關(guān)于電動車動力電池安全性測試，目前國內(nèi)大部分企業(yè)已依據(jù)《電動汽車用動力蓄電池安全要求》報(bào)批稿（以下簡稱報(bào)批稿）開展。該報(bào)批稿預(yù)計(jì)在2019年上半年作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，以代替GB/T31467.3-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測試方法》。
與GB/T 31467.3相比，報(bào)批稿在試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)環(huán)境條件方面都有多項(xiàng)更新，涵蓋了電池單體和電池包。其中與電池包結(jié)構(gòu)相關(guān)的測試項(xiàng)目變化主要如下：
1.振動疲勞。隨機(jī)振動的RMS水平有明顯降低，例如Z軸加速度RMS由1.44G降為0.64G；每個方向的振動持續(xù)時(shí)間也從21小時(shí)縮短到12小時(shí)；增加了24Hz定頻振動（中間有過一個版本還增加了掃頻振動，后來取消）；取消了加載次序必須按Z-Y-X的規(guī)定，檢測機(jī)構(gòu)可自行選擇加載次序，以節(jié)省轉(zhuǎn)換時(shí)間。
2.機(jī)械沖擊。由Z向3次25g半正弦波沖擊改為正負(fù)Z向各6次7g半正弦沖擊，并規(guī)定了半正弦波形的容差范圍。
3.模擬碰撞。報(bào)批稿的測試要求與GB/T 31467.3基本相同，測試對象水平安裝在帶有支架的臺車上，根據(jù)測試對象的使用環(huán)境給臺車施加規(guī)定的脈沖，脈沖分為X向和Y向施加。報(bào)批稿還規(guī)定，試驗(yàn)對象存在多個安裝方向（X/ Y/ Z）時(shí)，按照加速度大的安裝方向進(jìn)行試驗(yàn)。
4.擠壓。擠壓截止力由200kN降為100kN；增加了三拱形擠壓頭作為可選項(xiàng)，試驗(yàn)時(shí)可選擇單拱形壓頭，也可選擇三拱形壓頭；明確了X向和Y向的擠壓測試可分開在兩個試驗(yàn)對象上執(zhí)行。
從以上幾點(diǎn)變化可以看出，報(bào)批稿對電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求至少降低了一半。只要電池包結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不是特別單薄，通過報(bào)批稿規(guī)定的測試項(xiàng)目難度并不大。但報(bào)批稿只考慮了最基本的安全要求，企業(yè)進(jìn)行測試和仿真分析時(shí)應(yīng)該采用更加嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。
振動疲勞仿真
電池包振動測試是模擬試驗(yàn)場強(qiáng)化道路激勵，考察電池包的結(jié)構(gòu)耐久性能，試驗(yàn)裝置如圖1所示。
圖1 電池包振動測試設(shè)備
振動測試包含三個方向的隨機(jī)振動測試和和三個方向的24Hz定頻測試，必須在同一個試驗(yàn)對象上實(shí)施。報(bào)批稿要求電池在振動試驗(yàn)后無泄漏、外殼破裂、起火或爆炸現(xiàn)象，但疲勞仿真分析無法對起火和爆炸做出判斷，只能判斷電池包結(jié)構(gòu)是否發(fā)生開裂。建議將仿真分析目標(biāo)值設(shè)定為電池包結(jié)構(gòu)的損傷值<0.2，留出一定安全裕度。
電池包隨機(jī)振動測試是施加單通道加速度激勵，隨機(jī)載荷用如圖2所示的PSD曲線描述，大多數(shù)疲勞軟件都能模擬這種工況。推薦采用頻域疲勞分析軟件CAEFatigue，也可采用更常見的Femfat和nCode軟件。
圖2 報(bào)批稿規(guī)定的隨機(jī)載荷PSD曲線
雖然報(bào)批稿中的載荷PSD曲線是來源于多個車型在通州試驗(yàn)場的路試，但根據(jù)本人做的一點(diǎn)研究，對于國內(nèi)大部分整車企業(yè)的整車耐久路試規(guī)范，報(bào)批稿所規(guī)定的隨機(jī)振動載荷強(qiáng)度是略低于試驗(yàn)場強(qiáng)化路工況的。也就是說，即使電池包通過了報(bào)批稿規(guī)定的隨機(jī)振動測試，在試驗(yàn)場強(qiáng)化路進(jìn)行整車耐久試驗(yàn)時(shí)，仍有可能出現(xiàn)疲勞破壞。
所以建議進(jìn)行隨機(jī)振動疲勞測試和仿真時(shí)，將圖2的PSD曲線提升20%。根據(jù)本人經(jīng)驗(yàn)，PSD曲線提升20%后，三個方向各持續(xù)激勵12小時(shí)后所造成的電池包總的結(jié)構(gòu)損傷大致相當(dāng)于整車在鹽城、襄樊或墊江試驗(yàn)場的綜合壞路上行駛2000-3000公里（不含連接路面）。
