新能源汽車電池重物沖擊試驗研究
新能源汽車作為解決能源危機和環境污染問題的重要途徑，近年來得到了廣泛的推廣和應用。電池作為新能源汽車的核心部件，其安全性直接關系到車輛的運行安全和用戶的生命財產安全。在實際使用過程中，電池可能會遭受各種意外沖擊，如車輛碰撞、外物撞擊等，因此開展電池重物沖擊試驗對于評估電池的安全性能具有重要意義。通過模擬真實場景中的沖擊情況，深入了解電池在沖擊載荷下的力學響應、熱響應以及電性能變化，有助于發現電池設計和制造過程中的潛在安全隱患，從而為改進電池技術和提高電池安全性提供有力支持。
試驗裝置與材料
（一）試驗裝置
電池重物沖擊試驗機：錘頭電動升降，自動定位沖擊高度，設備具有鋼化玻璃防爆觀察窗，可安全觀察內部測試情況。箱內提供照明裝置，便于試驗中觀察樣品狀態。具備煙感和排煙系統，可將試驗樣品產生的煙霧排出。箱體四周為鋼板+阻燃吸音棉，具備防爆泄壓和阻燃降噪。具備安全門電磁鎖開關，測試過程中無法打開屏蔽門，有效防止誤傷。
設備型號：電池重物沖擊試驗機S-BI
落球重量： 9.1kg、10kg；
誤差：±0.1kg
可測試電池最大尺寸：1000mm*400mm*300mm （長*寬*高）
沖擊棒規格： 直徑 15.8mm±0.1mm
材質：SUS316#不銹鋼
沖擊高度：0~1000mm可調；誤差±1mm
沖擊模式：:自動回位， 自動抓錘
控制方式：觸摸屏
（二）實驗設備主要功能
1、電池夾具：專門設計的電池夾具，在固定電池方面發揮著關鍵作用。它不僅能夠確保電池在試驗過程中被牢固固定，使沖擊方向準確垂直于電池表面，還具備樣品厚度自動補償功能。該夾具采用了可自適應調節的結構設計，借助高精度的位移傳感器和智能控制系統，當不同厚度的電池樣品安裝時，夾具能夠自動檢測樣品厚度，并相應地調整內部結構，確保始終對電池提供穩定且合適的夾持力，避免因樣品厚度差異導致的固定不牢或受力不均等問題。夾具材料選用高強度合金，經過特殊的熱處理工藝，具備出色的強度與韌性，在沖擊過程中自身不會發生變形或損壞，保障試驗的順利進行。
2、、煙霧檢測系統：為及時察覺電池在沖擊試驗過程中可能出現的異常情況，試驗裝置配備了靈敏度極高的煙霧檢測系統。該系統采用先進的光學煙霧傳感器，能夠在第一時間檢測到試驗區域內產生的極微量煙霧。一旦檢測到煙霧，系統將立即觸發警報，并向數據采集與控制系統發送信號，以便研究人員及時采取應對措施，防止可能出現的安全事故進一步惡化。
3、安全防護功能：整個試驗裝置被嚴密的安全防護裝置所包圍。防護裝置采用高強度的透明防爆材料制作，既能夠有效阻擋試驗過程中可能飛濺出的電池碎片和其他雜物，保障試驗人員的人身安全，又方便研究人員在試驗過程中對電池狀態進行直觀觀察。同時，試驗裝置還配備了完善的接地保護系統，以及針對電氣設備的漏電保護、過載保護等多重安全保護機制，從多個方面確保試驗過程的安全可靠。在試驗操作區域，設置了緊急停止按鈕，一旦出現緊急情況，試驗人員可立即按下按鈕，停止所有試驗設備的運行，最大限度降低安全風險。
試驗方法與流程
（一）試驗方法
根據相關標準和研究需求，確定采用不同質量的重物從不同高度進行自由落體沖擊電池的方法。通過改變重物質量和下落高度，模擬不同嚴重程度的沖擊工況。具體設置了三組試驗條件，分別為：重物質量 5kg，下落高度 0.5m；重物質量 8kg，下落高度 0.8m；重物質量 10kg，下落高度 1m。每組試驗重復進行三次，以確保試驗結果的可靠性和重復性。
（二）試驗流程
- 電池準備：將預處理后的電池安裝在電池夾具上，確保安裝牢固且沖擊位置準確。
- 設備調試：檢查沖擊試驗機、溫度監測系統、電壓電流監測系統等設備的工作狀態，確保設備正常運行。設置好數據采集參數，包括采樣頻率、采集時長等。
- 沖擊試驗：將選定質量的重物提升至預定高度，然后釋放重物使其自由落體沖擊電池。在沖擊過程中，實時采集力、位移、溫度、電壓和電流等數據。
- 結果記錄與分析：沖擊試驗結束后，停止數據采集，對采集到的數據進行整理和分析。觀察電池外觀是否有變形、破裂、漏液等現象，記錄電池在沖擊后的開路電壓、容量等性能參數，并與沖擊前的數據進行對比，分析電池在沖擊載荷下的性能變化規律。
試驗結果與分析
（一）電池外觀變化
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重物質量（kg） |
下落高度（m） |
外觀變化情況 |
|
5 |
0.5 |
部分電池表面出現輕微凹陷，電池外殼未破裂、無漏液 |
|
8 |
0.8 |
電池表面凹陷程度明顯增加，部分電池出現外殼細微裂縫，無漏液 |
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10 |
1 |
多數電池外殼嚴重變形，出現明顯裂縫，部分電池發生漏液現象 |
（二）溫度變化分析
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重物質量（kg） |
下落高度（m） |
最高溫度升高值（℃） |
|
5 |
0.5 |
約 5 |
|
8 |
0.8 |
約 10 |
|
10 |
1 |
15 以上 |
（三）電壓電流變化分析
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重物質量（kg） |
下落高度（m） |
開路電壓變化 |
容量損失 |
|
5 |
0.5 |
略有下降 |
約 5% |
|
8 |
0.8 |
下降較為明顯 |
約 10% |
|
10 |
1 |
大幅下降，部分電池電壓驟降為零 |
超過 20% |
（四）失效模式分析
|
重物質量（kg） |
下落高度（m） |
主要失效模式 |
|
5 |
0.5 |
外殼輕微變形 |
|
8 |
0.8 |
外殼變形加劇、出現細微裂縫，可能引發內部隱患 |
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10 |
1 |
外殼嚴重變形破裂、漏液，內部短路風險大增，可能引發熱失控 |
通過北京沃華慧通測控技術有限公司本次電池重物沖擊試驗，深入研究了新能源汽車電池在沖擊載荷下的性能變化和失效模式。結果表明，沖擊能量對電池的安全性和性能具有顯著影響，隨著沖擊能量的增加，電池外殼變形破裂風險增大，內部溫度升高，電性能下降明顯，甚至可能引發熱失控等嚴重安全問題。
基于試驗結果，為提高新能源汽車電池的安全性，在電池設計階段應優化電池外殼結構和材料，增強其抗沖擊能力；同時，改進電池內部結構和隔膜材料，降低內部短路的風險。在未來的研究中，慧通測控可以進一步開展不同類型電池的對比沖擊試驗，深入探究電池材料、結構與抗沖擊性能之間的關系，為電池安全標準的完善和提升提供更豐富的理論和實踐依據。此外，結合數值模擬技術，建立準確的電池沖擊模型，對電池在復雜沖擊工況下的響應進行預測和分析，將有助于更高效地指導電池的設計和優化。
