新能源重卡电池如何稳如磐石？一文教你确保“万无一失”！

随着我国汽车行业的飞速发展，新能源汽车在国家政策的大力支持下，迎来了迅猛增长。

新能源重卡，作为商用车领域的重要组成部分，在实际运行中，会面临各种复杂路况。例如，在矿山、建筑工地等场所，道路崎岖不平，颠簸剧烈；在高速公路上，虽然路面相对平坦，但车辆长时间的高速行驶以及频繁的加速、减速，会对电池包产生持续的振动影响。

因此，新能源重卡电池系统的安全性备受关注，其电池包箱体作为电池模组和其他电气元器件的承载体，在复杂路况下会受到不同频率的激励，从而产生共振、冲击、挤压和碰撞等现象。这些现象可能导致电池包箱体结构变形、电池模组内部短路、起火甚至是爆炸等严重后果。因此，对电池包箱体结构进行振动试验，确保其在实际工况下的稳定性和安全性，显得尤为重要。

针对电池包箱体的安全性能，通过振动检测，可以提前发现电池包箱体在结构设计、材料选择、制造工艺等方面存在的潜在问题，从而采取相应的改进措施，确保电池包箱体在实际使用中的稳定性和可靠性，保障车辆的安全运行。

振动试验

振动是指物体相对平衡位置进行的往复 运动。通常用一些物理量 ( 如位移、速度、 加速度等 ) 随时间变化的函数来表征振动的 时间历程。动力电池系统所受到的振动的激 励源主要来自路面不平度和和电机的旋转不 平衡等。振动对产品的主要影响有：

1) 结构损坏， 例如部件的变形、裂纹和断裂等 

2) 工作性能失灵，例如系统工作不稳定 

3) 工艺性能破坏， 例如螺栓松动、焊点脱落等。根据加载的载荷谱的不同，振动试验一般可以分为以下几种。

1.1 正弦振动

正弦振动是一种随时间按正弦 ( 或余弦 ) 函数变化的振动，具有一定周期性。正弦振动可分为定频振动和扫频振动两种类型。振动频率始终不变的试验叫定频振动。一般是 模拟转速固定的旋转机械引起的振动，或结构固有频率处的振动。定频振动主要用于耐 共振频率振动和耐预定频率振动。扫频振动试验的频率将按一定的规律发 生变化，根据扫频速度的不同可以分为线性扫频和对数扫频两种。线性扫频的频率变化是线性的，即单位时间扫过多少赫兹，单位是 Hz/s 或 Hz/min， 这种扫描用于细找共振频率的试验。对数扫频的频率变化按对数变化， 单位可以是 Oct/min 或 Oct/s， 其 中 Oct 是倍频程。对数扫描是指在相同时间 扫过的频率倍频程数是相同的，因此在低频扫得慢而高频扫得快。正弦振动试验条件包括试验频率范围、试验量级(加速度幅值大 小) 、扫描速度和扫描持续时间及试验方向。

1.2 随机振动

随机振动是一种时域波形杂乱，在给定时刻其瞬时值不能确定，波形随时间无规律性的振动。产品在运输和实际使用中所遇到的振动，绝大多数都是随机振动，例如：车辆在道路上行驶时产生的振动，飞机噪声使飞机结构产生的振动和大气湍流使机翼产生振动等。因此，随机振动试验才能更真实反映产品的耐振动性能。

随机振动的运动规律无法用时间的函数正确表达，因此任何时刻，其振动的幅值和频率都无法确定，但随机振动可以用统计学的方法进行表达。通常随机振动在频域进行描述， 随机振动试验的试验条件(严酷等级) 一般是由下面四个组成：

1) 试验频率范围 (Hz) ，频率范围是指振动对产品产生有效激励的最高频率和最低频率之间的频率；

2)功率谱密度，功率谱密度是描述振动在单位频率上的能量分布；

3) 总均方根加速 度(Grms )，Grms 是功率谱密度的频谱在频率范围内的积分，即方均根值，通常用于试 验误差的控制和检测；

4) 试验时间和方向。

1.3 混合模式振动

混合模式振动一般是正弦振动和随机振 动的叠加，如 : 随机叠加随机、正弦叠加随 机、正弦叠加随机叠加随机等。

振动台选择

在振动试验装置的选定方面，重要的是实施测试时适当地设定所需要的推力（N）。根据F=ma计算出所需要的推力，m为夹具类质量、被试验品质量、动圈质量之和，a为加速度。

公式：推力=质量×(加速度+重力)×安全系数

例：某2.3吨电池包测试

• 最大测试加速度：10g
• 所需推力=2300kg×(10+1)×9.8×1.2≈356kN
• （安全系数取1.2，应对突发共振）

如果能满足试验条件的规格，就选定与该试验条件所对应的振动试验装置。如果一部分超过了试验装置的推力时，先选定满足试验条件下的试验装置，在此基础上，再进行推力的计算。

应用案例

以振动试验台为基础激励，选择60吨推力振动台分析验证电池包箱体框架在随机与定频工况下的疲劳损伤效果，如图1所示。

图1 电池包箱体框架振动测试

国高材分析测试中心配备30kN、40kN、60kN推力振动台，可根据设备性能及试验条件及样品作出选择合适的设备，咨询电话020-66221668

首先将带电池包的电池箱框架安装在振动台，再在Z 轴、Y 轴、X轴分别施加随机振动加速度与定频振动载荷，加载顺序为Z 轴随机、Z 轴定频、Y 轴随机、Y 轴定频、X 轴随机、X 轴定频，加载时间分别为每个方向随机振动12 h、定频振动2 h，具体振动条件参考GB 38031—2020的要求设定，随机振动加速度PSD 谱与定频振动扫频载荷如图2～图4 所示。

图2　Y向振动试验曲线

图3　Z向振动试验曲线

图4　X向振动试验曲线

对于电池箱框架上的易损部件，如水冷机组、封板、气缸类、支撑杆、副支架、配重外壳、各类胶垫、气缸类、配重外壳、各类胶垫、螺视栓等，应在振动测试完成后着重检查。

图5 易损部件：封板（左）和副支架（右）

本次振动导致“侧梁”出现开裂失效（如图6），而设计时通过仿真分析未能发现，需要在结构设计、材料选择、制造工艺等方面进行调整。

图6 侧梁实际开裂（左）和仿真分析结果（右）