在(zai)近期(qi)發布了(le)GB 18384-2020《電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)汽(qi)車(che)安(an)(an)全(quan)要求》、GB 38032-2020《電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)客車(che)安(an)(an)全(quan)要求》和GB 38031-2020《電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)汽(qi)車(che)用動(dong)(dong)(dong)力蓄(xu)電(dian)(dian)池安(an)(an)全(quan)要求》三項強(qiang)制性(xing)國標并將于(yu)明年開(kai)始正(zheng)式實(shi)施。這使得廠(chang)家對于(yu)車(che)用動(dong)(dong)(dong)力電(dian)(dian)池的安(an)(an)全(quan)可靠(kao)性(xing)考核變得尤(you)為重(zhong)要。
     本文所介紹的溫度沖擊試驗，源自于電子電工產品通用環境試驗要求，通過對試中的溫度變化范圍、暴露時間、溫度轉換時間的嚴格要求，溫度沖擊試驗逐漸成為軍工、核電、航天、船用領域為常見的加速環境試驗項目。隨著新能源汽車行業的發展，動力電池的安全可靠性、環境適應性要求越來越高，溫度沖擊試驗往往成為企業對于動力電池可靠性的必要評估手段。
    試驗目的(de)
    溫(wen)(wen)度沖擊試(shi)驗(yan)是為了確定(ding)動力電池(chi)耐環境溫(wen)(wen)度快速變化的(de)能(neng)力，對于新能(neng)源汽車而言，雖然實際(ji)應用(yong)中(zhong)并(bing)不會經常遇到如此快速轉換時間的(de)工況，但溫(wen)(wen)度沖擊試(shi)驗(yan)是通過一種(zhong)加速試(shi)驗(yan)來模(mo)擬(ni)車輛在(zai)使用(yong)過程中(zhong)大量的(de)慢溫(wen)(wen)度循環，快速考核出(chu)動力電池(chi)內(nei)各種(zhong)材料、密封圈及關鍵零部件的(de)失(shi)效(xiao)(xiao)程度，有效(xiao)(xiao)避(bi)免動力電池(chi)在(zai)使用(yong)過程因溫(wen)(wen)度快速變化引發失(shi)效(xiao)(xiao)而導致的(de)意外事故。
    試驗解析
    溫度沖擊試驗主要(yao)參考ISO 16750-4以(yi)及(ji)IEC 60068-2-14兩(liang)份標(biao)準(zhun)，比GB 38031-2020《電動汽車用動力(li)蓄電池安全要(yao)求》中規定的(de)溫度沖擊試驗更(geng)為(wei)的(de)嚴酷，轉換(huan)時間更(geng)短(duan)，不得大于30s，

    整個溫(wen)(wen)沖試驗(yan)周期中包含了(le)低溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)度(du)TA、高溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)度(du)TB、持續時(shi)間(jian)t1、高低溫(wen)(wen)轉(zhuan)換時(shi)間(jian)t2、溫(wen)(wen)度(du)恢(hui)復時(shi)間(jian)、溫(wen)(wen)度(du)穩(wen)定(ding)持續時(shi)間(jian)和(he)沖擊次數(shu)，根(gen)據產品(pin)的不同應(ying)用工況確定(ding)上述試驗(yan)參數(shu)，來加速(su)考核產品(pin)的實際性(xing)能。

圖1 標準(zhun)規定(ding)溫沖曲(qu)線

圖(tu)2 實(shi)際(ji)試驗溫沖曲(qu)線

    試驗設備

    主流的溫度沖擊箱結構主要有提籃式兩箱和充氣式三箱結構，主要差異在于樣品的移動與否，提籃式結構就是樣品跟隨提籃在兩個溫度箱之間移動切換，承受溫度應力對樣品的沖擊，而充氣式結構能使樣品保持不動，通過蓄冷箱和蓄熱箱往樣品室充氣來實現樣品經受溫度沖擊的效果。對于提籃式結構，常規一立方以內的溫沖箱均為上下提籃結構，可有效節約設備占地面積，大型步入式溫沖箱則為左右提籃結構，為了滿足大承重樣品的測試要求。

溫(wen)沖試驗控制界面圖

大型(xing)溫度(du)沖擊箱(xiang)

    非(fei)標溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)試驗箱(xiang)是針對定制(zhi)化的(de)(de)客(ke)戶需求，如(ru)三個不同溫(wen)(wen)(wen)區間沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)、低(di)溫(wen)(wen)(wen)與低(di)溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)、高溫(wen)(wen)(wen)與高溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)，高溫(wen)(wen)(wen)高濕與低(di)溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)（霜凍試驗），使得非(fei)標溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)箱(xiang)在市面上也具(ju)有一定的(de)(de)占(zhan)有率，非(fei)標結構(gou)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)箱(xiang)由于(yu)結構(gou)上的(de)(de)優化，其溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)(chong)范圍甚至可以擴大至250℃～-70℃，滿足更多產品種類的(de)(de)測試需求。

非標溫沖(chong)箱

    關鍵參(can)數(shu)
     溫度沖擊(ji)試驗作為一個加速試驗，轉換時間和恢(hui)復(fu)時間兩大關(guan)鍵參數起到了至關(guan)重要(yao)的決(jue)定(ding)性(xing)影(ying)響。
    （1）轉換(huan)時(shi)間(jian)：溫(wen)度(du)沖擊(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)(xiang)區別(bie)于其(qi)他環境試(shi)驗箱(xiang)(xiang)(xiang)的(de)根(gen)本差(cha)別(bie)在(zai)(zai)于其(qi)機械結構部(bu)分(fen)，溫(wen)度(du)沖擊(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)(xiang)主要由蓄(xu)冷(leng)箱(xiang)(xiang)(xiang)、蓄(xu)熱箱(xiang)(xiang)(xiang)和提籃(lan)結構組成，樣品(pin)(pin)在(zai)(zai)提籃(lan)的(de)帶動下(xia)在(zai)(zai)蓄(xu)冷(leng)箱(xiang)(xiang)(xiang)和蓄(xu)熱箱(xiang)(xiang)(xiang)之間(jian)快(kuai)速轉換(huan)起到(dao)(dao)溫(wen)度(du)沖擊(ji)(ji)的(de)效果，整個(ge)沖擊(ji)(ji)過程中需要盡可能的(de)避免樣品(pin)(pin)出現位(wei)移，這(zhe)就需要測試(shi)人員在(zai)(zai)試(shi)驗初期對樣品(pin)(pin)結構提前進行預估(gu)，對可能產(chan)生的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)進行判斷后對樣品(pin)(pin)進行加固處理，同時(shi)移動提籃(lan)在(zai)(zai)滿足標準轉換(huan)時(shi)間(jian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，必須要做到(dao)(dao)緩起和緩停的(de)要求，避免樣品(pin)(pin)在(zai)(zai)經受(shou)溫(wen)度(du)沖擊(ji)(ji)的(de)同時(shi)仍經受(shou)額外(wai)的(de)機械碰撞的(de)應力(li)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)，導致后期在(zai)(zai)樣品(pin)(pin)失效分(fen)析(xi)上難以(yi)辨別(bie)失效模式。

    （2）恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)：溫度沖擊試驗中另一個典型參(can)(can)數(shu)是恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)，標準(zhun)中規定的(de)(de)(de)(de)恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)指提籃內空氣(qi)溫度的(de)(de)(de)(de)恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)，也可(ke)根(gen)據客戶(hu)要求將恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)定義為樣(yang)品恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)。對(dui)于(yu)前(qian)(qian)者(zhe)，在測試過程中測試工程師可(ke)根(gen)據經驗設置(zhi)蓄冷(leng)和(he)蓄熱溫度來使提籃的(de)(de)(de)(de)空氣(qi)溫度恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)控制(zhi)在標準(zhun)規定的(de)(de)(de)(de)0.1倍暴(bao)露時(shi)間(jian)內或(huo)客戶(hu)要求的(de)(de)(de)(de)恢(hui)(hui)(hui)復(fu)時(shi)間(jian)范(fan)圍內，而對(dui)于(yu)后(hou)者(zhe)，僅利用蓄冷(leng)蓄熱溫度并不能有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)使樣(yang)品快(kuai)速恢(hui)(hui)(hui)復(fu)到目標溫度，這就需要測試工程師前(qian)(qian)期對(dui)樣(yang)品進(jin)行預(yu)試驗，根(gen)據樣(yang)品的(de)(de)(de)(de)發熱情況(kuang)，調(diao)整試驗預(yu)設參(can)(can)數(shu)，使樣(yang)品能夠迅(xun)速的(de)(de)(de)(de)達到預(yu)期溫度，起(qi)到縮短試驗時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。

溫(wen)沖試驗樣(yang)品整(zheng)體溫(wen)度采(cai)集數據曲(qu)線

    數據(ju)采集
     對于(yu)動力電池(chi)(chi)溫度沖(chong)擊試驗(yan)，比較復雜的(de)是(shi)，在試驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong)對電池(chi)(chi)產(chan)品(pin)自身進行數(shu)據(ju)采集(ji)，監控(kong)整個溫沖(chong)試驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)溫濕(shi)度、電壓電流、振動位移量級、應力應變(bian)數(shu)據(ju)等，有(you)效記(ji)錄和(he)儲存產(chan)品(pin)各項性能指標，避免(mian)電池(chi)(chi)產(chan)品(pin)在試驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong)出現異常情況而產(chan)生爆炸的(de)危險，也可通過(guo)各項采集(ji)數(shu)據(ju)對樣品(pin)進行改(gai)進和(he)優化處理。

    另外(wai)，整個采(cai)集過程需要根據(ju)樣(yang)品(pin)的(de)結構特點布(bu)置(zhi)具有代表性的(de)位(wei)(wei)置(zhi)，才(cai)能采(cai)集出具有代表意義的(de)數(shu)據(ju)，通常(chang)應(ying)變片會布(bu)置(zhi)在樣(yang)品(pin)的(de)焊(han)縫處、孔位(wei)(wei)位(wei)(wei)置(zhi)、折邊位(wei)(wei)置(zhi)等(deng)應(ying)力(li)較大區域，熱電偶會布(bu)置(zhi)于電芯、正負極、熔斷(duan)位(wei)(wei)置(zhi)、樣(yang)品(pin)表面(mian)等(deng)溫度波動較大位(wei)(wei)置(zhi)，振動傳感(gan)器會布(bu)置(zhi)在上蓋點、下蓋橫梁、螺栓固定位(wei)(wei)置(zhi)等(deng)具有代表性位(wei)(wei)置(zhi)，除了憑試驗(yan)(yan)經(jing)驗(yan)(yan)布(bu)點外(wai)，還可以通過簡單的(de)模(mo)態仿(fang)真(zhen)確(que)定出可能的(de)應(ying)力(li)集中(zhong)位(wei)(wei)置(zhi)進行采(cai)集點布(bu)置(zhi)，避免不必要的(de)布(bu)點，從而(er)減少試后數(shu)據(ju)處理的(de)工作量。

試驗(yan)內箱

采(cai)集傳感(gan)器(qi)

溫(wen)沖(chong)應力數據(ju)曲線

    失效(xiao)分析手段
     電(dian)池(chi)產(chan)品的(de)(de)(de)可(ke)靠性失(shi)效(xiao)分(fen)析(xi)包(bao)括電(dian)芯、模(mo)組(zu)、電(dian)池(chi)包(bao)零部(bu)件以及所有(you)規格電(dian)池(chi)包(bao)的(de)(de)(de)標準測試需求(qiu)。溫度(du)(du)沖(chong)擊試驗中，試驗樣(yang)品經常會遇到材料變形(xing)、焊點開裂、涂覆層龜裂等失(shi)效(xiao)現象(xiang)，針(zhen)對上述問題(ti)，我(wo)們可(ke)以在試驗初期通過應力仿(fang)真和(he)熱仿(fang)真的(de)(de)(de)手段提前(qian)對樣(yang)品進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，找出(chu)可(ke)能出(chu)現的(de)(de)(de)問題(ti)點提早進(jin)行(xing)解(jie)決和(he)優(you)(you)化(hua)，避免樣(yang)品整體在溫度(du)(du)沖(chong)擊過程中出(chu)現大面積失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)現象(xiang)，另外，通過試中采集(ji)到的(de)(de)(de)各項(xiang)數(shu)據來優(you)(you)化(hua)仿(fang)真模(mo)型(xing)，為(wei)樣(yang)品的(de)(de)(de)結構(gou)改進(jin)積累(lei)數(shu)據經驗，優(you)(you)化(hua)電(dian)池(chi)產(chan)品整體結構(gou)。

    對于溫(wen)度沖擊試中(zhong)出現的局部結(jie)構(gou)(gou)變形(xing)或(huo)者材(cai)料(liao)失(shi)效(xiao)，可(ke)通過(guo)失(shi)效(xiao)分(fen)析(xi)的手段對失(shi)效(xiao)部位進行無(wu)損或(huo)切(qie)片分(fen)析(xi)觀察(cha)其微觀結(jie)構(gou)(gou)，找出材(cai)料(liao)失(shi)效(xiao)原因改進材(cai)料(liao)性能，優化產品自身結(jie)構(gou)(gou)設計，提升產品可(ke)靠性。

具(ju)體位置熱仿真

X光照射焊點裂紋圖

    篇后語
     溫度沖擊(ji)環(huan)境可(ke)靠性測試，仍有很多注意(yi)要點有待我們去研究和(he)分析。
    今(jin)后(hou)的(de)主(zhu)要研究方(fang)向會從溫(wen)度沖擊試驗后(hou)樣品(pin)的(de)失(shi)效模式和(he)樣品(pin)結構的(de)耐溫(wen)沖性能入(ru)手(shou)，尋求更優的(de)樣品(pin)結構和(he)選材。