在近期(qi)發布(bu)了(le)GB 18384-2020《電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)安全(quan)要求》、GB 38032-2020《電(dian)(dian)動客車(che)安全(quan)要求》和GB 38031-2020《電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)用動力蓄(xu)電(dian)(dian)池安全(quan)要求》三項強制性國標并將于明年開始正(zheng)式實施。這使得廠家(jia)對于車(che)用動力電(dian)(dian)池的安全(quan)可靠性考核(he)變得尤為重要。
     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(yan)目的
    溫度(du)(du)沖擊(ji)試驗是為了確定動力電(dian)池耐環(huan)境(jing)溫度(du)(du)快(kuai)速(su)(su)變化(hua)的能力，對于新能源(yuan)汽車(che)而(er)言，雖然實際應用(yong)中(zhong)并不會經(jing)常遇(yu)到如此快(kuai)速(su)(su)轉換時間(jian)的工況，但溫度(du)(du)沖擊(ji)試驗是通過一(yi)種(zhong)加速(su)(su)試驗來(lai)模擬車(che)輛在(zai)使用(yong)過程中(zhong)大量的慢溫度(du)(du)循環(huan)，快(kuai)速(su)(su)考(kao)核出動力電(dian)池內各種(zhong)材料、密封圈及關鍵零部(bu)件的失效(xiao)(xiao)程度(du)(du)，有效(xiao)(xiao)避免動力電(dian)池在(zai)使用(yong)過程因溫度(du)(du)快(kuai)速(su)(su)變化(hua)引發(fa)失效(xiao)(xiao)而(er)導致的意外事故。
    試驗解析
    溫(wen)度沖擊試驗(yan)主(zhu)要參(can)考ISO 16750-4以及IEC 60068-2-14兩份標(biao)準，比GB 38031-2020《電動(dong)汽車(che)用動(dong)力蓄電池安(an)全要求》中規(gui)定的(de)溫(wen)度沖擊試驗(yan)更為的(de)嚴酷，轉換時間更短，不得大于30s，

    整個溫(wen)(wen)沖(chong)試(shi)驗周期中包含(han)了低溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)度(du)TA、高(gao)溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)度(du)TB、持續(xu)(xu)時(shi)間(jian)t1、高(gao)低溫(wen)(wen)轉(zhuan)換時(shi)間(jian)t2、溫(wen)(wen)度(du)恢復時(shi)間(jian)、溫(wen)(wen)度(du)穩定持續(xu)(xu)時(shi)間(jian)和沖(chong)擊次數，根據產品的(de)不(bu)同(tong)應用工況確定上述試(shi)驗參數，來加速考核產品的(de)實際(ji)性(xing)能。

圖1 標準規定溫沖曲線

圖(tu)2 實際試驗溫(wen)沖曲線

    試(shi)驗設(she)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

大型溫(wen)度沖擊箱

    非標(biao)溫(wen)(wen)沖試驗箱是針對定(ding)制化的(de)客戶需求(qiu)，如三個不(bu)同溫(wen)(wen)區間沖擊(ji)(ji)、低(di)溫(wen)(wen)與低(di)溫(wen)(wen)沖擊(ji)(ji)、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)與高(gao)(gao)溫(wen)(wen)沖擊(ji)(ji)，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)濕與低(di)溫(wen)(wen)沖擊(ji)(ji)（霜(shuang)凍試驗），使得非標(biao)溫(wen)(wen)沖箱在市面上也(ye)具有一定(ding)的(de)占(zhan)有率，非標(biao)結(jie)構的(de)溫(wen)(wen)沖箱由(you)于結(jie)構上的(de)優化，其溫(wen)(wen)沖范圍甚至可以擴大至250℃～-70℃，滿足更多(duo)產品種類的(de)測試需求(qiu)。

非標溫(wen)沖箱

    關鍵參數(shu)
     溫(wen)度沖擊試驗(yan)(yan)作為(wei)一個加速(su)試驗(yan)(yan)，轉換時(shi)間(jian)和恢復(fu)時(shi)間(jian)兩大關鍵參數起到了至關重要的(de)決定(ding)性影響。
    （1）轉換時(shi)間(jian)：溫度(du)沖擊(ji)箱(xiang)區別(bie)于其他環(huan)境試驗(yan)箱(xiang)的根本差別(bie)在(zai)于其機械結(jie)構部分，溫度(du)沖擊(ji)箱(xiang)主(zhu)要(yao)由蓄冷箱(xiang)、蓄熱(re)箱(xiang)和(he)提(ti)籃(lan)結(jie)構組成，樣(yang)(yang)品(pin)在(zai)提(ti)籃(lan)的帶(dai)動下(xia)在(zai)蓄冷箱(xiang)和(he)蓄熱(re)箱(xiang)之(zhi)間(jian)快速轉換起(qi)到(dao)溫度(du)沖擊(ji)的效(xiao)果，整個(ge)沖擊(ji)過(guo)程中需要(yao)盡(jin)可能的避(bi)(bi)免(mian)樣(yang)(yang)品(pin)出現(xian)位移，這就需要(yao)測試人員在(zai)試驗(yan)初期對(dui)(dui)樣(yang)(yang)品(pin)結(jie)構提(ti)前進行(xing)預估，對(dui)(dui)可能產生(sheng)的影響進行(xing)判斷(duan)后(hou)(hou)對(dui)(dui)樣(yang)(yang)品(pin)進行(xing)加固處理，同時(shi)移動提(ti)籃(lan)在(zai)滿足標準轉換時(shi)間(jian)的情況下(xia)，必須要(yao)做到(dao)緩起(qi)和(he)緩停的要(yao)求，避(bi)(bi)免(mian)樣(yang)(yang)品(pin)在(zai)經受溫度(du)沖擊(ji)的同時(shi)仍經受額外的機械碰撞的應(ying)力影響，導(dao)致后(hou)(hou)期在(zai)樣(yang)(yang)品(pin)失效(xiao)分析上難以辨別(bie)失效(xiao)模式(shi)。

    （2）恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)：溫度(du)沖擊試(shi)(shi)驗(yan)中另(ling)一個典型參(can)數是恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)，標(biao)準(zhun)中規定的(de)恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)指提(ti)籃內空氣(qi)溫度(du)的(de)恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)，也可(ke)根(gen)(gen)據客戶要求(qiu)將恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)定義(yi)為樣(yang)品恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)。對(dui)于前者，在測(ce)試(shi)(shi)過程中測(ce)試(shi)(shi)工(gong)程師(shi)可(ke)根(gen)(gen)據經驗(yan)設(she)置蓄(xu)(xu)冷和蓄(xu)(xu)熱溫度(du)來使提(ti)籃的(de)空氣(qi)溫度(du)恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)控(kong)制在標(biao)準(zhun)規定的(de)0.1倍暴露時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)內或客戶要求(qiu)的(de)恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)范圍內，而對(dui)于后者，僅(jin)利用蓄(xu)(xu)冷蓄(xu)(xu)熱溫度(du)并不能(neng)有效(xiao)的(de)使樣(yang)品快速(su)恢(hui)復(fu)(fu)(fu)(fu)到(dao)目標(biao)溫度(du)，這就需要測(ce)試(shi)(shi)工(gong)程師(shi)前期(qi)(qi)對(dui)樣(yang)品進行(xing)預(yu)試(shi)(shi)驗(yan)，根(gen)(gen)據樣(yang)品的(de)發熱情況，調整試(shi)(shi)驗(yan)預(yu)設(she)參(can)數，使樣(yang)品能(neng)夠迅速(su)的(de)達到(dao)預(yu)期(qi)(qi)溫度(du)，起(qi)到(dao)縮(suo)短試(shi)(shi)驗(yan)時(shi)(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)目的(de)。

溫(wen)沖試驗樣品(pin)整體溫(wen)度采(cai)集(ji)數據曲線

    數據采集(ji)
     對(dui)于動力(li)電池溫度沖擊試(shi)驗(yan)，比較復雜(za)的是(shi)，在試(shi)驗(yan)過程中(zhong)對(dui)電池產(chan)品自身進行數(shu)(shu)據采集，監控整個溫沖試(shi)驗(yan)過程中(zhong)的溫濕(shi)度、電壓電流(liu)、振動位移量級、應力(li)應變(bian)數(shu)(shu)據等(deng)，有效記錄和儲存產(chan)品各項性能指標(biao)，避免電池產(chan)品在試(shi)驗(yan)過程中(zhong)出現異常情況而(er)產(chan)生爆炸(zha)的危險，也可(ke)通過各項采集數(shu)(shu)據對(dui)樣品進行改進和優化處理。

    另(ling)外，整個采(cai)集(ji)(ji)過(guo)程(cheng)需要根據樣(yang)品的(de)(de)(de)結構(gou)特點布(bu)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)具有(you)(you)(you)代表(biao)性(xing)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，才(cai)能采(cai)集(ji)(ji)出具有(you)(you)(you)代表(biao)意義(yi)的(de)(de)(de)數(shu)據，通(tong)常應變片會(hui)布(bu)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)在樣(yang)品的(de)(de)(de)焊(han)縫處(chu)、孔位(wei)(wei)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、折(zhe)邊(bian)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)等應力較(jiao)(jiao)大(da)區域，熱電偶會(hui)布(bu)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)于電芯、正負極(ji)、熔(rong)斷位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、樣(yang)品表(biao)面等溫度波動(dong)較(jiao)(jiao)大(da)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，振(zhen)動(dong)傳感器會(hui)布(bu)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)在上蓋點、下蓋橫梁(liang)、螺栓固(gu)定(ding)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)等具有(you)(you)(you)代表(biao)性(xing)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，除了憑試驗經驗布(bu)點外，還(huan)可(ke)以通(tong)過(guo)簡單的(de)(de)(de)模態仿真確定(ding)出可(ke)能的(de)(de)(de)應力集(ji)(ji)中位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)進行采(cai)集(ji)(ji)點布(bu)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，避免(mian)不必要的(de)(de)(de)布(bu)點，從而減(jian)少(shao)試后數(shu)據處(chu)理的(de)(de)(de)工作(zuo)量。

試驗(yan)內箱

采集傳感器(qi)

溫沖應力數(shu)據曲(qu)線

    失效(xiao)分析手段(duan)
     電(dian)(dian)池產(chan)品(pin)的(de)可靠性失效分析(xi)(xi)包括(kuo)電(dian)(dian)芯、模組(zu)、電(dian)(dian)池包零部件以及所有規格(ge)電(dian)(dian)池包的(de)標準測試需(xu)求。溫度沖擊(ji)試驗(yan)(yan)中，試驗(yan)(yan)樣(yang)品(pin)經常會遇到材料變形、焊點開裂、涂覆層龜裂等失效現象(xiang)，針對上述問(wen)題(ti)，我們(men)可以在試驗(yan)(yan)初期通過應力(li)仿(fang)(fang)真和熱(re)仿(fang)(fang)真的(de)手段(duan)提前對樣(yang)品(pin)進行分析(xi)(xi)，找出(chu)可能(neng)出(chu)現的(de)問(wen)題(ti)點提早進行解決(jue)和優化，避免樣(yang)品(pin)整(zheng)體在溫度沖擊(ji)過程中出(chu)現大面積(ji)失效的(de)現象(xiang)，另外，通過試中采集到的(de)各項數(shu)據來優化仿(fang)(fang)真模型，為樣(yang)品(pin)的(de)結構改進積(ji)累(lei)數(shu)據經驗(yan)(yan)，優化電(dian)(dian)池產(chan)品(pin)整(zheng)體結構。

    對于溫度沖擊(ji)試中出現的(de)局部結(jie)構變形或者(zhe)材料失(shi)效，可通過失(shi)效分(fen)析的(de)手(shou)段(duan)對失(shi)效部位(wei)進行(xing)無損(sun)或切片(pian)分(fen)析觀(guan)察(cha)其微觀(guan)結(jie)構，找出材料失(shi)效原因改進材料性能，優化(hua)產(chan)品自身結(jie)構設計，提升(sheng)產(chan)品可靠(kao)性。

具體位置熱仿真

X光照(zhao)射焊點裂紋圖

    篇后語
     溫度沖擊環境可靠性測試，仍有(you)很多注意(yi)要點有(you)待我(wo)們(men)去(qu)研究和分析。
    今后的主要研究(jiu)方向會從溫度(du)沖(chong)擊試驗后樣品(pin)的失效模式(shi)和(he)樣品(pin)結構的耐(nai)溫沖(chong)性(xing)能(neng)入手(shou)，尋(xun)求更優的樣品(pin)結構和(he)選(xuan)材(cai)。