消费品检测

储能系统作为新型电力系统的核心支撑，其安全性直接取决于锂电池的可靠性。振动与跌落测试是评估储能锂电池在运输、安装及极端工况下抗机械应力能力的关键环节，能有效暴露电池结构缺陷、电极脱落等潜在风险。本文聚焦该两项测试的核心要点，为行业提供专业参考。

振动测试的标准依据

振动测试需遵循储能领域专用标准，其中GB/T 36276-2018《电力储能用锂离子电池模块和系统 安全要求及测试方法》是国内核心标准，明确规定模块级振动测试的频率范围为10-500Hz，加速度0.3g-1.0g，覆盖运输与运行场景。

IEC 62619:2017《Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes-Safety requirements for secondary lithium cells and batteries for use in stationary energy storage applications》则强调三轴向振动（X、Y、Z轴各8小时），模拟电池在系统中的多方向应力。

UL 9540A:2020《Standard for Safety of Energy Storage Systems and Equipment》针对集成式储能系统，要求振动测试结合实际安装环境，比如光伏储能系统需考虑风致振动的叠加效应。

不同标准的差异需根据应用场景选择，例如车载储能系统更侧重IEC 62619的高频振动要求，而固定储能系统可参考GB/T 36276的中低频参数。

振动测试的参数设置

频率范围是振动测试的核心参数之一，需覆盖实际场景的振动谱：运输环节以低频（10-200Hz）为主，模拟卡车、集装箱的振动；使用环节以高频（200-500Hz）为主，模拟风机、光伏逆变器的共振。

加速度需匹配应用场景的应力水平：车载储能系统因道路颠簸，加速度通常设为1.0g；固定储能系统因运输距离短，加速度可设为0.5g；若需模拟极端工况，可提升至1.5g（需提前评估样品耐受性）。

振动方向需覆盖三轴向（X轴：前后，Y轴：左右，Z轴：上下），每个方向的持续时间需等效实际生命周期的累积应力。例如，IEC 62619规定每个方向振动8小时，等效5年的运输振动量。

此外，还需设置扫频方式：线性扫频（从10Hz到500Hz循环）或随机扫频（模拟真实的宽频振动），随机扫频更接近实际场景，但测试设备要求更高。

振动测试的样品准备

样品数量需满足统计显著性要求，至少准备3个全新样品（或3个老化样品，比如循环100次后的电池），避免单一样品的偶然性结果。

样品状态需模拟实际使用情况：全新样品用于评估初始可靠性，老化样品用于评估寿命中后期的抗振动能力。例如，循环100次后的电池，电极材料可能出现轻微脱落，振动测试更易暴露缺陷。

安装方式需与实际一致：使用相同的固定支架、紧固件，扭矩严格按照设计要求（比如M6螺丝扭矩为8N·m），避免因安装松动导致的额外应力。

接线方式需连接真实的BMS（电池管理系统），实时监测电压、电流等参数，确保测试过程中样品的电性能处于可控状态。

振动测试的监测要点

实时监测的电性能参数包括：单体电压（突变超过50mV可能是极耳断裂或极片脱落）、总电压（偏离设计值±2%需警惕）、电流（无负载时电流超过10mA可能是内部短路）、温度（升温速率超过10℃/min需立即停止测试）。

机械变形监测需借助工具：用激光位移传感器测量电池外壳的变形量（允许变形量≤0.5mm，超过则说明外壳强度不足）；用扭矩扳手检查紧固件的松动情况（扭矩损失超过10%需记录）。

测试过程中若出现烟雾、电解液泄漏、外壳破裂等异常，需立即终止测试，拍摄照片并记录失效时间、失效模式（比如“测试12小时后，模块X的单体电压从3.6V降至0V，外壳鼓包5mm”）。

测试结束后，需拆解样品分析内部损伤：比如极耳是否断裂、极片是否脱落、隔膜是否穿孔，这些信息能为设计改进提供直接依据。

跌落测试的标准与分类

跌落测试的常用标准包括：GB/T 2423.8-2018《环境试验 第2部分：试验方法 试验Ed：自由跌落》（通用类）、IEC 62619:2017（储能电池模块跌落）、UL 1642:2017（单体锂离子电池跌落）。

根据测试目的，跌落测试可分为三类：自由跌落（从规定高度落到硬木板上，比如1m高度，GB/T 2423.8）、定向跌落（指定面/棱/角跌落，比如模块的底面、长边棱、角部，IEC 62619）、重复跌落（多次跌落，模拟频繁搬运的冲击）。

不同分类的适用场景不同：自由跌落用于评估整体抗冲击能力，定向跌落用于评估关键部位（如极柱、接口）的强度，重复跌落用于评估疲劳损伤。

例如，储能电池模块的运输环节需做自由跌落测试（1m高度），而安装环节的搬运需做定向跌落测试（底面跌落）。

跌落测试的样品状态要求

样品数量同样需至少3个，以确保结果的可靠性。若需评估老化对跌落性能的影响，可增加3个循环50次后的样品。

充电状态（SOC）需设为50%-100%：满电状态下，电池内部压力较高（约0.1-0.3MPa），跌落时更易出现外壳破裂、电解液泄漏；

50% SOC则模拟日常使用中的状态，更具代表性。

安装状态需模拟实际搬运：若为电池模块，需安装固定件但不固定在测试台上（模拟搬运时掉落的场景）；若为单体电池，直接裸摔（符合UL 1642的要求）。

此外，样品需标记关键部位（如极柱、接口），便于跌落後检查损伤位置。

跌落测试的冲击响应监测

冲击加速度监测：用加速度传感器贴在电池中心位置，测量跌落过程的峰值加速度。例如，1m高度自由跌落至硬木板，峰值加速度约为100g；若跌落至地毯（缓冲材料），峰值加速度会降至50g。

变形监测：用高速相机（帧率≥1000fps）拍摄跌落过程，分析外壳的变形顺序（比如先底面凹陷，再侧面鼓包）、极柱的位移量（允许位移≤1mm）。

电性能变化：跌落前后需测试单体电压、内阻、容量。例如，内阻增加超过20mΩ，可能是极耳与电极的连接松动；容量衰减超过5%，可能是电极结构破坏。

安全性检查：跌落後需检查有无电解液泄漏（用pH试纸测表面液体，若呈碱性则为电解液）、烟雾、起火。用氦气检漏仪检测密封性能（泄漏率≤1×10⁻⁶Pa·m³/s为合格）。

振动与跌落测试的关联性分析

振动测试是“累积疲劳损伤”，跌落测试是“瞬时冲击损伤”，两者共同模拟实际场景的复合应力。例如，运输过程中，电池先经历数小时的振动（累积疲劳），再因搬运失误跌落（瞬时冲击），此时的失效风险远高于单一测试。

振动损伤会降低跌落测试的耐受性：比如振动导致极片轻微脱落，电池内部结构强度下降，跌落时极片更易断裂，引发内部短路。

跌落损伤也会加剧振动测试的失效：比如跌落导致外壳轻微变形，振动时外壳与电极的摩擦增大，可能引发局部过热，进而导致热失控。

因此，在测试序列上，建议先进行振动测试，再进行跌落测试，更接近实际使用场景的应力顺序。

测试后的性能验证

振动或跌落测试后，需对样品进行全面的性能验证：容量测试（用充放电设备测试1C充放电容量，保持率≥80%为合格，符合IEC 62619要求）、循环寿命测试（再循环200次，容量衰减≤10%）、安全测试（穿刺测试：用φ3mm钢针穿刺电池，不冒烟、不起火为合格；挤压测试：用100kN力挤压，不泄漏为合格）。

对于失效样品，需进行解剖分析：用X光机拍摄内部结构，观察极片是否脱落、隔膜是否穿孔、极耳是否断裂；用扫描电镜（SEM）分析电极材料的形貌，比如石墨负极是否出现裂纹。

性能验证的结果需与测试前对比，若差异超过设计阈值，需回溯测试参数或样品设计，例如，若容量保持率仅70%，可能需优化电极的粘结剂配方（比如增加PVDF的比例）。

此外，还需记录所有测试数据（包括监测曲线、照片、解剖报告），形成完整的测试档案，为后续设计改进提供依据。