轨道交通整车电磁兼容测试解析

一：轨道交通背景介绍2010年底我国内地开通城市轨道交通服务的城市仅北京、天津、上海、广州、深圳、南京、武汉、重庆、长春和大连10个城市，均为直辖市、省会城市或计划单列市。根据中国城市轨道交通协会的统计数据，截至2018年底，中国内地共34个城市开通城市轨道交通运营服务，开通城轨交通线路171条。目前，我国的技术发展成熟、社会资本有保障，完全可以大力发展城市轨道交通，不仅是一、二线城市具备条件，三四线城市也开始筹划，进一步扩大城市轨道的发展，加强综合性交通枢纽的规划建设，以城市轨道交通为轴心，达到全面改善城市交通拥堵现象，提高工作效率和城市生活质量。城轨每年新增运营线路长度与预测（km）二：电磁兼容对于轨交整车的重要性城市轨道交通是构建安全、高效、环保的城市公共交通体系的重要基础，特别是随着电子设备大量应用于城市轨道交通整车，这些设备有的在运行，会产生比较强烈的电磁干扰，如列车架空牵引接触网、可泄漏同轴电缆、移动通信单元等。有的对电磁干扰比较敏感，如低电平的弱电系统。这些设备如果受到电磁干扰而无法正常工作，甚至产生误动作的话，会给轨道交通系统的安全运行带来非常严重的后果。因此在城市轨道交通系统建设，电磁兼容是各设备系统设计过程，所必须考虑和解决的问题。三：整车电磁兼容测试解析任何电磁兼容问题都离不开电磁兼容三要素：骚扰源，耦合路径，敏感设备。从整车的实际运营情况分析，车辆与其内部系统既是发射源，也是被干扰对象。耦合路径分为传导耦合与辐射耦合。根据主机厂以及运营商的要求，轨交整车的常规测试项目包括：下面简单介绍一下各项测试：1.辐射发射试验辐射发射是测量整车对外界的干扰情况，其主要参考于EN50121-2:2017《铁路应用-电磁兼容第2部分：整个铁道系统对外界的辐射》和EN50121-3-1:2017《铁路应用-电磁兼容第3-1部分：机车车辆-列车与整车》标准来进行测试，测试要求如下：由于是室外试验，试验应尽可能在干燥的天气里进行，以尽可能减少天气因素对测试结果的影响;测试状态分为车辆静态模式和车辆动态模式，在静态测试中采用准峰值测试限值；在动态测试中采用峰值测试限值。由于动态模式时车辆离天线的距离处于不断地变化中，一次完整频率最小扫描时间太长从而难以测试移动的干扰信号，因此一般测试分为两部分：1.预扫：在扫频模式下接收机上获得场强频谱图；2.终扫：接收机在干扰水平最大的几个频点做定点测量。 2.传导发射试验传导发射是测量车辆与基础设施中电话通讯设施与供电系统之间的电磁兼容性，其主要参考于EN50121-3-1:2017《铁路应用-电磁兼容第3-1部分：机车车辆-列车与整车》标准，测试要求如下：传导发射测试分为噪声电流测试和轨道信号兼容性测试，噪声电流测试前将电流环安装在车辆高压母线上进行采样，在车辆静态模式与车辆动态模式下，通过分析仪记录分析波形是否超出限值。噪声电流测试根据标准要求最大噪声电流不得大于：在20s内平均10A,在4s内平均12.2A,瞬时值13A。轨道信号兼容性测试根据轨道类型的不同，标准所要求的限值也有所不同，测试前需和运营商进行相关信息的沟通。3.计轴器试验为保证车辆与计轴器的兼容性，验证线路上车辆磁场发射与计轴器抗扰度的兼容性，其主要参考EN50121-3-1:2017《铁路应用-电磁兼容第3-1部分：机车车辆-列车与整车》与GB/T28007.3-2017《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性 第三部分：与计轴器的兼容性》两个标准，测试要求如下：测试频率范围：10kHz-1.3MHz采用两种测量天线：——低频段（LFR）：10kHz-100kHz;­——高频段（HFR）：100kHz-1.3MHz。为减少大地电流与其他因素的干扰，测量探头应安装在两条轨枕之间，其间的距离不应少于400mm，整个测试应在标准规定的多种模式下进行测试。如下图：4.磁场暴露试验磁场暴露测试主要考量车辆上的直流磁场与低频的交变磁场对乘客心脏（特别是植入式医疗设备）的影响，其主要参考于EN50500:2008《关于人体暴露于铁路环境中的电子与电气装置产生的磁场水平的测量程序》与DIN VDE 0848-3-1：2002《电场、磁场和电磁场的安全性-第3-1部分：对身体植入有源植入物的人员在0Hz-300GHz的保护》两个标准，测试要求如下：分别在司机室以及公众区域的三个高度以及车辆外的两个高度进行x,y,z三个方向的交直流磁场，因为由于铁路环境中电磁场源的自然特性无相应场强的预期值。所以仅测量0kHz~20kHz的磁场数值，但是因为0Hz~5Hz的场强限值按（1/)下降，可使用无0Hz~5Hz测试能力的仪器，如果5Hz的磁场满足限值要求，则可认为更低频率的磁场也满足要求。在此范围内，磁场起主导作用，电场可忽略。磁场的屏蔽主要是为了抑制寄生电感耦合，也叫磁耦合，磁场屏蔽随着工作频率的不同所采用的磁屏蔽材料和磁屏蔽原理均不同。根据电磁屏蔽的基本原理， 0kHz~20kHz属于超低频，其频率低，趋肤很小，吸收损耗很小，并且由于其波阻抗很低，反射损耗也很小，因此超低频磁场和射频屏蔽是完全不同的，射频屏蔽可以用铜箔，铝箔等材料，但这些材料对超低频磁场没有任何屏蔽作用。对这种超低频磁场，应使用高导磁材料提供磁旁路来实现屏蔽，（例如铁镍合金），其原理是为磁场提供一条低磁阻的通道，使元器件周围的磁力线集中在屏蔽材料中，从而起到屏蔽作用。5.静电放电抗扰度试验此测试项目主要评估车载电子电气设备，系统，子系统以及外设（设备/系统）对静电的免疫能力。其主要参考于EN50121-3-2:2016《铁路应用-电磁兼容第3-2部分：机车车辆-设备》，测试方法依据EN61000-4-2:2009《电磁兼容EMC第4-2部分：试验与测量技术-静电放电抗扰度试验》。其主要要求为：本测试对于环境条件要求较高，环境应满足：温度为15-35°C，湿度为30%-60%，大气压强为86-106kPa。在列车上根据标准放置接地参考平面和垂直耦合板并不切实际，而车身金属底架，设备柜等设施构成了车辆的保护接地系统，因此静电放电枪放电回路直接与车辆金属底架或设备柜上的接地点相连，并取消水平耦合板测试。一般测试点包括但不限于：所有显示屏、按钮、手柄门、指示灯等。6.电快速瞬变脉冲群抗扰度试验此测试项目主要验证电气和电子设备对来自切换瞬态过程的各种类型瞬变骚扰的抗干扰能力，其主要参考EN50121-3-2:2016《铁路应用-电磁兼容第3-2部分：机车车辆-设备》，测试方法依据EN61000-4-4《电磁兼容EMC第4-4部分：试验与测量技术-电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》。其主要要求为：整车测试在静态状态下完成，这里特别需要注意的是，标准中规定将试验电压耦合到信号和控制端口，容性耦合夹是优选的选择方法，但考虑到整车的实际线缆敷设中机械方面的原因而不能使用耦合夹时，可以采用标准中规定的金属带或导电箔来包覆被试线路，耦合电容在100-1000pf。7.射频电磁场辐射抗扰度试验射频电磁场辐射抗扰度测试主要是为了防止车载电子设备被携带式无线通讯设备干扰的抗干扰测试，其测试方法与测试频段主要参考EN50121-3-2:2016《铁路应用-电磁兼容第3-2部分：机车车辆-设备》与EN61000-4-3《电磁兼容EMC第4-3部分：试验与测量技术-射频电磁场辐射抗扰度试验》。其主要要求为：考虑到整车的特殊性，其射频电磁场辐射抗扰度的测试方法一般使用对讲机试验方法（简称WTT）,WTT是评估电子设备对移动射频设备的辐射场敏感性的一种实用方法。WTT中把已校准的干扰源靠近车载被测设备，其射频发射发生在移动电话呼叫或其他相关射频服务的连接阶段一般测试点包括但不限于：司机室控制触摸屏，司机室监控仪表，司机室开关箱，司机室对讲装置，司机室车门按键，照明设备，客室电气柜，客室摄像头，空调柜等等。8.自兼容测试该测试主要为了验证车辆各个元件进行开关动作（负载较大的元器件），如紧急通风开关，车门开关，照明开关，空调开关，实验中通过观察各个显示屏如车辆信息屏，车辆控制屏，扩音器等来判断上述开关动作是否影响其正常显示，复原后能否正常工作。其测试要求主要参考EN50215:2009《铁路车辆在施工完成和进去前实验投入》。开关动作的频率为该开关控制的单元正常工作后再进行操作关闭，每个开关单位操作3次，每次间隔1min,在车辆静止，负载全开的状态下进行测试。所选择的开关需提前与厂商沟通确定。四.结语随着社会的进步和科技的发展，轨道交通的电磁兼容问题越来越复杂，而整车作为轨道交通的一大主体，其电磁兼容问题更是一个系统问题，需要零部件厂商，整车厂与第三方检测机构通力合作。电磁兼容事业部

手持天线宽带测试方法研究

l 背景（手持天线测试目的）21世纪以来，随着汽车上电子电器设备的日益增多以及各类日常电子产品的普及，汽车所面临的电磁环境日益复杂，使得其电磁兼容问题凸显。其中，便携式发射机所产生的电磁辐射便是很重要的一类电磁骚扰。便携式发射机(如手机)由于其普遍性和移动性，经常会在汽车内使用或者汽车行驶经过此类设备附近。这些便携式发射机产生的电磁辐射很可能造成车辆的关键电子模块或电器设备失灵甚至误操作。可见,确保便携式发射机与汽车整车的电磁兼容至关重要。l 标准现状与不足国际标准化组织在2012年发布了《ISO11452-9:2012道路车辆.窄带辐射电磁能产生的电气干扰的部件试验方法-第9部分：便携式发射机》，该标准规定了测试乘用车和商用车电子部件便携式发射器电磁抗扰度的试验方法和程序（该测试方法我们俗称“手持天线测试”），而该标准所考虑的电磁干扰仅局限于连续的窄带电磁场。如今无线通讯的带宽已经逐渐的从窄带变成了宽带，例如：LTE和和WiMAX:IEEE802.16使用20MHz的带宽，而WiFi：IEEE802.11使用高达140MHz带宽。所以基于手持天线窄带测试的基础上提出了宽带的测试方法。图1——无线通讯发展趋势 l 宽带手持天线测试方法基于宽带手持天线测试方法，首先需要一个模拟手机信号的宽频天线，故推出了新型的宽频套筒天线，它与普通的偶极子天线相比，它的辐射单元的设计具有宽频带、良好的场均匀性等特点。它另一个优点是频率范围覆盖广，可覆盖频率范围：700MHz~6GHz，而相比于现阶段使用的宽频天线（例如测试频段360MHz~3.2GHz使用的420NJ+SBA9113以及测试频段3GHz~6GHz使用的420NJ+SBA9113天线），新型宽频套筒天线的形状更加贴近于手机（见图2），能够更好的模拟样品暴露的手机产生的辐射中的状态，并且在700MHz~6GHz的VSWR性能上更优于目前使用的宽频天线，见图3。并且该天线在1W的净功率输入的时候，在50mm处的场强可达150dBuV/m（约等于32V/m）。 注： 1. 辐射原件 2. 地 3. PCB 4. 半刚性电缆 5. SMA接头 6. 绝缘盒 宽频手持天线与Iphone8p对比 图2——新型宽频套筒天线 图3——新型宽频套筒天线VSWR性能 图4——距A、B和C标记点50mm距离处1W净功率输入的最大场强（dBμV/m） 其次是宽频信号发生器，市面上比较常见的受限带宽的的宽带信号发生器，利用白噪声源（例如半导体二极管中的散粒噪声）产生的真正的随机噪声源被上传到任意波形发生器（AWG）存储器中的随机数序列所代替。为了更容易实现带通滤波器，需要对样本序列进行预处理。因此，在AWG输出端必须通过一个抗混叠滤波器（见图5）。图5——任意波形发生器产生带限宽带信号的原理 利用以上方式发出了1885~2025MHz，模拟带宽140MHz的信号，图6，显示了使用测量接收机（AV检波器、120kHz分辨率带宽、频率步进50kHz）测量的频谱，表明可以实现相关的宽带测试信号。图6——1885~2025MHz，模拟带宽140MHz的信号 最后将配备我们常规的宽频功率放大器、功率计、功率探头，以及使用频谱分析仪监控定向耦合器FWD处测试所需注入的宽频信号，组成手持天线测试系统，如图7所示。图7——宽带手持天线测试系统 经过以上系统配置后，手持天线宽带测试针对暴露在手机辐射中的部件测试，所能达到的测试频段及测试等级如下：表1——手持天线宽带测试频段 名称 频段 （MHz） 试验等级 RMS（W） Bluetooth WLAN(data) WIFI 2400-2500 15 LTE(Mobile Phone) 452-458 7 OFDMA&SCFDMA 698-803 15 807-862 15 880-915 15 1427-1463 15 1625-1661 15 1710-1785 15 1850-2025 15 2300-2400 15 2496-2690 15 3400-3800 15 IEEE 802.11a（5G WIFI） 5150-5350 15 5725-5850 15 l 优势a) 宽频手持天线形状更贴近于手机，能够更好的模拟手机对于车内电子元件的干扰b) 新型的宽频套筒天线频率范围覆盖广，一个天线可以从低频测到高频，可以节省测试时间；c) 新型的宽频套筒天线VSRW性能好，能够在同等功放输出的情况下达到更高的净功率测试等级。

热失控及热扩散试验方法解析

引言5月12日，GB38031《电动汽车用动力蓄电池安全要求》、GB38032《电动客车安全要求》及GB18384《电动汽车安全要求》三项电动汽车强制性标准发布，将于2021年1月1日正式实施，意味着当前在研阶段及将要上市的电动车及其动力电池系统均需按照新标准进行测试。三项强标中的共同之处在于对电动车用动力电池系统安全的关注及要求，锂电池的安全问题主要是由于热失控引发的起火、爆炸等，GB38031及GB18384两项标准中提出的是热扩散试验的方法及要求，而GB38032标准中是热失控试验方法及要求，但热失控和热扩散是两个概念，热失控指的是电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控上升的现象；热扩散指的是电池包或系统内由一个电池单体热失控引发的其余电池单体接连发生热失控的现象。换言之，二者针对的测试对象不同。 热失控试验解析热失控试验的测试对象为电池单体，其目的是为了考核电池单体在极限滥用等情况下是否会发生起火、爆炸。对于电池单体来讲，热失控的主要原因是电池内部发生短路，可以引发热失控的方法有针刺、加热、过充等，但针刺目前存在众多争议，针刺试验结果未出现热失控的电池单体未必是合格的，可能并没有造成内部短路的发生，此时就不能作为热失控试验结果判定的依据了；在新发布的GB38032标准中，热失控的试验方法是采用过充+加热的方式，即采用满充电的电池单体，以1C继续充电12min，接着启动加热装置，加热至热失控或者监测温度达到300℃，停止加热，以这样较为严苛的条件进行考核，观察电池单体是否发生热失控。在试前需要根据样品对加热装置进行选择，加热装置包含加热板、薄膜加热片、加热棒、加热丝等，根据样品的能量选择加热装置的最大加热功率，且加热装置的尺寸规格不能大于被加热面，同时在测试过程中为对更好地分析温升情况，除加热板对侧的温度传感器布置作为监测点外，一般也会监控电池极耳、侧面中心等位置的温升情况。以某一电芯热失控为例，如下图2.1中电芯热失控试验过程中电池电压及各个位置的温度变化，当电芯电压迅速降低至0V时，电芯内可能隔膜发生变形或收缩等，导致内短路，而此时电池表面的温度及温度变化并没有达到热失控的条件，而加热板对立面作为热失控判定的监测点，其温度及温度变化速率全程均未达到热失控条件，电池未起火、爆炸。图2.1 电芯热失控试验 该热失控试验搭建需关注正、负极电压采集线间的绝缘情况，以避免温升高正负极电压采集线的橡胶材料融化或正负极采样线未隔离开等原因，引起电压降或者短路而造成试验失败的情况出现。而温度变化速率作为热失控判定的必要条件之一，温度传感器的精度及稳定也对试验结果有一定的影响，应注意温度传感器的选用。热扩散试验的测试对象为电池包或系统，触发其中某一电池单体产生热失控，进而观察扩散至其他单元的时间，其目的是为了考核当其中一只电池单体热失控发生警报后，热量扩散至相邻单元引发危险之前是否留有5min的乘客逃生的时间。GB38031标准中推荐的触发热失控的方法为针刺和加热两种，如采用其中一种方式触发且未发生热失控，不能直接作为判定通过的依据，需证明采用针刺和加热两种方式进行触发均不会发生热失控。热扩散试验需要对电池包或系统进行改装，触发对象的选择较为关键，在选择被其他电池单体围绕的基础上，可选择靠近BMS的位置，可研究热失控的发生对BMS的影响，造成通讯失效的时间；亦可选择在实际充放电过程中温升最高，最容易发生热失控的位置等；温度采集、电压采集、以及必要的气压采集线束布置，模组改装，壳体密封等环环相扣，保证有效改装，避免改装因素影响热失控的判断。针刺触发考核的是钢针作为导体连接电池单体内部的正极和负极造成短路而可能引发的热失控，因此钢针无法刺破电池包壳体的这种保护不作为此试验的关注点，反而是需提前在针刺位置开孔，如下图3.1，以便于直接针刺单体。 图3.1 电池包针刺点 加热触发则需考虑加热装置的选择，可参考上述电池单体热失控方法介绍，同时也可选择一种块状加热装置来替换其中一个电池单体，直接接触加热触发临近的一个单体。除新国标中的5min逃生时间的考核之外，热扩散试验还可用来研究热失控分别扩散至电池包内其他单元的时间，从而研究相对应的应对方案 。下图3.2及图3.3为某一电池包热扩散试验结果，结合温度变化曲线（图3.2）、电池电压变化曲线（图3.3）以及现场视频，可以清晰地看出不同位置电池发生异常的时间、发生热失控的时间以及冒烟、起火的时间。而触发对象位置的不同，热扩散的结果亦不同，应尽量选择最为严苛或代表性的位置进行。图3.2 热扩散试验电池包内各个位置温度变化曲线 图3.3 热扩散试验电池包内各个电池电压变化曲线 结语 综上，热扩散试验仍有很多注意要点值得我们去进一步研究，本文主要介绍了热失控和热扩散试验方法，主要是参考国家标准以及试验过程中可能产生的影响因素来进行分析。

电动汽车屏蔽电缆屏蔽效能 测试方法的研究

摘要屏蔽电缆的屏蔽效果对于汽车的汽车内的电磁环境起着至关重要的作用。在本文中，使用不同的方法来测量高压屏蔽电缆的屏蔽效能。通过比较不同方法的结果，可以得到不同测试方法的特点。研究表明，不同方法对结果的影响主要与所关注的频率密切相关。 01 引言随着电动汽车的发展，使用了大量的电气电子器件，这使得车内的电磁环境越来越复杂。使用屏蔽电缆可以减少器件的射频电磁发射，并且提高相关器件的电磁抗干扰能力。对于高压器件，如动力电池，电机控制器以及车载充电机，会用到屏蔽电缆进行连接。除此之外，随着电动汽车智能网联化的发展，越来越多的高速数字系统被应用于汽车上，高速数字系统的传输线也使用屏蔽线束。汽车屏蔽线束屏蔽效能的测试方法包括线注入法和三轴法。通常根据电缆的电气长度来定义屏蔽效能，表面转移阻抗反映了电短时的屏蔽效能，屏蔽衰减表示电长时的屏蔽效能。使用线注入法时，可以将注入线附着在被测电缆表面的不同位置，如果电缆的屏蔽层均匀，则在不同位置的测试结果应具有一致性。线注入法可以在远端和近端进行测试，也可以使用匹配电路。除了线注入法以外，三同轴法也可以用作屏蔽效能测试。当使用三同轴法时，可以使用匹配电路，阻尼电阻或终端匹配电阻。这些因素都可能会对试验结果产生影响，在本文中，使用30mm2高压屏蔽电缆来分析这些因素的影响。 02 表面转移阻抗A．线注入法根据IEC62153-4-6采用线路注入方法测试。被测电缆的特性阻抗为12Ω，耦合长度Lc为0.5m，因此截止的上限频率为式中，εr2表示电缆的电介质的介电常数，εr1表示注入线的电介质的介电常数。加号和减号分别对应于近端测试和远端测试。测试样件的近端截止频率约为100MHz，远端的截止频率约为300MHz。测试的布置图如图1所示，四个不同位置注入时的测试结果如图2所示。可以看出，该电缆的屏蔽层的均匀性较好。 图1.测试布置图 图2.四个位置测试结果 当使用近端和远端进行测试时候，得到的测试结果如图3所示，从图中可以看出来，在低频段小于30MHz时，测试曲线基本重合，高频段出现差异。在低频时，该电路为集总元件电路，因此近端和远端方法之间没有区别。然而，在30MHz以上时，需要考虑波传播过程，近端和远端传播距离不同使得注入信号衰减不同，因此造成了测试结果上的差异。图3.远端和近端测试结果比对图4.匹配电路对于结果的影响 当使用匹配电路进行测试时候，得到的测试结果如图4所示，从图中可以看出，带有匹配电路的测试值与没有匹配电路的测试结果相比高一些。随着频率的增加，差异变得越来越明显。这是因为在高频下，需要考虑波传播过程，在没有匹配电路的情况下，更多的能量被反射掉，因此测得的值相对较低。B．三同轴法根据IEC62153-4-3：2013，屏蔽电缆也可以通过三同轴方法进行测量。当样本长度为0.5m时，上限频率约为50MHz。图5.测试布置图 图6. ABC方法对比 方法A使用匹配电路和阻尼电阻，以及终端电阻，方法B使用终端电阻，方法C中未加电阻。图6表明，在低频时，三个曲线重合，高频的值有差异。在高频下，方法C具有比方法B大的值，这是因为缺少终端电阻，在端接点处的能量损耗较小意味着有更多能量进入网络分析仪的端口2。方法A的问题在于，使用不同的电阻会导致电路中出现谐振，因此会有更多能领进入端口2。 03 屏蔽衰减屏蔽衰减是对电长电缆来定义的，根据IEC62153-4-4：2015下限截止频率为式中，εr1代表电缆的电介质的介电常数，εr2代表次级电路的介电常数。0.5m长电缆的截止频率约为600MHz。图7. 屏蔽衰减根据IEC62153-4-4：2015的三同轴方法对屏蔽衰减进行测试。屏蔽衰减值在-70dB附近波动，并且没有随频率变化的趋势。屏蔽层的编织足够紧密，并用铝箔可以使得在高达3GHz的频率下，仍然具有良好的屏蔽效果。 04 结论从以上数据可以得出结论，对于0.5m样品，不同的测试方法在低于30MHz的频率下没有区别，因为在该频率范围整个测试电路为集总参数电路。尽管通常认为在频率高于30MHz且低于截止频率的测试电路在电气上仍然考虑为集总参数电路，但该研究表明波传播的影响却不能忽略。波传播过程解释了不同因素在高频段对于测试结果的影响。

动力电池温度冲击试验解析

国家在近期发布了GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国标并将于明年开始正式实施。这使得厂家对于车用动力电池的安全可靠性考核变得尤为重要。本文所介绍的温度冲击试验，源自于电子电工产品通用环境试验要求，通过对试中的温度变化范围、暴露时间、温度转换时间的严格要求，温度冲击试验逐渐成为军工、核电、航天、船用领域最为常见的加速环境试验项目。随着新能源汽车行业的发展，动力电池的安全可靠性、环境适应性要求越来越高，温度冲击试验往往成为企业对于动力电池可靠性的必要评估手段。试验目的温度冲击试验是为了确定动力电池耐环境温度快速变化的能力，对于新能源汽车而言，虽然实际应用中并不会经常遇到如此快速转换时间的工况，但温度冲击试验是通过一种加速试验来模拟车辆在使用过程中大量的慢温度循环，快速考核出动力电池内各种材料、密封圈及关键零部件的失效程度，有效避免动力电池在使用过程因温度快速变化引发失效而导致的意外事故。试验解析温度冲击试验主要参考ISO 16750-4以及IEC 60068-2-14两份国际标准，比GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中规定的温度冲击试验更为的严酷，转换时间更短，不得大于30s，整个温冲试验周期中包含了低温温度TA、高温温度TB、持续时间t1、高低温转换时间t2、温度恢复时间、温度稳定持续时间和冲击次数，根据产品的不同应用工况确定上述试验参数，来加速考核产品的实际性能。图1 标准规定温冲曲线 图2 实际试验温冲曲线 试验设备主流的温度冲击箱结构主要有提篮式两箱和充气式三箱结构，主要差异在于样品的移动与否，提蓝式结构就是样品跟随提篮在两个温度箱之间移动切换，承受温度应力对样品的冲击，而充气式结构能使样品保持不动，通过蓄冷箱和蓄热箱往样品室充气来实现样品经受温度冲击的效果。对于提篮式结构，常规一立方以内的温冲箱均为上下提篮结构，可有效节约设备占地面积，大型步入式温冲箱则为左右提篮结构，为了满足大承重样品的测试要求。 图3 提蓝式温冲箱结构 图4 温冲试验控制界面图 图5 大型温度冲击箱非标温冲试验箱是针对定制化的客户需求，如三个不同温区间冲击、低温与低温冲击、高温与高温冲击，高温高湿与低温冲击（霜冻试验），使得非标温冲箱在市面上也具有一定的占有率，非标结构的温冲箱由于结构上的优化，其温冲范围甚至可以扩大至250℃～-70℃，满足更多产品种类的测试需求。 图6非标温冲箱关键参数温度冲击试验作为一个加速试验，转换时间和恢复时间两大关键参数起到了至关重要的决定性影响。（1）转换时间：温度冲击箱区别于其他环境试验箱的根本差别在于其机械结构部分，温度冲击箱主要由蓄冷箱、蓄热箱和提篮结构组成，样品在提篮的带动下在蓄冷箱和蓄热箱之间快速转换起到温度冲击的效果，整个冲击过程中需要尽可能的避免样品出现位移，这就需要测试人员在试验初期对样品结构提前进行预估，对可能产生的影响进行判断后对样品进行加固处理，同时移动提篮在满足标准转换时间的情况下，必须要做到缓起和缓停的要求，避免样品在经受温度冲击的同时仍经受额外的机械碰撞的应力影响，导致后期在样品失效分析上难以辨别失效模式。（2）恢复时间：温度冲击试验中另一个典型参数是恢复时间，标准中规定的恢复时间指提篮内空气温度的恢复时间，也可根据客户要求将恢复时间定义为样品恢复时间。对于前者，在测试过程中测试工程师可根据经验设置蓄冷和蓄热温度来使提篮的空气温度恢复时间控制在标准规定的0.1倍暴露时间内或客户要求的恢复时间范围内，而对于后者，仅利用蓄冷蓄热温度并不能有效的使样品快速恢复到目标温度，这就需要测试工程师前期对样品进行预试验，根据样品的发热情况，调整试验预设参数，使样品能够迅速的达到预期温度，起到缩短试验时间的目的。图7 温冲试验样品整体温度采集数据曲线数据采集对于动力电池温度冲击试验，比较复杂的是，在试验过程中对电池产品自身进行数据采集，监控整个温冲试验过程中的温湿度、电压电流、振动位移量级、应力应变数据等，有效记录和储存产品各项性能指标，避免电池产品在试验过程中出现异常情况而产生爆炸的危险，也可通过各项采集数据对样品进行改进和优化处理。另外，整个采集过程需要根据样品的结构特点布置具有代表性的位置，才能采集出具有代表意义的数据，通常应变片会布置在样品的焊缝处、孔位位置、折边位置等应力较大区域，热电偶会布置于电芯、正负极、熔断位置、样品表面等温度波动较大位置，振动传感器会布置在上盖中心点、下盖横梁、螺栓固定位置等具有代表性位置，除了凭试验经验布点外，还可以通过简单的模态仿真确定出可能的应力集中位置进行采集点布置，避免不必要的布点，从而减少试后数据处理的工作量。 图8 试验内箱图9 采集传感器 图10 温冲应力数据曲线失效分析手段电池产品的可靠性失效分析包括电芯、模组、电池包零部件以及所有规格电池包的标准测试需求。温度冲击试验中，试验样品经常会遇到材料变形、焊点开裂、涂覆层龟裂等失效现象，针对上述问题，我们可以在试验初期通过应力仿真和热仿真的手段提前对样品进行分析，找出可能出现的问题点提早进行解决和优化，避免样品整体在温度冲击过程中出现大面积失效的现象，另外，通过试中采集到的各项数据来优化仿真模型，为样品的结构改进积累数据经验，优化电池产品整体结构。对于温度冲击试中出现的局部结构变形或者材料失效，可通过失效分析的手段对失效部位进行无损或切片分析观察其微观结构，找出材料失效原因改进材料性能，优化产品自身结构设计，提升产品可靠性。 图11 具体位置热仿真 图12 X光照射焊点裂纹图篇后语温度冲击专业性很强的环境可靠性测试，仍有很多注意要点有待我们去研究和分析。今后的主要研究方向会从温度冲击试验后样品的失效模式和样品结构的耐温冲性能入手，寻求更优的样品结构和选材。