動(dòng)力電池模組振動(dòng)疲勞及機(jī)械沖擊可靠性測(cè)試深度解析——基于GB 38031-2020標(biāo)準(zhǔn)

在電動(dòng)汽車(chē)的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境中，動(dòng)力電池系統(tǒng)作為核心能量源，其安全性和可靠性直接關(guān)系到整車(chē)的性能與用戶(hù)的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的日益成熟，國(guó)家對(duì)動(dòng)力電池的安全監(jiān)管也愈發(fā)嚴(yán)格。GB 38031-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》作為我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為動(dòng)力電池的安全性能設(shè)立了明確的門(mén)檻。本文將聚焦于該標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)動(dòng)力電池模組（在標(biāo)準(zhǔn)中歸屬于電池包或系統(tǒng)層級(jí)進(jìn)行考核）的振動(dòng)疲勞及機(jī)械沖擊可靠性測(cè)試，深入剖析其測(cè)試邏輯、技術(shù)要求及工程意義。

一、標(biāo)準(zhǔn)背景與測(cè)試定位

GB 38031-2020于2021年1月1日正式實(shí)施，替代了原有的GB/T 31485和GB/T 31467.3等推薦性標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)動(dòng)力電池安全測(cè)試從“推薦”走向“強(qiáng)制”。該標(biāo)準(zhǔn)不僅整合了以往的多項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容，更結(jié)合實(shí)際使用場(chǎng)景，新增了如熱擴(kuò)散、過(guò)流保護(hù)等多項(xiàng)嚴(yán)苛要求。其中，振動(dòng)疲勞與機(jī)械沖擊測(cè)試作為評(píng)估電池機(jī)械可靠性的核心項(xiàng)目，旨在模擬電池在車(chē)輛行駛過(guò)程中可能遭遇的長(zhǎng)期振動(dòng)環(huán)境和突發(fā)性沖擊事件，驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)完整性和電氣安全性。

二、振動(dòng)疲勞測(cè)試：耐久性的嚴(yán)峻考驗(yàn)

振動(dòng)測(cè)試在GB 38031-2020中被賦予了更高的重要性，其核心目的在于評(píng)估電池系統(tǒng)在長(zhǎng)期振動(dòng)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)耐久性和功能穩(wěn)定性。與以往標(biāo)準(zhǔn)不同，新標(biāo)準(zhǔn)將振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)象明確為電池包或系統(tǒng)，更加貼近真實(shí)裝車(chē)狀態(tài)。

1. 測(cè)試內(nèi)容與模式該測(cè)試并非單一的正弦或隨機(jī)振動(dòng)，而是涵蓋了隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)兩種模式。測(cè)試需在X（前后）、Y（左右）、Z（上下）三個(gè)軸向上進(jìn)行。值得注意的是，各軸向的測(cè)試參數(shù)并非千篇一律，而是根據(jù)車(chē)輛行駛方位和實(shí)際路況振動(dòng)譜來(lái)確定，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。測(cè)試持續(xù)時(shí)間也顯著延長(zhǎng)，每軸向一般不少于13小時(shí)，遠(yuǎn)超以往運(yùn)輸振動(dòng)測(cè)試的時(shí)長(zhǎng)，旨在充分激發(fā)潛在的疲勞損傷。

2. 過(guò)程監(jiān)控與預(yù)處理新標(biāo)準(zhǔn)的一大亮點(diǎn)是引入了嚴(yán)格的樣品預(yù)處理程序和過(guò)程監(jiān)控要求。在測(cè)試前，電池樣品需進(jìn)行特定的充放電及靜置處理。測(cè)試過(guò)程中，必須實(shí)時(shí)監(jiān)控電池內(nèi)部最小單元（電芯）的電壓和溫度變化，這比以往僅監(jiān)控電池包總電壓更為精細(xì)，能夠更早地發(fā)現(xiàn)內(nèi)部異常。此外，振動(dòng)試驗(yàn)后，必須驗(yàn)證電池的絕緣電阻是否符合要求（不小于100Ω/V），確保高壓系統(tǒng)的安全性。

三、機(jī)械沖擊測(cè)試：瞬間沖擊的極限挑戰(zhàn)

如果說(shuō)振動(dòng)測(cè)試是“持久戰(zhàn)”，那么機(jī)械沖擊測(cè)試則是對(duì)電池系統(tǒng)抗極端載荷能力的“閃電戰(zhàn)”。該測(cè)試旨在模擬車(chē)輛在行駛中因路面顛簸、緊急制動(dòng)或輕微碰撞等情況產(chǎn)生的瞬間高加速度沖擊。

1. 測(cè)試參數(shù)與要求根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)械沖擊測(cè)試通常在電池包的三個(gè)互相垂直的軸向上進(jìn)行。沖擊脈沖的波形、峰值加速度和持續(xù)時(shí)間都有嚴(yán)格規(guī)定，以模擬真實(shí)的沖擊環(huán)境。測(cè)試的嚴(yán)苛之處在于，它不僅要求電池在沖擊過(guò)程中不發(fā)生泄漏、外殼破裂、起火或爆炸等宏觀失效，還要求沖擊后電池系統(tǒng)的電氣性能保持穩(wěn)定，特別是絕緣性能必須達(dá)標(biāo)。

2. 工程意義機(jī)械沖擊測(cè)試能夠有效暴露電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，如緊固件松動(dòng)、連接器脫落、內(nèi)部模組位移等問(wèn)題。通過(guò)此項(xiàng)測(cè)試，可以驗(yàn)證電池包的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊能力，確保其在遭遇突發(fā)狀況時(shí)依然能夠保持安全狀態(tài)。

四、測(cè)試的工程價(jià)值與行業(yè)影響

GB 38031-2020中的振動(dòng)與沖擊測(cè)試，不僅是產(chǎn)品上市前的“通關(guān)文牒”，更是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的重要驅(qū)動(dòng)力。這些測(cè)試要求促使電池企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就必須考慮“全生命周期”的可靠性，從電芯、模組到電池系統(tǒng)，乃至電池管理系統(tǒng)，都需要進(jìn)行系統(tǒng)性的優(yōu)化。

例如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，企業(yè)需要采用更合理的緩沖設(shè)計(jì)和高強(qiáng)度的箱體材料，以分散和吸收振動(dòng)與沖擊能量；在制造工藝上，必須確保所有連接部位的可靠性，防止因長(zhǎng)期振動(dòng)導(dǎo)致的疲勞斷裂。同時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)的積累也為建立電池壽命預(yù)測(cè)模型提供了寶貴依據(jù)，有助于通過(guò)仿真技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短研發(fā)周期。

總而言之，GB 38031-2020標(biāo)準(zhǔn)下的振動(dòng)疲勞及機(jī)械沖擊可靠性測(cè)試，構(gòu)建了一套科學(xué)、系統(tǒng)、嚴(yán)苛的評(píng)估體系。它不僅保障了動(dòng)力電池在復(fù)雜工況下的安全運(yùn)行，也推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用和制造工藝上的持續(xù)創(chuàng)新與進(jìn)步，為中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的安全基石。