隨著我國汽車行業的飛速發展，新能源汽車在國家政策的大力支持下，迎來了迅猛增長。

新能源重卡，作為商用車領域的重要組成部分，在實際運行中，會面臨各種復雜路況。例如，在礦山、建筑工地等場所，道路崎嶇不平，顛簸劇烈；在高速公路上，雖然路面相對平坦，但車輛長時間的高速行駛以及頻繁的加速、減速，會對電池包產生持續的振動影響。

因此，新能源重卡電池系統的安全性備受關注，其電池包箱體作為電池模組和其他電氣元器件的承載體，在復雜路況下會受到不同頻率的激勵，從而產生共振、沖擊、擠壓和碰撞等現象。這些現象可能導致電池包箱體結構變形、電池模組內部短路、起火甚至是爆炸等嚴重后果。因此，對電池包箱體結構進行振動試驗，確保其在實際工況下的穩定性和安全性，顯得尤為重要。

針對電池包箱體的安全性能，通過振動檢測，可以提前發現電池包箱體在結構設計、材料選擇、制造工藝等方面存在的潛在問題，從而采取相應的改進措施，確保電池包箱體在實際使用中的穩定性和可靠性，保障車輛的安全運行。

振動試驗

振動是指物體相對平衡位置進行的往復 運動。通常用一些物理量 ( 如位移、速度、 加速度等 ) 隨時間變化的函數來表征振動的 時間歷程。動力電池系統所受到的振動的激 勵源主要來自路面不平度和和電機的旋轉不 平衡等。振動對產品的主要影響有：

1) 結構損壞， 例如部件的變形、裂紋和斷裂等 

2) 工作性能失靈，例如系統工作不穩定 

3) 工藝性能破壞， 例如螺栓松動、焊點脫落等。根據加載的載荷譜的不同，振動試驗一般可以分為以下幾種。

1.1 正弦振動

正弦振動是一種隨時間按正弦 ( 或余弦 ) 函數變化的振動，具有一定周期性。正弦振動可分為定頻振動和掃頻振動兩種類型。振動頻率始終不變的試驗叫定頻振動。一般是 模擬轉速固定的旋轉機械引起的振動，或結構固有頻率處的振動。定頻振動主要用于耐 共振頻率振動和耐預定頻率振動。掃頻振動試驗的頻率將按一定的規律發 生變化，根據掃頻速度的不同可以分為線性掃頻和對數掃頻兩種。線性掃頻的頻率變化是線性的，即單位時間掃過多少赫茲，單位是 Hz/s 或 Hz/min， 這種掃描用于細找共振頻率的試驗。對數掃頻的頻率變化按對數變化， 單位可以是 Oct/min 或 Oct/s， 其 中 Oct 是倍頻程。對數掃描是指在相同時間 掃過的頻率倍頻程數是相同的，因此在低頻掃得慢而高頻掃得快。正弦振動試驗條件包括試驗頻率范圍、試驗量級(加速度幅值大 小) 、掃描速度和掃描持續時間及試驗方向。

1.2 隨機振動

隨機振動是一種時域波形雜亂，在給定時刻其瞬時值不能確定，波形隨時間無規律性的振動。產品在運輸和實際使用中所遇到的振動，絕大多數都是隨機振動，例如：車輛在道路上行駛時產生的振動，飛機噪聲使飛機結構產生的振動和大氣湍流使機翼產生振動等。因此，隨機振動試驗才能更真實反映產品的耐振動性能。

隨機振動的運動規律無法用時間的函數正確表達，因此任何時刻，其振動的幅值和頻率都無法確定，但隨機振動可以用統計學的方法進行表達。通常隨機振動在頻域進行描述， 隨機振動試驗的試驗條件(嚴酷等級) 一般是由下面四個組成：

1) 試驗頻率范圍 (Hz) ，頻率范圍是指振動對產品產生有效激勵的最高頻率和最低頻率之間的頻率；

2)功率譜密度，功率譜密度是描述振動在單位頻率上的能量分布；

3) 總均方根加速 度(Grms )，Grms 是功率譜密度的頻譜在頻率范圍內的積分，即方均根值，通常用于試 驗誤差的控制和檢測；

4) 試驗時間和方向。

1.3 混合模式振動

混合模式振動一般是正弦振動和隨機振 動的疊加，如 : 隨機疊加隨機、正弦疊加隨 機、正弦疊加隨機疊加隨機等。

振動臺選擇

在振動試驗裝置的選定方面，重要的是實施測試時適當地設定所需要的推力（N）。根據F=ma計算出所需要的推力，m為夾具類質量、被試驗品質量、動圈質量之和，a為加速度。

公式：推力=質量×(加速度+重力)×安全系數

例：某2.3噸電池包測試

• 最大測試加速度：10g
• 所需推力=2300kg×(10+1)×9.8×1.2≈356kN
• （安全系數取1.2，應對突發共振）

如果能滿足試驗條件的規格，就選定與該試驗條件所對應的振動試驗裝置。如果一部分超過了試驗裝置的推力時，先選定滿足試驗條件下的試驗裝置，在此基礎上，再進行推力的計算。

應用案例

以振動試驗臺為基礎激勵，選擇60噸推力振動臺分析驗證電池包箱體框架在隨機與定頻工況下的疲勞損傷效果，如圖1所示。

圖1 電池包箱體框架振動測試

國高材分析測試中心配備30kN、40kN、60kN推力振動臺，可根據設備性能及試驗條件及樣品作出選擇合適的設備，咨詢電話020-66221668

首先將帶電池包的電池箱框架安裝在振動臺，再在Z 軸、Y 軸、X軸分別施加隨機振動加速度與定頻振動載荷，加載順序為Z 軸隨機、Z 軸定頻、Y 軸隨機、Y 軸定頻、X 軸隨機、X 軸定頻，加載時間分別為每個方向隨機振動12 h、定頻振動2 h，具體振動條件參考GB 38031—2020的要求設定，隨機振動加速度PSD 譜與定頻振動掃頻載荷如圖2～圖4 所示。

圖2　Y向振動試驗曲線

圖3　Z向振動試驗曲線

圖4　X向振動試驗曲線

對于電池箱框架上的易損部件，如水冷機組、封板、氣缸類、支撐桿、副支架、配重外殼、各類膠墊、氣缸類、配重外殼、各類膠墊、螺視栓等，應在振動測試完成后著重檢查。

圖5 易損部件：封板（左）和副支架（右）

本次振動導致“側梁”出現開裂失效（如圖6），而設計時通過仿真分析未能發現，需要在結構設計、材料選擇、制造工藝等方面進行調整。

圖6 側梁實際開裂（左）和仿真分析結果（右）