新能源產(chǎn)品測試中,，冷熱沖擊箱發(fā)揮了什么作用

時間：2024/12/24閱讀：208

上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機,、冷熱沖擊機,、振動試驗機、機械沖擊機,、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，是一家具有研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設備的公司。經(jīng)驗豐富,，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持?，F(xiàn)在我們成為許多品牌的供應商。

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,，新能源產(chǎn)品的質量與可靠性愈發(fā)受到重視,。冷熱沖擊箱作為一種關鍵的測試設備，在新能源產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用,。本文詳細闡述了冷熱沖擊箱的工作原理,、技術參數(shù)，深入分析了其在新能源電池,、光伏組件,、電動汽車零部件等產(chǎn)品測試中的具體作用，包括模擬各種環(huán)境,、檢測材料性能與產(chǎn)品可靠性,、加速老化測試等方面，并探討了冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試中的應用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢,，旨在為新能源產(chǎn)品的高質量發(fā)展提供有力的測試技術支撐,。

介紹

一、引言

新能源產(chǎn)品如鋰離子電池,、光伏電池板,、電動汽車驅動電機等在能源轉型和可持續(xù)發(fā)展中占據(jù)著核心地位。這些產(chǎn)品在實際使用過程中會面臨復雜多變的環(huán)境溫度條件,，從寒冷的極地到炎熱的沙漠地區(qū),，溫度的急劇變化對產(chǎn)品的性能、壽命和安全性提出了嚴峻挑戰(zhàn),。冷熱沖擊箱能夠精確地模擬這種各種溫度變化環(huán)境,，為新能源產(chǎn)品的設計驗證、質量控制和可靠性評估提供了關鍵手段,。

二,、冷熱沖擊箱的工作原理與技術參數(shù)

（一）工作原理

冷熱沖擊箱主要由高溫室、低溫室,、試驗箱工作室,、風門轉換裝置、制冷系統(tǒng),、加熱系統(tǒng),、控制系統(tǒng)等部分組成。其工作過程基于快速的溫度切換機制,。首先,，通過制冷系統(tǒng)將低溫室冷卻到設定的低溫值,，通過加熱系統(tǒng)將高溫室加熱到設定的高溫值。當進行冷熱沖擊測試時,，試驗樣品被放置在工作室中,，通過風門轉換裝置的快速動作，使工作室在極短時間內(nèi)（通常幾秒到幾十秒）與高溫室或低溫室連通,，從而讓樣品經(jīng)歷急劇的溫度上升或下降過程,，如此反復循環(huán)，以模擬實際環(huán)境中的快速溫度變化,。

（二）技術參數(shù)

溫度范圍：一般冷熱沖擊箱的低溫可達到 -60℃甚至更低,，高溫可達 150℃以上，能夠覆蓋新能源產(chǎn)品可能遇到的絕大多數(shù)溫度環(huán)境,。
溫度變化速率：這是衡量冷熱沖擊箱性能的關鍵指標之一,，優(yōu)秀的冷熱沖擊箱溫度變化速率可達每分鐘幾十攝氏度，例如 10℃/min - 30℃/min,，能夠快速實現(xiàn)從高溫到低溫或反之的切換,，有效模擬各種溫度沖擊。
工作室尺寸：根據(jù)不同的測試需求,，工作室有多種尺寸規(guī)格可供選擇,，從較小的幾十升容積用于小型新能源零部件測試，到數(shù)立方米容積可用于較大型的電池模組或光伏組件整板測試,。
均勻性與穩(wěn)定性：要求工作室內(nèi)溫度分布均勻,，在設定溫度下的波動范圍小，一般溫度均勻性可控制在 ±2℃以內(nèi),，溫度穩(wěn)定性在 ±0.5℃ - ±1℃之間,，以確保測試結果的準確性和可靠性。

三,、冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試中的作用

（一）模擬各種環(huán)境條件

新能源產(chǎn)品在不同的地理區(qū)域和應用場景下會遭遇各種溫度環(huán)境,。例如，在北方寒冷地區(qū)冬季電動汽車的電池和電機可能面臨 -30℃甚至更低的低溫,，而在南方炎熱夏季或者電動汽車長時間高速行駛后,，電池和電機又會處于 40℃ - 60℃的高溫環(huán)境。冷熱沖擊箱能夠在實驗室環(huán)境下精確地重現(xiàn)這些各種溫度以及它們之間的快速切換,，使新能源產(chǎn)品在研發(fā)階段就能夠充分暴露在類似實際使用中可能遇到的惡劣溫度條件下,，以便及時發(fā)現(xiàn)設計缺陷和潛在問題，如電池在低溫下的容量衰減,、充放電性能下降,，電機在高溫下的絕緣性能降低、效率降低等問題,，從而為產(chǎn)品的優(yōu)化設計提供依據(jù),。

（二）檢測材料性能與產(chǎn)品可靠性

材料熱脹冷縮適應性：新能源產(chǎn)品通常由多種材料組成,，如電池中的正負極材料、電解液,、隔膜,，以及電動汽車中的金屬外殼、塑料內(nèi)飾,、電子元器件等。這些材料的熱膨脹系數(shù)不同,，在快速的溫度變化過程中會產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮,。冷熱沖擊箱測試可以檢測材料之間的結合是否牢固，是否會因熱脹冷縮應力而出現(xiàn)開裂,、變形,、剝離等問題。例如,，在光伏組件中,，玻璃、封裝材料和電池片之間的界面在冷熱沖擊下可能會出現(xiàn)分層現(xiàn)象,，影響組件的光電轉換效率和長期穩(wěn)定性,。通過冷熱沖擊箱測試，可以篩選出合適的材料組合和封裝工藝,，提高產(chǎn)品的可靠性,。
電氣性能穩(wěn)定性：溫度對新能源產(chǎn)品的電氣性能有著重要影響。對于電池而言,，溫度變化會改變其內(nèi)阻,、開路電壓等參數(shù)，影響電池的充放電效率和能量輸出,。冷熱沖擊箱測試可以監(jiān)測電池在不同溫度沖擊下的電壓,、電流變化曲線，評估電池管理系統(tǒng)（BMS）在各種溫度下對電池的監(jiān)控和保護能力,，如過充,、過放保護是否有效，電量估算是否準確等,。對于電動汽車的電子控制系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng),，冷熱沖擊箱能夠檢驗其在溫度變化時的信號傳輸準確性、電子元件的耐壓性能,、電機的轉速和扭矩穩(wěn)定性等,，確保產(chǎn)品在復雜溫度環(huán)境下的安全可靠運行。

（三）加速老化測試

冷熱沖擊箱的快速溫度循環(huán)特性可以用于加速新能源產(chǎn)品的老化過程,。在實際使用中,，新能源產(chǎn)品可能需要數(shù)年甚至數(shù)十年才能經(jīng)歷足夠多的溫度變化周期來體現(xiàn)其長期性能變化和潛在故障,。而在冷熱沖擊箱中，可以在較短時間內(nèi)（數(shù)天到數(shù)周）通過增加溫度循環(huán)次數(shù)來模擬長時間的老化效果,。例如,，對于鋰離子電池，經(jīng)過多次冷熱沖擊循環(huán)后,，可以觀察到電池容量的逐漸衰減,、內(nèi)阻的逐漸增大以及電池內(nèi)部結構的微觀變化，如電極材料的粉化,、電解液的分解等,。通過對老化過程的研究，可以建立電池壽命預測模型,，為電池的質保政策制定,、回收利用時間節(jié)點確定等提供數(shù)據(jù)支持。同樣,，對于光伏組件,，加速老化測試可以提前評估其在長期戶外使用中的功率衰減情況，為組件的質量保證和性能優(yōu)化提供參考,。

四,、冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試中的應用實例

（一）新能源電池測試

鋰離子電池在冷熱沖擊箱中進行測試時，首先設置溫度范圍從 -40℃到 60℃,，溫度變化速率為 15℃/min,，進行 100 次循環(huán)沖擊。測試結果顯示,，在低溫沖擊下,，電池的放電容量明顯下降，從常溫下的額定容量 90Ah 下降到 -40℃時的 50Ah 左右,，并且充電時間明顯延長,，這表明低溫對電池的電化學活性產(chǎn)生了較大抑制。而在高溫沖擊下,，電池的自放電率增加,，經(jīng)過 60℃高溫沖擊后，電池擱置 24 小時后的自放電量從常溫下的 1% 增加到 5% 左右,，同時電池內(nèi)部壓力也有所升高,，這對電池的安全性提出了挑戰(zhàn)。通過這些測試數(shù)據(jù),，電池制造商可以優(yōu)化電池的電解液配方,、改進電極材料的低溫性能、加強電池的散熱設計和安全防護措施，以提高電池在不同溫度環(huán)境下的性能和可靠性,。
對于鉛酸電池,，冷熱沖擊箱測試可用于評估其極板的抗腐蝕性能和活性物質的穩(wěn)定性。在高溫高濕與低溫交替沖擊下,，極板的腐蝕速率加快,，活性物質容易脫落。通過觀察極板的外觀變化和測試電池的容量保持率,，可以確定鉛酸電池的適宜使用環(huán)境范圍和壽命預期,，為其在新能源儲能系統(tǒng)中的應用提供參考。

（二）光伏組件測試

光伏組件在戶外長期暴露于陽光,、風雨和溫度變化中,。冷熱沖擊箱可模擬白天高溫暴曬（如 80℃）與夜晚低溫（如 -20℃）的快速交替過程。在測試中,，將光伏組件置于冷熱沖擊箱內(nèi)，設置溫度循環(huán)范圍為 -40℃ - 85℃,，循環(huán)次數(shù)為 200 次,。經(jīng)過測試后，通過檢測組件的光電轉換效率,、外觀完整性（如是否有封裝材料開裂,、電池片隱裂等）以及絕緣電阻等參數(shù)來評估組件的性能。結果發(fā)現(xiàn),，部分組件在經(jīng)過冷熱沖擊后,，光電轉換效率下降了 5% - 10%，主要原因是電池片與封裝材料之間的界面出現(xiàn)微小裂紋,，導致光線吸收和電荷傳輸受阻,。此外，一些組件的邊緣密封處出現(xiàn)了輕微的剝離現(xiàn)象,，影響了組件的防潮性能和長期穩(wěn)定性,。這些測試結果有助于光伏組件制造商改進封裝工藝、優(yōu)化材料選擇,，提高光伏組件的耐候性和可靠性,，從而降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的運維成本，提高發(fā)電效益,。

（三）電動汽車零部件測試

電動汽車的驅動電機在冷熱沖擊箱中進行測試時,，設定溫度范圍從 -30℃到 120℃，模擬電機在寒冷冬季啟動和長時間高速行駛后的高溫運行狀態(tài),。測試過程中監(jiān)測電機的扭矩輸出,、轉速穩(wěn)定性、效率以及絕緣電阻等參數(shù)。在低溫沖擊下,，電機的潤滑油粘度增大,，導致啟動扭矩增加，啟動時間延長,，同時電機的效率略有下降,。而在高溫沖擊下，電機繞組的絕緣性能面臨考驗,，當溫度超過一定閾值時,，絕緣電阻下降，容易引發(fā)漏電等安全隱患,。通過冷熱沖擊箱測試,，可以優(yōu)化電機的散熱結構、選擇合適的潤滑油以及改進電機的絕緣材料和工藝,，確保驅動電機在各種溫度條件下的高效,、安全運行。
電動汽車的電子控制單元（ECU）也是冷熱沖擊測試的重點對象,。ECU 包含大量的電子元器件,，對溫度變化較為敏感。在冷熱沖擊箱中,，設置溫度變化范圍為 -40℃ - 85℃,，循環(huán)次數(shù)為 50 次。測試后檢查 EC U 的信號傳輸準確性,、存儲數(shù)據(jù)的完整性以及各電子元件的功能是否正常,。例如，在低溫環(huán)境下,，某些電容的容值可能會發(fā)生變化,，導致電路的時序出現(xiàn)偏差，影響 EC U 對傳感器信號的處理和對執(zhí)行器的控制指令輸出,。通過測試發(fā)現(xiàn)這些潛在問題后,，可以對 EC U 的電路設計進行優(yōu)化，采用寬溫型電子元件或者增加溫度補償電路,，提高 EC U 的環(huán)境適應性和可靠性,。

五、冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

（一）應用現(xiàn)狀

目前,，冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試領域已經(jīng)得到了廣泛的應用,。各大新能源企業(yè)、科研機構和檢測認證機構都配備了不同規(guī)格和性能的冷熱沖擊箱,，用于產(chǎn)品的研發(fā),、質量控制和認證測試。在行業(yè)標準方面，許多新能源產(chǎn)品的相關標準如鋰離子電池標準,、光伏組件標準,、電動汽車零部件標準等都明確規(guī)定了冷熱沖擊測試的方法和要求，這進一步推動了冷熱沖擊箱在行業(yè)內(nèi)的規(guī)范應用,。然而,，在實際應用中，仍然存在一些問題,，如部分企業(yè)對冷熱沖擊箱的操作和維護不夠專業(yè),，導致測試結果的準確性和重復性受到影響；一些小型企業(yè)由于資金和技術限制,，無法購置的冷熱沖擊箱,，只能進行簡單的溫度測試，難以全面評估產(chǎn)品在各種溫度環(huán)境下的性能,。

（二）發(fā)展趨勢

高精度與高可靠性：隨著新能源產(chǎn)品性能要求的不斷提高,，對冷熱沖擊箱的測試精度和可靠性也提出了更高的要求。未來的冷熱沖擊箱將在溫度控制精度,、溫度均勻性,、溫度變化速率的準確性等方面進一步提升，同時降低設備的故障率和維護成本,，確保長期穩(wěn)定運行，為新能源產(chǎn)品測試提供更加精確和可靠的數(shù)據(jù)支持,。
多功能集成化：為了滿足新能源產(chǎn)品復雜的測試需求,，冷熱沖擊箱將朝著多功能集成化的方向發(fā)展。除了基本的冷熱沖擊測試功能外,，可能會集成濕度控制,、光照模擬、振動測試等功能,，實現(xiàn)對新能源產(chǎn)品在多環(huán)境因素耦合作用下的綜合測試,。例如，對于光伏組件,，可以在冷熱沖擊的同時模擬不同的光照強度和濕度條件,，更真實地反映組件在戶外實際使用中的性能變化。
智能化與自動化：借助物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)和人工智能技術,，冷熱沖擊箱將實現(xiàn)智能化和自動化控制。設備可以自動采集測試數(shù)據(jù),、實時分析測試結果,，并根據(jù)預設的算法進行故障診斷和預警。同時，通過與企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)和研發(fā)設計平臺相連接,，實現(xiàn)測試流程的自動化管理和數(shù)據(jù)共享,，提高測試效率和產(chǎn)品研發(fā)速度。例如,，當電池在冷熱沖擊測試中出現(xiàn)異常性能變化時,，系統(tǒng)可以自動分析可能的原因，并推薦相應的改進措施,，為研發(fā)人員提供決策支持,。
節(jié)能環(huán)保：在全球倡導節(jié)能環(huán)保的背景下，冷熱沖擊箱的節(jié)能設計將受到更多關注,。采用新型的制冷技術,、優(yōu)化的隔熱材料和智能的能源管理系統(tǒng)，降低設備的能耗,，減少對環(huán)境的影響,。例如，開發(fā)高效的二氧化碳制冷系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的氟利昂制冷系統(tǒng),，既提高了制冷效率又符合環(huán)保要求,。

結果與討論

冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試中發(fā)揮著極為重要的作用。通過模擬各種環(huán)境,、檢測材料性能與產(chǎn)品可靠性以及加速老化測試等多方面功能,，為新能源產(chǎn)品從研發(fā)到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)提供了有力的技術保障。在當前新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的形勢下,，冷熱沖擊箱的應用現(xiàn)狀良好但仍面臨一些挑戰(zhàn),，其未來發(fā)展趨勢將朝著高精度、多功能集成化,、智能化與自動化以及節(jié)能環(huán)保等方向發(fā)展,。不斷優(yōu)化和完善冷熱沖擊箱的性能與應用，將有助于推動新能源產(chǎn)品質量與可靠性的進一步提升,，促進新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,。

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