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目前國內(nèi)電動汽車市場上，對于動力電 池包的碰撞安全防護，主要從三個層級來考 慮。第一個層級是整車結(jié)構(gòu)防護。車體結(jié)構(gòu) 本身對電池包形成良好的防護。能抵擋一般 的碰撞工況和刮底工況，保護電池包殼體結(jié)構(gòu)外部無變形，內(nèi)部無損傷。第二個層級是 電池包殼體結(jié)構(gòu)防護。電池包的殼體和內(nèi)部 的承重梁架在側(cè)邊和底部要有一定的承載能 力。保證內(nèi)部電池模組電芯不受到碰撞擠 壓，高壓部件件不發(fā)生斷裂和短路。第三個 層級是電池模組單體和內(nèi)部高壓部件本身的 結(jié)構(gòu)性能。應(yīng)該具有一定的抗碰撞擠壓、沖 擊和穿刺能力。保證在承受一定程度的機械 載荷后，也不發(fā)生起火和爆炸情況。
碰撞工況主要以碰撞的位置、加速度、 碰撞速度等作為關(guān)鍵參數(shù)，在動力電池動態(tài) 接觸碰撞試驗中，所涉及的關(guān)鍵參數(shù)主要有 碰撞速度、碰撞能量、碰撞深度、及碰撞接 觸端形狀等。通過對碰撞能量、碰撞速度、 碰撞深度等參數(shù)的設(shè)定實現(xiàn)接近于真實情況 的模擬復(fù)現(xiàn)。
本文開展的動力電池動態(tài)接觸碰撞測評 方法研究主要聚焦兩個方面：探究相同動力 電池樣品在不同碰撞工況下的安全表現(xiàn)以及 探究在相同量級的碰撞工況下，不同動力電 池樣品結(jié)構(gòu)的可靠性。
2 實驗設(shè)計
2.1 實驗裝置開發(fā)
臺架主要由立體滑道與碰撞臺車構(gòu)成， 通過調(diào)節(jié)臺車位置高度與質(zhì)量載荷，裝置可 根據(jù)實際的碰撞情況實現(xiàn)三類碰撞模式：
將準備好的測試對象固定在臺面上，通 過調(diào)節(jié)高度控制裝置，使測試對象中心與碰 撞頭中心位于同一水平面；采用伺服電機帶 動碰撞臺車，通過位移傳感器控制設(shè)置值， 到達位移值時通過限位開關(guān)停止。脫扣器采 用電磁閥控制，通過電磁閥拉動脫扣器， 保證臺車固定，后面實施脫扣。打開加速 度，碰撞力等測試系統(tǒng)，調(diào)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確認采集系統(tǒng)工作狀態(tài)；根據(jù)試驗速度 調(diào)整碰撞臺車的釋放高度；根據(jù)確定的碰撞 能量，調(diào)節(jié)臺車質(zhì)量，使其碰撞動能達到所 需能量。同時根據(jù)確定的碰撞深度調(diào)節(jié)臺車 限位，使之能實現(xiàn)固定深度的碰撞。開始試 驗，系統(tǒng)通過電磁閥打開脫鉤器，碰撞臺車 沿軌道下滑，到達碰撞位置，碰撞頭與測試 樣品接觸，完成碰撞。將根據(jù)設(shè)置的條件存 儲數(shù)據(jù)。
3 試驗情況與分析
3.1.2 模組動態(tài)碰撞測試
針對動力電池模組，損傷形變往往是動 力電池選取電池正負極進行深度的可控動態(tài) 碰撞，如圖4。模組在碰撞中均未發(fā)生起火爆炸現(xiàn)象， 根據(jù)試驗中測試結(jié)果歸納整理如下：
圖4 模組動態(tài)碰撞
3.2 測試結(jié)果分析
綜合單體不同損傷程度的動態(tài)碰撞測試 可以發(fā)現(xiàn)，隨著電池損傷程度的加深，電池 受到破壞的表征信號也越多。在10mm損傷形 變時電池雖然出現(xiàn)了變形，但只出現(xiàn)了略微 的溫升，而電壓幾乎沒有任何變化；當(dāng)電池 損傷形變達到20mm時，電池的溫度出現(xiàn)了 較為明顯的升高，而此時電壓也逐漸下降到 0V；在損傷形變達到30mm時，電池發(fā)生了 起火爆炸，發(fā)生熱失控，溫度急劇上升，電 壓也迅速降至0V。
可以看出電池單體在受到動態(tài)沖擊情況 下電壓并不會迅速反應(yīng)電池受到的損傷，而溫度則會隨電池損傷呈現(xiàn)正相關(guān)的升高，因 此可以作為一個表征參量來評估電池的狀態(tài) 變化。同樣，綜合模組不同損傷程度的動態(tài)碰 撞測試可以得出，隨著電池損傷程度的加 深，電池的溫度與電壓都呈現(xiàn)出不同的變 化。在10mm損傷形變時電池沒有出現(xiàn)明顯變 形，只出現(xiàn)了微小程度的溫升，電壓沒有任 何變化；當(dāng)電池損傷形變達到20mm時，模 組的溫度出現(xiàn)了較為明顯的破壞，同時受到 碰撞的單體升高，而此時電壓也逐漸下降到 0V；在損傷形變達到30mm時，出現(xiàn)明顯損 壞，受碰撞單體也產(chǎn)生了更高的溫升，同時 該單體電壓也產(chǎn)生波動后逐漸下降至0V。
可以得到，與單體類似，模組在受到動 態(tài)碰撞后同樣在電壓與溫度上出現(xiàn)了相應(yīng)的 變化。與單體情況一致，受碰撞單體的溫度 比電壓更能顯著的反應(yīng)受到損傷破壞的程 度，也有損傷承擔(dān)呈現(xiàn)正相關(guān)。但與單體有所不同的是，增加了外殼防 護的模組由于整體結(jié)構(gòu)的完整性和外殼防 護，相較單體而言抗沖擊的能力更強，在受 到相同程度的沖擊時更加穩(wěn)定。
4 結(jié)語
本文建立了構(gòu)建了可以針對單體與模組 進行動態(tài)碰撞的試驗平臺，并對測試結(jié)果進 行研究分析。通過對單體與模組進行動態(tài)碰 撞實驗，探討了動態(tài)碰撞對動力電池的安全 性所造成的損傷。同時，針對動力電池管理 系統(tǒng)中對電壓與溫度這兩個參量進行比較 分析，發(fā)現(xiàn)針對本文提出的樣品，在動態(tài) 碰撞情況下電池溫度會明顯優(yōu)于電池電壓 來作為動態(tài)碰撞的表征參量。此外對無外 殼防護的電池單體與有外殼防護的模組進 行比較分析得出模組的防護結(jié)構(gòu)更能承受 較大的碰撞傷害。在更進一步的研究中，一個非常有意義 的方向是將完整的電池系統(tǒng)進行同樣的動態(tài) 沖擊，與電池單體與模組得到的結(jié)果進行比 較分析；同時針對單體與模組的不同位置進 行動態(tài)碰撞的比較研究從而得出在可能發(fā)生 的實際事故中何種方式的防護更加安全有效 也是非常值得進一步研究的。
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