使用Polytec激光测振仪测试电动汽车蓄电池

如今，各种电子产品里经常会用到不同类型的小容量电池。而随着电动汽车中的电动机的使用，启动电池不再是汽车上唯一的电池。

目前，无论是混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)还是纯电动汽车(BEV)，都对大容量电池有着强烈的需求。

下面是日产(Nissan)和宝马(BMW)的BEV。技术概念和电池组的位置清晰可见。

随着纯电动汽车（尤其是轿车）的日益普及，以及途中无需充电就能长距离行驶的需求的增加，电池在现代汽车设计中扮演着愈发重要的角色。

除汽车外，电池还被广泛用于摩托车、船只、卡车、叉车、轨道车，甚至人们开始研究使用电池来驱动飞机。

两种不同的电池组如下所示。一个来自博世(Bosch)的PHEV电池(下图上)和一个来自日产聆风(下图下)的电池组:

纯电动汽车电池的另一个应用领域是储能(通常是挑选出来的以及二手的纯电动汽车电池)，比如特斯拉的Powerwall和大型储能系统(ESS)。

后者是一种存储系统，将多个电池模块一起放入机架中，这些机架再放入一个更大的箱体中，构成大型储能系统。

ESS系统被用作备转容量，用于暂时储备可再生能源，及提高电网稳定性。

虽然BEV整体销量仍处于低位，但在可预见的未来几年，其销量将快速增长。

Navigant Research预测，用于轻型和中型/重型车辆的锂电池全球市场将从2015年的78亿美元增长到2024年的306亿美元。

纯电动汽车电池组由多个电池模组组成，而这些电池模组又由多个电池单元组成。

本次试验中，我们采用德国Polytec公司的激光测振仪来进行振动测试。

这些电池模组的测试任务包括:

• 模态频率分析
• RMS应力计算
• 疲劳寿命计算，尤其是金属部件，如外壳
• 电池包的失效分析，例如电池模组与外壳间的相对运动
• 电池组和模块的无损检测
• 运输模拟（一般低频至200 Hz）
• 电气连接的可靠性

在SAE J2380《电动汽车电池振动试验》中描述了电池组的模拟运输过程，多数情况下使用加速度计来完成测试，因为被测的频率通常低于200Hz，只需完成单个点的测量即可。

然而，只有Polytec激光测振仪才能真正高效地进行截面失效分析。电池包失效的原因有多种，除了热管理之外，很多失效都与振动有关。振动不仅影响电池组的容量，而且经常导致机械失效。

因此，我们需要经常对电池组的外壳进行疲劳寿命周期计算，以确保安装支架不会断裂。电气连接的可靠性也非常重要。通常采用焊接(超声波或激光)或搭接。

与汽车车身不良焊接的接受度5%相比，电池组不良焊接的接受度为0%。因为根据电池设计，焊接不良不仅会导致存储能量的损失，甚至会导致更大的灾难。

电气连接不良的失效源头，除了不良焊点外，还包括不同电池组件之间的相对运动，如电池包外壳和电池模组之间的运动。这样的相对运动会导致连接发生破坏。

通常，为评估这种相对运动，我们使用激振器对被测部件的三个方向（不一定同时）进行激励，频率达几kHz。

测激振器通常布置在被测电池组的下方，振动测试系统在被测物上方对其进行振动测试。本文中使用MPV测振系统进行测试，试验搭建如下：

MPV系统尤其适用于激振器激励的这类测试，一般使用白噪声作为激励信号，同步记录时域信号——由于是随机信号激励，不适合进行扫描测试。

如果客户对频域中的噪声(或正弦)信号感兴趣，PSV则因可以高密度扫描测试而更具优势。

LDV通常比加速度计有优势，因为LDV获得位移信号只需1次积分计算，而加速度计需要2次积分计算，因此LDV通常会得到更少的伪信号。

LDV (MPV和PSV)系统提供了一个全局坐标系，这对于需要精确计算不同测点之间的相对运动而言，非常有必要。相比之下，加速度计没有全局坐标系，因此布点定位必须非常精确，而这在现实中很难达到这个要求。

与失效分析相关的是有限元分析以及模态振型和频率的数值模型修正，这些都可以通过Polytec公司的PSV扫描式激光测振系统来完成。

来源：Polytec公司

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