路面平整度不一致会激励电池包,关于PACK振动测试PSD及测试时间的思考

捷能科技

作为不搞结构设计又不做测试的外行小白,对于电池包(PACK)振动测试或仿真,一直觉得朦胧难懂,其中,以下几个问题最为困扰:

(1)这些振动图谱是怎么得来的?(2)振动的测试时间是怎么得出来的?(3)通过这种振动测试为什么就能够在一定程度上论证产品满足了一定的寿命要求,如5年10万公里等。(4)有没有人去实际验证过这些振动测试参数。

一般来说,电动汽车在路上行驶时,由于路面平整度的不一致,通常会对电池包造成一种激励。这种作用,可以用沿时间轴线的加速度来体现。如果条件允许,我们可以让电动汽车一直行驶下去,同时记录下这种时间-加速度关系,这样就得到了包含这两种振动元素的时域图谱。

理想情况下,我们通过下面的方法:

PACK实物/PACK的数学模型+时域图谱信号,就可以对PACK进行振动测试/仿真,以了解在这种实际工况下,电池包的安全可靠性表现。

但是这种方法要进行的时间太长,计算机也无法完成如此大的工作量。怎么解决这个问题呢?方法就是把时域信号转变成频域信号。

这样,剩下的问题就是找到生产车辆在整个寿命周期内会经历的典型路况,比如城市路况、高速路况、山路路况等,对实地测试所得的频域信号绘制在同一张图上,然后取各频率处的峰值,连起来就到了我们在各类标准中常见的PSD图谱。

为了能够得到合理的测试时间,就需要记录下车辆跑完典型路况的时间/里程,现在可以很方便地在试验场进行,试验场是一种综合路况,包括鹅卵石路面、泥巴路面、砖块路面等。试验场地一圈的里程与时间是可以得到的,比如一圈9.6公里,车辆按20km/h的速度来跑。这样,车辆跑10万公里或15万公里的时间就可以得到。一般来讲,试验场的路况是加强了的,与典型路况有个倍数关系。

无论是实际的典型路况,还是加强了的试验场地,最终都是为了得到在一定里程数/一定时间内,车辆所造成的损伤。这样,在进行振动测试时,根据损伤一致的原理,通过加强振动载荷,比如是典型路况的N倍,那么测试时间就是典型路况的1/N。但是这种时间压缩也不是无限制的,必须要保证你所施加的载荷不会造成新的损伤机理(也可以说不要引入新的失效模式)。

那么,通过这样的一种论证关系就可以表明相应的振动测试就能够满足5年10万公里等的需求吗?

目前还没有直接的这种定论。而所有的PACK振动测试标准中,只有SAE J2380/USABC对此种关系给予了认可。

Anyway,这种数量关系是存在的。不过,现在对于这些标准中所制定的测试参数,有一个很重要的问题:即所有的这些参数并不是来源于EV/PHEV或是HEV,而是来源于传统汽车。这其中就会存在很多未知的问题。

Millbrook曾对市面上的一些典型电动汽车进行了实测研究,包括:Smart ED、Mitsubishi iMiEV、Nissan Leaf以及传统汽车Vauxhall Astra。

通过对其所测绘的PSD图来看:

在0-5HZ间有一次激励峰值,7-20HZ之间产生第二次峰值,大部分的标准频范围在7-200HZ之间。但不代表在高频区没有风险存在。

在测试标准这块,还是要根据电动汽车的特性来做一定的调整,短期来看,直接沿用传统汽车的一些标准,可能会导致过设计,或某些潜在的危害不能覆盖到。需要进行大量的实际数据来支撑更合理的改进。


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