振動試驗是（shì）檢驗產品結（jié）構（gòu）功能和耐久的有效方法，一般包括振動頻率、自由振動、機械衝擊、振動熱循（xún）環等試驗，傳統（tǒng）車關鍵零部件都要通過相關試驗，且已經有成熟（shú）的測試方法，但（dàn）電池係統集電、熱、機械等性能於一（yī）體，結（jié）構複雜，布置位置和環境（jìng）各（gè）異，目前沒有完全（quán）成熟和一致的振動試驗方法和標準。本文綜述了國內外新能源汽車用動力電池係統振動試驗標準，對某款純電動汽車電池係統進行（háng）振動實驗，對測試（shì）結果進行分析和總結（jié）。

    1　振動試驗應用背景及試驗技術

    1.1　振動（dòng）
    振動即物體圍繞平衡位置進行的一種往複運動。振動對產品的主要影響：
    （1）結構損壞，這（zhè）種破壞包括組成（chéng）產品的各構件產生變形（xíng）、彎曲裂紋、斷（duàn）裂（liè）以（yǐ）及疲勞損壞等；
    （2）工作性能失靈，這（zhè）種破壞一（yī）般指在振動的影響下，造成（chéng）係統不穩定、性能差，有些係統甚至不（bú）能工作；
    （3）工（gōng）藝（yì）性能破壞，這種破壞一般指產品的連接部件鬆動、焊點脫落、螺絲鬆動、印刷板插腳接觸（chù）不良等。
    1.2　振動試驗
    與振動有關的試（shì）驗廣義上都可以稱之為振動試驗。按振動試驗的目的不同，振動試驗主要分為：環境（jìng）適應性試驗、動（dòng）力學強度試驗、動力特性試驗和（hé）其他試驗如振（zhèn）動篩選試驗。按（àn）照加（jiā）載性質不同，振動試驗可以分（fèn）為：（1）正弦振動，包括正弦定頻（pín）和掃（sǎo）頻（pín）；（2）隨機振動，包括寬帶和窄帶隨機振動；（3）混合模式（shì）振（zhèn）動，如：隨機疊加隨（suí）機、正弦疊加隨（suí）機、正（zhèng）弦疊加隨機疊加隨機等。一般地說（shuō），正弦振動試驗適合於試（shì）件的初（chū）分析階段（duàn），隨機振動適用於終檢驗。
    振動控製儀是通過振動台（tái）上加速度（dù）傳感器的反饋信號來調整功率放（fàng）大器的輸（shū）入以（yǐ）達到控製的目（mù）的。大多數情況下采用多點控製，針對小台麵和小試（shì）驗件也可采（cǎi）用單點控製。按照（zhào）振動參數的（de）不同，振動試驗的（de）控製方法包（bāo）括：值控製（zhì）、平均值控製、小值控製等。
    1.3　振動設備（bèi）

常用振動設備如圖1所示（shì），一般包（bāo）括電磁振動台/液壓振動台、熱交換器、加（jiā）速度傳感器、振動（dòng）控製係（xì）統、功率放大器等。綜合（hé）試驗時，振動台麵置於（yú）環境艙中，兩個設備結合處彈性密封。

    2　新能源汽車用（yòng）電池係（xì）統振動（dòng）試驗標（biāo）準綜述

    傳統汽車零部件振動試驗國際標準主要有（yǒu）：IEC 60068－2－6（正弦振動執行方法（fǎ））、IEC 60068－2－64（隨機振動執行方法（fǎ））、IS016750－3（汽車電子電氣零部件的振動試驗要求）。目前國內外已經發布的電（diàn）動汽車電（diàn）池係（xì）統振動試驗標準如下。
    （1）UN 38.3主要模擬鋰離子（危（wēi）險物品）運輸過程中的振動試驗測（cè）試（shì）規範。試驗分大電池（大於12kg）和小電池（小於12kg，電芯或小（xiǎo）電池），振動（dòng）頻率7～200Hz X，Y，Z 3個軸分別按照一（yī）定的加速度進行正弦掃頻（pín），試驗在室溫進行，無高低溫和充放電要求。
    （2）IS012405－1用於規定電動車（chē）輛的鋰電池組合係統的測試程序，主（zhǔ）要分為一般測試、性（xìng）能測試、可靠度測（cè）試及濫用測試4大類。其中振動試驗屬於可靠度（dù）測試項目（mù），主要（yào）模擬因表麵不（bú）平道路和（hé）動力（lì）驅動所引起的隨機振動，進而造成故障和損壞，分大質量（電池組或係統）和小質量（電子設備或電池係統的零件）兩種測試方法。對（duì）於電池係（xì）統，測試頻率在200Hz內，X，Y，Z 3個軸（zhóu），每個軸振動試驗時間為21 h，且隨著試驗樣品的增多試（shì）驗時間減少，試驗中有高低溫（wēn）要求（－40～75℃）。
    （3）SAE J2380用於模擬電動車電池長時間處（chù）於路麵所引起的振動測試程（chéng）序，以確保電池的耐振動能力。試驗前後要（yào）進行電化學性能（néng）的測試和比較，試驗過程（chéng）中有SOC值和充放電要求，標準（zhǔn）中未規定溫濕度變化要求（qiú），但通常試驗中按照3個綜合條件進行，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（xuǎn）擇（zé）正常（cháng）或（huò）替代試驗。
    （4）其他企標如GMW16390，振動頻率（lǜ）範圍寬，8～1000Hz，X，Y，Z 3個（gè）軸各振動24 h，試驗（yàn）樣品數量隨著不同的產品開發（fā）階段有所不同，有高低溫要求（電芯或溫（wēn）度±5℃內），要求充（chōng）放電。
    各試驗標準的（de）具體試驗（yàn）方法見表（biǎo）1。

    3　電池係統（tǒng）振動試驗

    3.1　試驗準備
    3.1.1　振動實驗夾具的設計（jì）與製作
    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，實驗前采用l g加速度在5～250Hz內正弦掃頻，要求（qiú）其一階共（gòng）振頻率大（dà）於200Hz。
    3.1.2　試驗台架
    主要（yào）用到的試驗設備有（yǒu）：環境（jìng）箱（xiāng）、振動（dòng）台、控製電腦、水冷機、電子負載、CAN通訊設（shè）備（CANa－lyzer）。環境箱主要控製溫度（－40～80℃），振動（dòng）台模（mó）擬整車行駛過（guò）程中產生（shēng）的振動工況（SAE J2380），電子負載用於電池的充放電，水冷機用於電（diàn）池係統充放電過程中的熱管理，CANalyzer主（zhǔ）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（yì）圖見圖2。
    3.1.3　傳感器布（bù）置（zhì）位置
    （1）振動台上布置2個傳感器，測得的值取平均值後反饋給振動控製台，按（àn）照振動要求輸出；
    （2）夾具上應布置2個傳感器，監控振動從振動（dòng）台傳遞到夾具的實際（jì）振動值；
    （3）電池（chí）與夾具連（lián）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2～3個溫度傳感器。
    3.1.4　試（shì）驗（yàn）記錄
    實驗開始後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：電芯及電池係統的溫度、電（diàn）壓、電流、絕緣電阻（zǔ）值、故障碼（DTC）、荷（hé）電態（SOC）、緊急下電（EPO）等；
    （2）監控設備的關鍵參數，如電壓、電流、振動加速度、時間、壓（yā）力、頻段、溫濕度、噪聲強度、精度、水壓、流速等；
    （3）監控安全相關的參數（shù），包括（kuò）溫度、絕緣電阻、可燃氣體（tǐ）濃度、電流限值。
    3.2　試驗（yàn）方法
    （1）測試前，執行功能測試（shì），包括容量、絕緣電阻、內阻等；
    （2）將電池（chí）放入溫濕度控製箱中，溫濕度箱中（zhōng）溫度範（fàn）圍為－40～85℃，其一個循環過程的溫（wēn）度變化曲線如圖3所示，按照測試的（de）時間要求，反複執行溫度（dù）循環程序，直到振（zhèn）動試驗（yàn）結束。
    振動波形為隨機振動，振動曲線與相關參數如圖4所示，試驗采用替代試（shì）驗，Z方向10.95 h，X，Y方向各13.58 h，3個方向累積38.11 h。
    （3）測試過程中，在（zài）溫度曲線所標（biāo）出的帶電測（cè）試區域執（zhí）行帶電測試，充放電電流大（dà）小為（wéi）0.1 C，同（tóng）時開啟冷（lěng）卻（què）循環水，保（bǎo）證電芯溫度在工（gōng）作溫（wēn）度範圍內。
    （4）測試結束後，執行功能測試。
    3.3 試驗結果及分析
    試驗按（àn）照先（xiān）Z方向，後X和Y方向的（de）順序進行，隨機振動頻率為10～200Hz，電池振動譜圖見圖5、6、7。由圖可見，在（zài）Z和X方向，有（yǒu）2個通（tōng）道的加速度值超出了限值，其它通道的振動（dòng）曲線都在限值範圍內，超出限值的2個通道的傳感器布置在電池的上殼體和承重支架上，振動超出（chū）限值是由於電池係統不是一個完全（quán）剛性的體係，振動過程中（zhōng）某些部位發（fā）生較大的位移和共振導致大出標準要求。
    試驗（yàn）前（qián）後功能正常，無DTC出現，振動（dòng）過程中充放電功能正常，試（shì）驗後電池容量無明顯衰減（jiǎn）（<1%），電池係統各結構件（安裝支架、冷（lěng）卻板（bǎn）、上下蓋、模塊及總線）無損傷（shāng），符合設計要求。