动力电池包试验心得

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<60%（供参考，各企业、不同项目的要求不一样）则认为螺栓松动，视为异常。

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。