振動試驗是檢驗產品結構功能和耐久的有效方法，一般包（bāo）括振（zhèn）動頻率、自由（yóu）振（zhèn）動、機械衝擊、振動熱循環等試驗，傳（chuán）統車關鍵零部件都要（yào）通過相關試驗，且已經有成熟的測試方（fāng）法，但電池係統集電、熱（rè）、機械等性能於一體，結構複雜，布置位置和環境各異，目前沒有完全成熟和一致的振動試驗（yàn）方法（fǎ）和標準。本文（wén）綜述了國內（nèi）外新（xīn）能源汽車用動力電池係（xì）統振動試驗標準，對某款純電動汽車電池係（xì）統進行振動（dòng）實驗，對測試（shì）結果進行分析和總結。

    1　振動試驗應用背景（jǐng）及試（shì）驗技術

    1.1　振動
    振動即物體圍繞平衡位置進行的一種（zhǒng）往複運動。振動對產品的主要影響：
    （1）結構損壞，這種破壞包括組成（chéng）產品的各構件產生變形、彎曲（qǔ）裂紋、斷裂以（yǐ）及（jí）疲勞損壞等；
    （2）工作性能失靈，這種破壞一般指在振（zhèn）動的影響下，造成係統不（bú）穩定、性能差，有些係統甚至不能（néng）工作；
    （3）工藝性（xìng）能破壞，這種破壞一（yī）般指產品的連接部（bù）件鬆動、焊點脫落、螺絲鬆動、印刷板插腳（jiǎo）接觸不（bú）良等。
    1.2　振動試驗（yàn）
    與振動有關的試驗廣義上都可以稱之為（wéi）振動試（shì）驗。按振動試驗的目的不同，振（zhèn）動試驗主要分為（wéi）：環境適應（yīng）性試驗、動力學（xué）強度試驗、動力特（tè）性試驗（yàn）和其他試驗如（rú）振動篩選試驗。按照加載性質不同，振動（dòng）試驗（yàn）可（kě）以分為：（1）正弦振動，包括（kuò）正弦定頻和掃頻；（2）隨機振動，包括寬帶和窄帶隨機振動；（3）混合模式振動，如：隨機疊加隨機、正弦疊加隨機、正弦（xián）疊加隨機疊加隨機等。一般地說，正弦振動試驗適合於試件（jiàn）的初分（fèn）析階段，隨機振動適用於終檢驗（yàn）。
    振動控製儀（yí）是通（tōng）過振動台上加速度傳感器的反饋信號來調整功率放大器的輸入以達到控製的目的。大多數情況下采用（yòng）多（duō）點控製，針對小台麵和小試驗件也可采用單點控製。按照振動參數的（de）不同，振（zhèn）動試驗的控製方法（fǎ）包括：值控製、平均值控製、小值（zhí）控（kòng）製等。
    1.3　振動設備

常用振動設備如圖1所（suǒ）示，一般包括電磁（cí）振動台/液壓振動台、熱交換器（qì）、加速度傳感器、振動控製係統、功率放大（dà）器等（děng）。綜合試驗時，振動台麵置於環境艙（cāng）中，兩個設備結合處（chù）彈性（xìng）密封。

    2　新能源汽車用電（diàn）池係統振動試驗標準綜（zōng）述

    傳統汽車零部件振動試驗國際標準主要（yào）有：IEC 60068－2－6（正弦振動執行方法）、IEC 60068－2－64（隨機振（zhèn）動執行方法）、IS016750－3（汽車電子電氣零部件的振動試（shì）驗要求）。目前國內外已經（jīng）發布的電動汽車電池係統（tǒng）振動（dòng）試驗標準如下。
    （1）UN 38.3主要（yào）模擬鋰離（lí）子（危險物品）運輸過程中的振動試（shì）驗測試規範（fàn）。試驗分大電池（大於12kg）和小電池（小於12kg，電芯或（huò）小（xiǎo）電池），振動（dòng）頻率7～200Hz X，Y，Z 3個軸分別按照一定的加速度進行正弦掃頻，試驗在（zài）室溫進行，無（wú）高低溫和充放電要（yào）求。
    （2）IS012405－1用於規定電（diàn）動車輛的鋰電池組合係（xì）統的測試程序，主要分（fèn）為一般測試、性能測試、可靠度測試及濫用測（cè）試4大類。其中振動試驗屬於可靠度測試項目，主要模擬因表麵（miàn）不平道路和動力驅動所引起的隨機（jī）振動，進而造成故障和損壞，分（fèn）大（dà）質量（電池組或（huò）係統）和小質量（電子設備或電池係統（tǒng）的零件）兩種測試方法。對於電池係統，測試（shì）頻率在200Hz內，X，Y，Z 3個軸，每個軸振動試驗時間為21 h，且隨著試驗樣品的增（zēng）多試（shì）驗時（shí）間減（jiǎn）少，試驗中有高低溫要求（－40～75℃）。
    （3）SAE J2380用於模擬電動車電池長時間處於路麵所引起的振動測試程序，以確保（bǎo）電池的（de）耐振（zhèn）動能力。試驗前後要進行（háng）電化學性能的測試和比較（jiào），試驗過程中有SOC值和充放電要求，標準中未規定溫濕度變化要求，但通（tōng）常試驗中（zhōng）按照3個綜合條件進（jìn）行，即振動、溫度、工況同時進行，測試頻率為10～190Hz隨機振動，X，Y，Z 3個軸，可以選擇正常或替代（dài）試驗。
    （4）其他企標如GMW16390，振動頻率範圍寬，8～1000Hz，X，Y，Z 3個軸各振動24 h，試驗樣（yàng）品數量隨著（zhe）不同的產品開發階段有所（suǒ）不同，有高低溫要求（電芯或溫度±5℃內），要求充放電。
    各試驗（yàn）標（biāo）準的具體試驗方法見表1。

    3　電（diàn）池係統振動試驗

    3.1　試驗準備
    3.1.1　振（zhèn）動實驗夾具的設計與（yǔ）製作
    夾具分為上下兩部分，模擬電池係統吊裝在車身下，設計要求（qiú）為剛性體，實驗前采（cǎi）用l g加速度在5～250Hz內正弦掃（sǎo）頻，要求（qiú）其一階共振頻率大於200Hz。
    3.1.2　試（shì）驗台架
    主要用到的試驗設備（bèi）有（yǒu）：環境箱、振動台、控製電腦、水冷機、電子負載、CAN通訊設備（bèi）（CANa－lyzer）。環境箱主要控製溫度（－40～80℃），振動台模擬整車行駛過程中產生的振動（dòng）工況（SAE J2380），電子（zǐ）負載用於電池的充放電，水冷機用於電池係統充放電過程中的熱管理，CANalyzer主要用於與BMS的通訊及主要電池參數的讀取和保存。電池係統振動試驗台架示意圖（tú）見圖2。
    3.1.3　傳感器布置位置
    （1）振動（dòng）台上布置2個傳感器，測得的值取平均（jun1）值後反饋（kuì）給振動控製台，按照振動（dòng）要求輸出；
    （2）夾具上（shàng）應布置2個傳感器，監（jiān）控振（zhèn）動（dòng）從振動台傳遞到夾具的實際振動值；
    （3）電池與夾具連接處，電池關鍵部位布置傳感器（3～5個）；
    （4）電池外殼表麵布置（zhì）2～3個溫度傳感（gǎn）器。
    3.1.4　試驗記錄
    實驗開始後（hòu）一定要對關鍵實驗參數進行監控並記錄，包括：
    （1）利用CAN工具讀取並保存電池關鍵參數，包括：電（diàn）芯及電池係統的溫度、電壓、電流（liú）、絕緣（yuán）電阻值、故障碼（DTC）、荷電態（tài）（SOC）、緊急下電（EPO）等；
    （2）監（jiān）控設備的關鍵參數，如電壓、電流、振動加速（sù）度、時間、壓（yā）力、頻段、溫（wēn）濕度、噪聲強度、精度、水壓、流速等；
    （3）監控安全相關的參數，包括溫度、絕緣電阻、可燃氣體濃度、電流限值（zhí）。
    3.2　試驗方法
    （1）測試前，執行功能測試，包括容量、絕緣電阻、內阻等；
    （2）將電池放（fàng）入溫濕度控製箱中，溫濕度箱中（zhōng）溫度範圍為－40～85℃，其一個循環過程的溫度變化曲線如圖（tú）3所示，按照測試的時間要求，反複執行溫度循環程序，直到振動試驗（yàn）結束。
    振動波形為隨（suí）機振動，振動曲線與相關參數如圖4所示，試驗采用替代（dài）試驗，Z方向10.95 h，X，Y方向各（gè）13.58 h，3個方向（xiàng）累積（jī）38.11 h。
    （3）測試過（guò）程中，在溫度（dù）曲線所標出的帶電（diàn）測試區域執行帶電測試，充放電電流大小為0.1 C，同時開（kāi）啟冷卻循環水，保證電芯溫（wēn）度在工作溫度範圍（wéi）內。
    （4）測（cè）試結束後，執行功能測試。
    3.3 試驗結果及（jí）分析
    試驗按（àn）照先Z方向，後X和Y方向的順（shùn）序進行，隨機振動（dòng）頻率為10～200Hz，電池振動譜圖見圖（tú）5、6、7。由圖（tú）可見（jiàn），在（zài）Z和（hé）X方向，有2個通道的加（jiā）速度值超出了限值，其它通道的振動曲（qǔ）線都在限值範圍內，超出限值的2個通道（dào）的傳感器布置在電池的上殼體和承重支架上，振動超出限值是由於電池（chí）係統不是一個完全剛性的體係，振動過程中某些部位（wèi）發生（shēng）較大的（de）位移和共振導致大出標準要求。
    試驗前後功能正常，無DTC出現，振動過程中充放電功能正常，試驗後電池容量無明顯衰減（<1%），電池係（xì）統各結構件（安裝支架、冷卻板、上下蓋、模塊及（jí）總線）無損傷，符（fú）合設計要（yào）求（qiú）。