Q/LB.□XXXXX-XXXX電動汽車用蓄電池械結(jié)構(gòu)可靠性評價方法范圍本文件規(guī)定了電動汽車用蓄電池產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性的評價方法，對動力電池包或系統(tǒng)在多因素影響下的結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行定量評價。本文件適用于裝載于新能源汽車的動力電池包和系統(tǒng)，其他類型電池，如半固態(tài)動力電池或儲能電池參考本文件執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。電池包batterypack具有從外部獲得電能并可對外輸出的單元。注：通常包括電池單體、電池管理模塊（不含BCU），電池箱及相應(yīng)附件(冷卻部件、連接線纜等)。電池系統(tǒng)batterysystem一個或一個以上的電池包及相應(yīng)附件(管理系統(tǒng)、高壓電路、低壓電路及機(jī)械總成等)構(gòu)成的能量存儲裝置。

爆炸explosion突然釋放足量的能量產(chǎn)生壓力波或者噴射物，可能會對周邊區(qū)域造成結(jié)構(gòu)或物理上的破壞。起火fire電池單體、模塊、電池包或系統(tǒng)任何部位發(fā)生持續(xù)燃燒(單次火焰持續(xù)時間大于1s)。火花及拉弧不屬于燃燒。外殼破裂housingcrack由于內(nèi)部或外部因素引起電池單體、模塊、電池包或系統(tǒng)外殼機(jī)械損傷，導(dǎo)致內(nèi)部物質(zhì)暴露或溢出。固有頻率naturalfrequency系統(tǒng)本身固有的振動頻率。應(yīng)變量stressshapevariable樣品因外力所造成的微小形變量。殘余扭矩residualtorque測試后樣品連接螺栓所剩余的扭矩值。超聲探傷ultrasonicinspection利用超聲波非破壞性地檢查材料或機(jī)械部件的內(nèi)部缺陷、傷痕的一種技術(shù)。四綜合測試fourcomprehensivetest對電池樣品進(jìn)行振動、溫度、濕度和充放電的綜合測試?？s略語和符號I1：1h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值。I3：3h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值的1/3。試驗條件一般條件除非另有規(guī)定，試驗環(huán)境溫度為22oC±5oC，相對濕度為10%～90%，大氣壓力為86kPa～106kPa的環(huán)境中進(jìn)行。推薦的預(yù)處理充電方法：室溫下，鋰離子電池單體先以1I1電流放電至制造商技術(shù)條件中規(guī)定的放電終止電壓，擱置1h，然后按以1I1或制造商規(guī)定且不小于I3電流恒流充電至鋰離子電池單體達(dá)制造商技術(shù)條件中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電電流降至0.05I1時停止充電，充電后擱置1h。其它預(yù)處理充電方法：可以按制造商提出的要求進(jìn)行，但初始充電電流應(yīng)大于等于I3。測試樣品均經(jīng)過預(yù)處理充電后進(jìn)行測試。測量儀器、儀表準(zhǔn)確度測量儀器、儀表準(zhǔn)確度應(yīng)滿足以下要求：電壓測量裝置：±0.5%F.S.；電流測量裝置：±0.5%F.S.；溫度測量裝置：±0.5℃；時間測量裝置：±1s；電阻測量裝置：±0.1mΩ；加速度測量靈敏度幅值：±1%F.S.測試過程誤差控制值（實際值）與目標(biāo)值之間的誤差要求如下：電壓：±1%；電流：±1%；安全要求電池包或系統(tǒng)按照6.1.1進(jìn)行綜合振動試驗，應(yīng)無泄漏、外殼破裂、起火或爆炸現(xiàn)象，且不觸發(fā)異常終止條件。試驗后的絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω/V。試驗方法電池機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)數(shù)據(jù)采集方法四綜合測試

對電池樣品進(jìn)行四綜合測試，測試步驟如下：超聲探傷：試驗開始前，使用超聲探傷設(shè)備對電池樣品的吊耳和底部中軸線進(jìn)行檢測。氣密檢測：對電池包施加5KPa壓力或制造商規(guī)定的測試壓力，保壓時間60s，測試時間30s，測試后電池包氣體泄露量應(yīng)不大于40Pa/min，或制造商規(guī)定的泄露量。絕緣測試：參考GB38031-2020附錄B中所使用的方法。扭矩測試：對電池樣品的高壓銅排連接螺栓、高壓口連接螺栓、上蓋螺栓扭矩進(jìn)行記錄。注：高壓銅排連接螺栓扭矩和高壓口連接螺栓扭矩測試需專業(yè)人員進(jìn)行，并佩戴專業(yè)護(hù)具。樣品安裝：按照試驗對象車輛安裝位置和GB/T2423.43的要求，將測試樣品安裝在振動臺上。在電池包或系統(tǒng)的關(guān)鍵吊點(diǎn)、底部龍骨中心、前后高壓接口等位置粘貼加速度傳感器，也可根據(jù)制造商需求在特定位置粘貼。在加速度傳感器附近位置粘貼應(yīng)變片。掃頻測試：在每個方向振動測試前后對電池包或系統(tǒng)進(jìn)行掃頻，掃頻的頻率范圍為5～200Hz，加速度為0.5g，掃頻過程中監(jiān)控各加速度傳感器的采樣值，以第一個峰的頻率作為電池包或系統(tǒng)的一階固有頻率。同時使用應(yīng)變采集裝置監(jiān)控掃頻過程中各應(yīng)變片的應(yīng)變量并加以記錄。該測試在每個方向四綜合測試前后進(jìn)行，共進(jìn)行6次。四綜合測試：對于裝載在除M1N1類以外的車輛上的電池包或系統(tǒng),振動測試參數(shù)參照GB38031-20208.2.1振動測試，按照表1進(jìn)行。對于裝載在M1N1類車輛上的電池包或系統(tǒng),振動測試參數(shù)按照表2進(jìn)行；電池包或系統(tǒng)振動過程中溫度和濕度的要求:環(huán)境溫度范圍：-20℃～55℃，測試過程中溫濕度隨振動時間施加的對應(yīng)關(guān)系如表3，隨機(jī)過程循環(huán)兩次，定頻溫度為25℃，濕度50%RH；試驗過程中，需監(jiān)控測試樣品內(nèi)部最小監(jiān)控單元的狀態(tài)，如電壓和溫度等。每個方向完成測試后觀察兩個小時。除M?、N?類以外的車輛電池包或系統(tǒng)的振動測試條件隨機(jī)振動(每個方向測試時間為12h)z軸功率譜密(PSD)y軸功率譜密度(PSD)x軸功率譜密度(PSD)5正弦定頻振動(每個方向測試時間為2h)頻率（HZ)M?、N?類車輛電池包或系統(tǒng)的振動測試條件隨機(jī)振動(每個方向測試時間為12h)z軸功率譜密(PSD)y軸功率譜密度(PSD)x軸功率譜密度(PSD)正弦定頻振動(每個方向測試時間為1h)電池包或系統(tǒng)的振動時間與環(huán)境溫度對應(yīng)值測試環(huán)境溫度(℃)0///24480樣品后處理：完成四綜合測試后，按照a、b、c中所述對電池樣品進(jìn)行超聲探傷、氣密測試和絕緣測試。對電池樣品殘余扭矩進(jìn)行檢測和記錄，所測螺栓與d中所述相同。超聲探傷參數(shù)探傷參數(shù)計算公式如下：x1式中：x1——探傷參數(shù)值；l——為最大微裂紋的長度（0.001≤l≤0.1）；螺栓占比計算以扭矩下降超過60%計算螺栓占比公式如下：x2式中：x2——螺栓扭矩保持率；N——電池樣品關(guān)鍵位置螺栓數(shù)量；N60%——四綜合測試后的扭矩低于原扭矩60%的螺栓數(shù)量；Z軸一階固有頻率變化率計算電池Z軸的一階固有頻率變化率計算公式如下：x3式中：x3——Z軸的一階固有頻率變化率；fZ——四綜合測試前電池樣品的一階固有頻率；f`Z——四綜合測試后的電池樣品的一階固有頻率；Y軸一階固有頻率變化率電池Y軸的一階固有頻率變化率計算公式如下：x4式中：x4——Y軸的一階固有頻率變化率；fY——四綜合測試前電池樣品的一階固有頻率；f`Y——四綜合測試后的電池樣品的一階固有頻率；X軸一階固有頻率變化率電池樣品的X軸的一階固有頻率變化率可使用公式5進(jìn)行計算：x5式中：x5——X軸的一階固有頻率變化率；fX——四綜合測試前電池樣品的一階固有頻率；f`X——四綜合測試后的電池樣品的一階固有頻率；應(yīng)變量變化率該值以電池樣品四綜合測試前后掃頻所測出的最大應(yīng)變量為基準(zhǔn)，計算測試前后應(yīng)變量的變化率，公式如下：x6式中：x6——電池樣品最大應(yīng)變量的變化率；ε——四綜合測試前最大應(yīng)變量；ε`——四綜合測試后的該應(yīng)變片所對應(yīng)的應(yīng)變力；氣密測試在四綜合測試前后對樣品進(jìn)行氣密性測試，如通過氣密性測試，離散機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)y1為1，不通過則y1為0。絕緣測試在四綜合測試前后對樣品進(jìn)行絕緣電阻測試，如通過絕緣性測試，離散機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)y2為1，不通過則y2為0。機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性評價系數(shù)計算單項機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性失效系數(shù)計算單項連續(xù)機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性失效指標(biāo)計算公式：qi=xixi,ref——xi,ref——對應(yīng)連續(xù)性指標(biāo)的失效閾值（），其值分別為1、0.4、0.1、0.1、0.1、0.3；單項離散機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性失效指標(biāo)計算公式：qj=1?式中：qj——，其中yj——機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性失效系數(shù)計算電池機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性失效系數(shù)計算公式如下：QM=(1?i=16式中：QM——機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性失效系數(shù)；——qj——，其中wi——連續(xù)機(jī)械可靠性失效指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（i=1，2，...6），其值分別為0.2、0.3、0.85、0.6、0.6、0.55；vj——離散機(jī)械可靠性失效指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（j=1，2），其值分別為0.5、0.5；檢測規(guī)則7.1失效判斷電池可靠性評價指標(biāo)和失效閾值見表4：表4可靠性評價指標(biāo)和失效閾值序號可靠性評價指標(biāo)失效指標(biāo)/失效閾值備注1外觀破裂、破損、折斷、排氣/2超聲探傷微裂紋≥0.1mm/3扭矩下降60%的螺栓占比＞40%/4Z軸一階固有頻率變化率＞10%/5Y軸一階固有頻率變化率＞1