为评估结构是否发生破坏的检验方法，在每个方向冲击振动之前，会进行扫频，扫频是为了检验样品的固有频率，如果某个方向测试完成后，测试前后固有频率偏差值在10HZ以内，则认为可以往下进行，大于10Hz则需要开箱检查，视Pack受到的损伤程度，判断是否继续测试。如下图所示，绿色为冲击前的扫频曲线，红色是冲击后的扫频曲线，黑色为振动后的扫频曲线，可知冲击完后，结构主频下降了3Hz，随机振动完后主频继续下降了7Hz，结合实际的经验来看，结构是Ok的，可以继续做其他方向的测试。 测试完成之后，需要对扭力进行测定，在生产组装时，会对箱体内的每个螺栓打一个固定的扭力值，同时以红线标注，这个扭力值视为初始扭力值，测试前后开箱确认红线偏移量与扭力值保持率，保持率<> 此外，气密性、绝缘电阻、电压温度采样等也是需要进行测试以便对比测试前后的数据，判定产品是否合格。 气密性主要针对IP等级在IP67以上箱体进行测试，气密性包含箱体的气密性和水冷系统的气密性。 绝缘电阻测试总正、总负对箱体的绝缘电阻，一般参考GB/T18384.3。 电压温度采样，主要检验Pack前后的BMS基本功能是否正常。 如果Pack前后的机械损伤不大，要求做两个标准的充放电循环，以检测Pack的容量值未受明显影响，基本功能也未受明显影响。 Pack测试的过程，如无特殊要求，则按下面顺序进行： 1.Z方向：初始检验、预处理、扫频，冲击、扫频、振动、扫频 2.Y方向：扫频，冲击、扫频、振动、扫频 3.X方向：扫频，冲击、扫频、振动、扫频 在这里解释一下，为什么会从Z方向开始振动，因为Z方向的条件一般比Y方向严酷，Y方向的条件一般比X方向严酷，参考GBT31467.3第7章节随机振动测试，Z、Y、X的振动RMS值分别为ZRMS：1.44G，YRMS：0.95或1.23G，XRMS：0.96G（YRMS：0.95G指Pack在乘客舱下方的位置时，这个域要求比较平稳，可视为一个特殊位置） 先从严酷的方向开始做，能够在最短的时间内发现问题，避免不必要的测试费用及时间上的浪费。当然，并不是每个电池包结构在Z向是最严酷的，即使载荷严酷，可能设计的强度足够，是最安全的，不过可以通过仿真分析来确定哪个方向是最弱的，然后再从这个方向开始测试。 测试关注参数： 为了更好按照标准进行测试，以下几个主要因素需要在测试过程中得以保证： 1.冲击的加速度值与持续时间 2.振动的PSD值 3.振动的持续时间长度 4.振动环境温度（高低温循环） 5.振动过程中运行的工况（充放电循环）。 这里对一些关键的概念进行一个科普。 （1）冲击是一个半正弦的冲击，只取大于等于指定值的区段，也就是30G以上的区域，这个时间段持续的时间6ms，如下图所示： 在这里还有一个话题，就是冲击载荷的严酷程度的对比问题。比如30g，6ms与30g，15ms哪个载荷更严酷呢？可能有人认为6ms时间短，会更严酷。我们不能仅仅从时间短或者总动能大的角度去比较，还需要结合电池包的结构共振频率来考察。比如某电池包结构的第1阶共振频率fn为45Hz，那么哪个冲击载荷对于结构来说更严酷呢？6ms对应的载荷频率fi1为83.3Hz，15ms对应的载荷频率fi2为33.3Hz，根据冲击响应谱的规律，当结构固有频率等于1.5倍的冲击载荷频率时，结构响应达到最大，也就是15ms对于该结构来说最严酷了（45Hz接近1.5X33.3Hz）。 （2）PSD（功率谱密度函数），不同的车型、不同的安装位置、不同的道路以及不同的司机开车，采集得到的路谱载荷也是不一样的。在没有整车行驶典型路谱或实际路谱的情况下，建议参考新国标，毕竟奔驰、宝马这样的国际顶级车企也是按照这个来开发产品的。笔者有幸参与了BMW项目的开发工作，宝马在车型未确定的情况下，给其供应商提供的就是新国标的载荷，随着产品开发到C样阶段，车型定型路试给出来实际的随机振动路谱，也与新国标也基本差不了多少。当然，不同的企业有各自的一套，最终的目标是保证产品在生命周期内安全可靠。 （3）振动时间，新国标里面规定每个方向振动21h，表征10年或者24万公里的使用时间，根据Miner损伤定律，在应力循环载荷的条件下，结构所承受的损伤与载荷持续的时间是线性的关系，也就是同样的测试条件下，保证产品满足12万公里，每个方向只需要测试10.5小时，依次类推。 （说明：样品数量的增加，振动的时间长度不同，1个样品，每个方向21h；2个样品每个方向15h; 3个样品，每个方向12h。） （4）振动的温度环境，振动过程中的温度循环曲线在新国标中有详细要求，最高与最低的限值即Tmax与Tmin则需要统计车辆使用区域内，可能最高与最低的温度值，通常需要统计查阅该地多年的气象数值做为参考。 （5）振动的工况，振动过程中要运行实际使用情况下的工况，这个参数通常与客户共同讨论决定。 总结 这里啰嗦了半天，主要介绍了冲击&振动测试的基本流程、测试顺序应该如何确定、如果辨别冲击载荷的严酷程度、在不拆箱的情况下如何判定结构是否发生破坏、需要根据哪些参数来判定测试是否通过，以及根据客户的要求定制产品使用里程数从而避免过设计。 最后提醒一下，测试首先应从部件级入手，如BMS、模组、部件冲击＆振动测试通过后，才能进行Dummy Pack的冲击＆振动，Dummy Pack冲击&振动没有问题，才能进行真实Pack的冲击&振动。 优秀文章荐读 他山之石，可攻玉否？—Tesla电动汽车动力电池系统安全技术初探（一） |
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