鋰電池振動測試逐步指南

2025 年 6 月 11 日

潘李博士

湖北大學理學博士，中南大學材料科學與工程博士後。長期從事高性能電極材料、防爆電池、低溫電池等領域的研究，具備紮實的科學研究基礎和豐富的實務經驗。

鋰電池振動測試評估其在運輸或運行過程中承受機械振動的能力。此測試透過識別內部短路或外殼故障等漏洞來確保安全性。符合 UN 38.3 T3 等標準，證明了其可靠性，並保證了其在實際條件下的性能，因此該測試對於工業和消費應用至關重要。

關鍵要點

震動測試檢查鋰電池是否能承受震動和碰撞。這有助於提高電池的安全性和可靠性。
需要合適的工具，例如振動試驗台和電荷測試儀。這些工具能夠提供正確的結果，並符合行業規範。
遵守 UN 38.3 等規定可確保您的電池符合法規要求。這也表示電池堅固耐用且安全可靠。

第一部分：鋰電池振動試驗的準備

1.1 測試設備和工具

要對鋰電池進行可靠的振動測試，您需要專門設計用於模擬真實世界機械應力的設備。

設備的關鍵考慮因素：

精準訊號傳輸：確保振動訊號到達電池樣品而不會扭曲或變形。
多向測試：在三個相互垂直的方向進行測試，以解決不規則的電池形狀。
測試後程序：振動測試後進行放電充電循環以評估電池性能。

測試工作流程：

使用 7 分鐘內從 200Hz 到 15Hz 的正弦掃描模擬運輸振動。
在三個相互垂直的軸上進行 12 小時 3 次掃描。
在測試過程中監測電池電壓、溫度和內阻等參數。

1.2 合規標準及其相關性

符合國際標準可確保鋰電池在運輸和運作過程中的安全性和可靠性。這些標準定義了振動測試的參數，包括頻率範圍、振幅和測試持續時間。

通用標準：

聯合國38.3：重點關注運輸安全。要求在7Hz至200Hz頻率範圍內進行測試，並測量特定的振幅和加速度值。
IEC 62660-2：面向汽車應用。包括高達 2000Hz 的高頻測試和高達 30g 的加速度。
UL 1642：確保消費性電子產品的安全。規定振動測試頻率為10Hz至55Hz，位移幅度為0.8mm。

尖端：遵守這些標準不僅可以確保符合法規要求，還可以增強客戶對產品耐用性和安全性的信任。

1.3 測試設定和預處理

正確的測試設定和預處理對於在振動分析中獲得準確的結果至關重要。請依照以下步驟進行準備：

測試設置：

使用剛性固定裝置將電池固定在振動測試台上，以防止測試過程中移動。
根據所選標準配置振動參數（頻率、振幅和掃描率）。
確保測試環境符合真實條件，包括溫度和濕度。

預處理：

測試前，將電池在室溫下穩定放置至少 24 小時。
將電池完全充電或放電至其標稱狀態以模擬運作條件。
檢查電池是否有任何預先存在的損壞或缺陷。

備註：預處理有助於消除可能影響測試結果的變量，確保振動測試準確反映電池的機械穩定性。

第二部分：進行鋰電池振動測試

2.1 正弦和隨機振動測試

在對鋰電池進行振動測試時，必須在正弦振動測試方法和隨機振動測試方法之間進行選擇。每種方法都有不同的用途，並能提供電池性能的獨特見解。

振動類型	特徵：	應用領域	對電池效能評估的影響
正弦振動	週期性的，可以是固定頻率或掃頻，模擬定速機械。	測試對共振頻率和預定頻率的抵抗力。	可以辨識特定頻率下的結構弱點。
隨機振動	不規則的波形，反映現實世界的情況，以統計方式表達。	更好地模擬運輸和操作振動。	更準確地評估整體的抗震性和耐用性。

正弦振動測試非常適合識別共振頻率並評估特定點的結構完整性。例如，它有助於檢測可能在重複應力下失效的薄弱點。另一方面，隨機振動測試可以更好地複製真實環境條件，例如運輸或工業操作過程中遇到的情況。這種方法可以全面評估電池的耐用性和整體抗振性。

尖端：對於運輸或機器人等應用，電池會面臨不可預測的機械應力，應使用隨機振動測試。對於定速機械，正弦測試可能就足夠了。

2.2 頻率範圍和軸向測試

頻率範圍和軸向測試在振動分析中起著至關重要的作用。數值分析表明，在不同負載條件下，共振頻率和結構響應會有顯著差異。例如，UN 38.3 T3 標準規定，鋰電池必須承受 7 Hz 至 200 Hz 的正弦振動測試，且不得發生故障。此頻率範圍可有效模擬運輸過程中所承受的機械應力。

數值分析有助於識別共振頻率並評估特定負載條件下的結構響應。
UN 38.3 T3標準要求電池模組能夠承受7Hz~200Hz的正弦振動測試而不會發生故障。
SimScale 允許進行虛擬測試，使設計人員能夠在物理測試之前分析潛在的共振行為和結構響應。

軸向測試確保在三個相互垂直的軸（X、Y 和 Z）上評估電池的性能。這種方法考慮到了實際應用中鋰電池的不規則形狀和安裝方向。每個軸都要進行指定時長的測試，通常為三小時，以確保全面評估。

備註：始終根據相關的振動測試標準配置振動測試參數。這確保合規性並為性能評估提供可靠的數據。

2.3 環境條件和測試持續時間

振動測試的環境條件必須根據特定標準和應用場景進行定制，主要涉及兩個參數：溫度和濕度。對於溫度條件，大多數標準預設在室溫（20°C 至 25°C）下進行環境測試。然而，在特殊標準或場景下，可能需要進行高/低溫測試：高溫環境（例如，40°C，用於模擬熱帶地區的極端高溫或設備高負載運行）、低溫環境（例如，-20°C，用於模擬寒冷氣候或低溫儲存）以及溫度循環（振動與溫度變化相結合，例如汽車電池測試）。

關於濕度，大多數標準並未強制要求嚴格的濕度控制，而是強調維持無凝露環境，以防止濕氣導致的性能下降。特殊應用有例外，例如戶外儲能係統，可能需要在高濕度條件（85% RH）下進行測試，以驗證其在潮濕或沿海環境中的可靠性。這些參數確保振動測試能準確反映實際運轉應力，同時確保電池的完整性和安全性。

第 3 部分：解釋結果並確保合規

3.1 評估結構完整性與故障

要解讀振動測試結果，首先要評估鋰電池的結構完整性。您應該仔細檢查電池是否有物理損壞，例如裂縫、洩漏或變形，這些損壞可能會影響電池的安全性和效能。機械測試（包括跌落測試、擠壓測試和振動測試）模擬真實環境，以評估電池的耐用性。這些測試程序可確保電池能夠承受日常搬運、運輸和操作壓力而不會故障。

評估期間需要監測的關鍵面向包括：

外部損傷：檢查外殼是否有裂痕、洩漏或可見的變形。
內部穩定性：檢查是否有內部短路或電極錯位的跡象。
性能指標：測量測試後的電壓、容量保持率和內阻。

尖端：如果發現異常，請進行根本原因分析以找出潛在的設計缺陷或材料弱點。

3.2 驗證是否符合標準

合規性驗證可確保您的鋰電池符合業界安全和效能標準。測試協議概述如下 聯合國38.3 以及 UL 1642 提供評估電池在機械應力下的可靠性的基準。這些標準可協助您確認電池能夠承受運輸和運作條件，且不會造成安全風險。

驗證合規性：

將測試結果與相關標準規定的參數進行比較。
記錄調查結果，包括任何偏差或失敗。
如果電池不符合要求的標準，則採取糾正措施。

備註：遵守這些標準不僅可以確保獲得監管部門的批准，還可以增強客戶對產品品質的信心。

3.3 鋰電池常見振動測試標準

鋰電池的振動測試有多個標準，每項標準都針對特定的應用和行業。以下是一些最廣泛認可的標準的摘要：

標準版	應用類型	關鍵測試參數
聯合國38.3	運輸安全	頻率：7Hz–200Hz；振幅：1.5mm；加速度：15g；持續時間：每軸3小時。
IEC 62660-2	汽車應用	頻率：10Hz–2000Hz；加速：30g；持續時間：每軸8小時。
UL 1642	消費性電子產品安全	頻率：10Hz–55Hz；位移：0.8mm；持續時間：每軸90分鐘。