GB38031-2020中的振動試驗是圍繞安全指標(biāo)來考核動力電池的能力，在該標(biāo)準(zhǔn)的第5章，所有的安全指標(biāo)都一一呈現(xiàn)。其中振動試驗的安全指標(biāo)包括：夠絕緣、無銳變、不燃、不爆、不漏、不裂等，這些指標(biāo)與電池單體的一致性密切相關(guān)，可以說振動試驗也間接地考核了電池單體性能一致性，新標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)的最基本的安全要求，也是動力電池的市場準(zhǔn)入最起碼要求。例如，電池包在振動試驗期間和試驗后，最起碼不會出現(xiàn)熱失控的起火或爆炸，不允許有電壓的銳變等，不能出現(xiàn)殼體結(jié)構(gòu)破裂乃至化學(xué)液體泄漏，絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)該完好無損。

與普通燃油汽車 DC12V蓄電池比較，電動汽車動力電池的絕緣電阻技術(shù)要求有很大的差別，電動汽車的電壓和電流等級都較高，車載電池包電壓一般在幾百伏，超出特低電壓的限值，防觸電的要求就突出了。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3805《特低電壓（ELV）限值》可知在一定電壓作用下，對有觸電保護裝置的情況，人體允許通過的電流為30mA。一般在干燥、正常情況下人體的電阻約為2000Ω左右，可以推測直流電壓大于60V會對人體有電擊的傷害，由于電動汽車電池系統(tǒng)是一種超過100V的高壓，并且是一種高能量存儲裝置，因此在無任何防觸電保護情況下，人員觸及將極其危險。所以GB38031標(biāo)準(zhǔn)對振動試驗的安全驗證明確提出了絕緣電阻不小于100Ω/V的要求。因此，在電動汽車及配套主件的開發(fā)中，要注意高壓電氣系統(tǒng)的絕緣設(shè)計，嚴(yán)格控制絕緣電阻值，保證泄漏電流在安全的范圍內(nèi)。

振動能量的傳播往往會對動力電池的絕緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞作用，作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計師必須考慮絕緣結(jié)構(gòu)能否耐受電動汽車路況的多種振動，保障安全指標(biāo)不會降低，因此，電池單體、模組、電池包以及電氣連接需要設(shè)計足夠的電氣間隙和爬電距離，不僅要保證電池系統(tǒng)絕緣材料結(jié)構(gòu)在振動環(huán)境下的機械穩(wěn)定性，即使其在長期使用出現(xiàn)一定結(jié)構(gòu)變化后，仍能確保不會絕緣失效。

新標(biāo)準(zhǔn)GB38031中的振動試驗的要求只涉及安全，不涉及性能特性和功能特性等與可靠性相關(guān)的指標(biāo)，固不能將新標(biāo)準(zhǔn)中的振動試驗完全取代與動力電池可靠性考核所涉及的全部振動試驗。 

送樣要求和試驗對象

電池包的振動試驗不是單純將樣品安裝在振動臺臺面上的裸機振動試驗，試驗過程需要狀態(tài)監(jiān)測，離不開電池包配套附設(shè)件的連接和調(diào)試等流程，正如標(biāo)準(zhǔn)GB38031的第6.1條所述，電池廠商在委托第三方機構(gòu)檢測送樣時需要提供電池包或電池系統(tǒng)交付需要包括必要的操作文件以及和測試設(shè)備相連所需的接口部件，如電插器、插頭、冷卻系統(tǒng)接口，以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖等，明確試驗所需的重要參數(shù)如安全工作限值、充放電截止條件和電壓銳變閾值等，確保預(yù)處理和振動試驗時樣品能正常運作。

標(biāo)準(zhǔn)GB38031的第8.2.1.1條明確規(guī)定，振動試驗的對象是電池包或電池系統(tǒng)，不是電池單體。

振動試驗前樣品的預(yù)處理要求

在振動試驗前，電池包或系統(tǒng)樣品需要先進行預(yù)處理循環(huán)，以確保在振動試驗時樣品的性能處于激活或穩(wěn)定的狀態(tài)，在此提出，預(yù)處理失敗（如電池容量達不到要求）的樣品是不能做振動試驗的，作為不合格樣品返還電池制造商。

按電化學(xué)原理，動力電池的激活是指將電池內(nèi)部電解物質(zhì)的電化學(xué)活性“喚醒”，電池久而不用，其內(nèi)部電解物質(zhì)活性往往會暫時性降低或暫時性停止，激活后電池又會處于正常狀態(tài)。在動力電池中，鋰離子電池占了大部分，鋰離子電池在長時間擱置，長期大電流充放電，或長時間非滿電狀態(tài)使用情況下，電極活性材料在預(yù)處理的首次滿充滿放中，容易出現(xiàn)容量較低的現(xiàn)象。因此需要進行標(biāo)準(zhǔn)充放電進行激活。且由于鋰離子電池真實荷電狀態(tài)受多種因素的影響，如在較低溫度下，低溫導(dǎo)致電池活性降低，動力電池陰極和陽極電極活性材料以及電解液等離子擴散阻抗增加，電池相對正常溫度下荷電狀態(tài)會較低（同一開路電壓下）。如使用較高或較低的充放電電流調(diào)節(jié)電池荷電狀態(tài)，也會因阻抗分壓較大或過小而導(dǎo)致荷電狀態(tài)不準(zhǔn)。為了保證電池樣品在測試前狀態(tài)的均一性，需要對動力電池進行標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)處理，使電池的狀態(tài)穩(wěn)定。

振動試驗的電池樣品預(yù)處理按GB38031標(biāo)準(zhǔn)第7.2.2條進行，在室溫條件下，其中的充放電電流都要求小于1/3的充放電倍率，不充不放的靜止時間一般是30min，充放電截止條件由電池制造商規(guī)定，或者靜止時間也按廠商規(guī)定。樣品預(yù)處理過程中，避免任何過充過放的操作，以免影響振動試驗后的測試參數(shù)對比。

預(yù)處理通過的判定：

①樣品連續(xù)2次的放電容量變化均不高于額定容量的3%，預(yù)處理成功。

②樣品連續(xù)5次的充放電循環(huán)都正常，預(yù)處理成功。

整個預(yù)處理的步驟見圖1樣品預(yù)處理流程示意圖。

圖1 樣品預(yù)處理流程示意圖

振動試驗對電池的化學(xué)物質(zhì)的活性有破壞作用，在驗證其破壞作用，就必須在振動前先激活動力電池并確認(rèn)振動前電池性能是穩(wěn)定，即先做樣品的預(yù)處理，以便做試驗前后的測試數(shù)據(jù)對比，綜合評估電池的耐振能力。

試驗夾具和樣品固定方式的重要性

電池的振動試驗涉及到振動能量的傳播，這涉及到能量的傳播方向或路徑，試驗樣品安裝應(yīng)符合GB/T2423.43的要求，如果樣品安裝方式不當(dāng)，往往會改變振動能量的真實傳播，最終影響到試驗結(jié)果。電池振動試驗的能量傳播方向和路徑見圖2：振動能量傳播示意圖。

圖2 振動能量傳播示意圖

 從圖2的傳播示意圖可以看出，試驗夾具和電池包固定板(支撐腳)對能量傳遞鏈條中起著關(guān)鍵的作用。

動力電池振動能量傳播的第一切入點是電池包的固定板，在作螺釘固定時有必要模擬裝車的實況，固定板在電池包殼體的布置狀況見圖3電池包的支撐腳。

圖3 電池包的支撐腳

對于試驗夾具，必須確保其一階固有頻率必須遠高于試驗頻率的上限，例如GB38031振動的頻率上限是200Hz，那么夾具在試驗前必須先做頻率響應(yīng)檢查，如果其三個軸向的一階固有頻率均遠高于200Hz，試驗夾具才允許使用。

電池包固定板(外殼支撐腳)是電池樣品的振動應(yīng)力傳輸路徑的最先導(dǎo)入點，試驗樣品的與振動臺面耦合安裝的固定位置和固定點數(shù)必須符合裝車狀況，或試驗樣品的與夾具耦合安裝的固定位置和固定點數(shù)必須符合裝車狀況。

GB38031中的振動試驗要求都引用了方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T2423.10(正弦)和GB2423.56（隨機），因此我們在做動力電池的振動試驗前，先做頻響檢查，振動試驗后再做頻響檢查，如果前后對應(yīng)頻響數(shù)據(jù)變化較大，就意味著動力電池結(jié)構(gòu)的固有頻率發(fā)生明顯的向下漂移，這說明電池結(jié)構(gòu)的剛度發(fā)生了較大幅度的降低，結(jié)構(gòu)剛度也會影響動力電池的安全。或者說對頻響數(shù)據(jù)有可疑之處，企業(yè)應(yīng)盡早進行摸底和驗證試驗，在產(chǎn)品設(shè)計階段及時進行調(diào)整。

試驗監(jiān)控儀器的準(zhǔn)備

GB38031標(biāo)準(zhǔn)中的振動試驗過程，動力電池是有一定荷電狀態(tài)SOC，不能排除電壓（包括電池單體）會出現(xiàn)異常，即振動試驗期間發(fā)生電壓銳變，因此有必要對動力電池進行電壓實時監(jiān)控。另外，在試驗過程中，不能排除包括電池單體在內(nèi)的出現(xiàn)熱失控，同理，也有必要對動力電池進行溫度實時監(jiān)控。振動試驗前就應(yīng)該準(zhǔn)備好電壓和溫度等監(jiān)控裝置，如發(fā)生廠商規(guī)定量值得電壓銳變，就應(yīng)停止試驗，意味著振動試驗的失敗。

GB38031的第6.2條對監(jiān)控測量儀器提出了準(zhǔn)確度的要求，振動試驗前應(yīng)該確認(rèn)，電壓測量裝置的準(zhǔn)確度不低于滿篇刻度的±0.5%，溫度測量裝置的準(zhǔn)確度不低于±0.5℃。

電池的振動試驗有振動能量的傳播，振動試驗還是破壞性試驗，不排除試驗過程出現(xiàn)熱失控而發(fā)生火災(zāi)，因此，振動試驗過程有必要在振動試驗臺附近配置滅火器具。

振動試驗前，監(jiān)控流程布局要求應(yīng)按圖4：振動試驗過程監(jiān)控示意圖。

圖4 振動試驗過程監(jiān)控示意圖。

更多關(guān)于動力電池振動試驗相關(guān)資訊，請聯(lián)系劍喬儀器廠家！電話：13829135130