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动力电池标准GB38031中振动试验的剖析（下）
2020-11-21 12:58:16· 来源：环境技术核心期刊 作者：廖国清，等
编 者 按 GB 38031-2020是我国电动汽车用动力电池领域第一个强制性安全国家标准，本文从动力电池振动试验的检测目的、送样要求、振动试验特点及配套工装要求等做
编 者 按
GB 38031-2020是我国电动汽车用动力电池领域第一个强制性安全国家标准，本文从动力电池振动试验的检测目的、送样要求、振动试验特点及配套工装要求等做了深度对比分析和技术归纳，帮助相关的动力电池企业提高产品的合格率,辅助相关的电池实验室测试人员提高综合试验能力，有利于提升行业检测技术水平。
上期介绍了试验目的、送样要求、试验前预处理等（上期内容点击这里），本期我们重点介绍试验特点及其它技术对比解析。
振动试验顺序特点
在GB 38031标准的第8.2条中，规定汽车行驶方向为x轴向，即前后方向就是x轴向，左右方向为y方向，上下方向（垂直方向）就是z轴向。
振动试验前，根据电池的装车实况，振动方向的布局可参考图5电池包的振动试验过程监控示意图。
图5 电池包的振动方向示意图
该标准的振动试验推荐的试验顺序为先垂直方向后水平方向，先做随机振动后做正弦振动。以重型电动汽车为例，一般的顺序途径如图6振动试验的一般顺序示意。
图6 振动试验的一般顺序示意
振动试验顺序可根据实际情况，做出合理调整，该标准的第8.2.1.4条中提到：检测机构也可自行选择（试验）顺序，以缩短（轴向）转换时间。图7是电池包在垂直方向的振动试验实况图。
图7 电池包在垂直方向的振动试验实况图
振动量级的施加与动力电池对应的车辆类型有关
在GB 38031标准的第8.2.1条中，电池包产品对应的振动试验的测试条件按轻重车型（参照GB/T 15089）明确划分为两种：
● 轻型电动汽车（轻型客车M1类和轻型货车N1类）的振动测试条件（GB 38031的表3 和图3）
● 重型电动汽车（轻型客车非M1类和轻型货车非N1类）的振动测试条件（GB 38031的表2 和图2）。
在此有必要提醒，电池包产品厂商应该在提供的产品技术资料明确其产品的适用车型，以便后续的振动试验测试条件与实际电池包产品装车状况相符合。
轻型电动汽车和重型电动汽车配对的动力电池的振动试验条件从随机加速度谱密度和随机加速度量值以及正弦加速度和定频频率都是不同的，见图8不同车型的动力电池振动试验参数对比图。
图8 不同车型的动力电池振动试验参数对比图
振动试验的环境条件明确：温度、湿度、大气压
在GB 38031标准的第6.1.1条中，规定了振动试验的环境条件，也就是试验室的环境条件，环境条件涵盖了环境温度、环境湿度和大气压力等要求，具体参数如下：
环境温度：（22±5）℃，即温度在（17~27）℃范围。
相对湿度：在（10~90）%RH范围。
大气压力：在86~106 kPa范围。
上述振动试验的环境条件，也就是试验室的环境条件，因此，振动试验区域除了要有环境温湿度仪器监控外，还要有大气压力仪表等仪器，确认试验环境条件符合GB 38031的规定，确保振动试验的环境条件是符合再现性的要求。
GB 38031标准与UN 38.3标准的振动试验条件对比
GB 38031标准涉及的主要是随机振动试验（有少量正弦振动），UN 38.3标准涉及是正弦振动试验。
GB 38031标准中的振动试验是居于使用环境，对样品固定条件与实际的电池装车状况相符合；而UN 38.3标准中的正弦扫频振动是居于电池运输环境，对样品固定条件比较宽松，或者是一般的刚性固定。
正弦振动试验与随机振动试验即使是在加速度和频率范围和对应的加速度数学量值相等，但两者试验是不能等效的。正弦振动试验与随机振动试验的试验方式或者说考核产品的角度，两者是不能互相代替的。
扫频正弦振动试验可以观察到产品结构的刚度变化过程及量值，在适当的仪器帮助下可以直接检测到电池试样的动态刚度，并判定因共振疲劳破坏的频率漂移状况，动态刚度与静态刚度不同，动态刚度是振动频率的函数，动态刚度是车辆及其组件的机械强度和机械稳定性的一个重要指标，如果动力电池的动态刚度足够，那么其机械强度和机械稳定性就有保障。
按道路随机路谱的随机振动试验对车辆运行路况模拟真实度比较高，尤其是车辆较真实振动状态下电池产品工作状态的监控，更能较真实地模拟电池工作的耐振能力及安全特性。
表1 电池振动试验特性对比
结束语
电动汽车能否彻底取代传统的燃油汽车，取决于动力电池技术的突破，动力电池的安全问题是首要问题。振动环境贯穿在电动汽车整个使用过程中，复杂的路况振动会对动力电池的安全性产生不利影响。在掌握正确的试验方法下，通过标准GB 38031-2020的模拟路况振动试验，可以验证动力电池产品的安全性是否符合规定要求，明确产品结构设计是否达到基本的机械强度。
GB 38031-2020是我国电动汽车用动力电池领域第一个强制性安全国家标准，本文从动力电池振动试验的检测目的、送样要求、振动试验特点及配套工装要求等做了深度对比分析和技术归纳，帮助相关的动力电池企业提高产品的合格率,辅助相关的电池实验室测试人员提高综合试验能力，有利于提升行业检测技术水平。
上期介绍了试验目的、送样要求、试验前预处理等（上期内容点击这里），本期我们重点介绍试验特点及其它技术对比解析。
振动试验顺序特点
在GB 38031标准的第8.2条中，规定汽车行驶方向为x轴向，即前后方向就是x轴向，左右方向为y方向，上下方向（垂直方向）就是z轴向。
振动试验前，根据电池的装车实况，振动方向的布局可参考图5电池包的振动试验过程监控示意图。
图5 电池包的振动方向示意图
该标准的振动试验推荐的试验顺序为先垂直方向后水平方向，先做随机振动后做正弦振动。以重型电动汽车为例，一般的顺序途径如图6振动试验的一般顺序示意。
图6 振动试验的一般顺序示意
振动试验顺序可根据实际情况，做出合理调整，该标准的第8.2.1.4条中提到：检测机构也可自行选择（试验）顺序，以缩短（轴向）转换时间。图7是电池包在垂直方向的振动试验实况图。
图7 电池包在垂直方向的振动试验实况图
振动量级的施加与动力电池对应的车辆类型有关
在GB 38031标准的第8.2.1条中，电池包产品对应的振动试验的测试条件按轻重车型（参照GB/T 15089）明确划分为两种：
● 轻型电动汽车（轻型客车M1类和轻型货车N1类）的振动测试条件（GB 38031的表3 和图3）
● 重型电动汽车（轻型客车非M1类和轻型货车非N1类）的振动测试条件（GB 38031的表2 和图2）。
在此有必要提醒，电池包产品厂商应该在提供的产品技术资料明确其产品的适用车型，以便后续的振动试验测试条件与实际电池包产品装车状况相符合。
轻型电动汽车和重型电动汽车配对的动力电池的振动试验条件从随机加速度谱密度和随机加速度量值以及正弦加速度和定频频率都是不同的，见图8不同车型的动力电池振动试验参数对比图。
图8 不同车型的动力电池振动试验参数对比图
振动试验的环境条件明确：温度、湿度、大气压
在GB 38031标准的第6.1.1条中，规定了振动试验的环境条件，也就是试验室的环境条件，环境条件涵盖了环境温度、环境湿度和大气压力等要求，具体参数如下：
环境温度：（22±5）℃，即温度在（17~27）℃范围。
相对湿度：在（10~90）%RH范围。
大气压力：在86~106 kPa范围。
上述振动试验的环境条件，也就是试验室的环境条件，因此，振动试验区域除了要有环境温湿度仪器监控外，还要有大气压力仪表等仪器，确认试验环境条件符合GB 38031的规定，确保振动试验的环境条件是符合再现性的要求。
GB 38031标准与UN 38.3标准的振动试验条件对比
GB 38031标准涉及的主要是随机振动试验（有少量正弦振动），UN 38.3标准涉及是正弦振动试验。
GB 38031标准中的振动试验是居于使用环境，对样品固定条件与实际的电池装车状况相符合；而UN 38.3标准中的正弦扫频振动是居于电池运输环境，对样品固定条件比较宽松，或者是一般的刚性固定。
正弦振动试验与随机振动试验即使是在加速度和频率范围和对应的加速度数学量值相等，但两者试验是不能等效的。正弦振动试验与随机振动试验的试验方式或者说考核产品的角度，两者是不能互相代替的。
扫频正弦振动试验可以观察到产品结构的刚度变化过程及量值，在适当的仪器帮助下可以直接检测到电池试样的动态刚度，并判定因共振疲劳破坏的频率漂移状况，动态刚度与静态刚度不同，动态刚度是振动频率的函数，动态刚度是车辆及其组件的机械强度和机械稳定性的一个重要指标，如果动力电池的动态刚度足够，那么其机械强度和机械稳定性就有保障。
按道路随机路谱的随机振动试验对车辆运行路况模拟真实度比较高，尤其是车辆较真实振动状态下电池产品工作状态的监控，更能较真实地模拟电池工作的耐振能力及安全特性。
表1 电池振动试验特性对比
结束语
电动汽车能否彻底取代传统的燃油汽车，取决于动力电池技术的突破，动力电池的安全问题是首要问题。振动环境贯穿在电动汽车整个使用过程中，复杂的路况振动会对动力电池的安全性产生不利影响。在掌握正确的试验方法下，通过标准GB 38031-2020的模拟路况振动试验，可以验证动力电池产品的安全性是否符合规定要求，明确产品结构设计是否达到基本的机械强度。
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