【实战经验】动力电池行业振动/冲击/挤压等工况安全阈值（判断标准）的进阶理解

       电池包仿真行业内，如随机振动仿真常用材料抗拉强度的1/5或屈服强度的1/3做为安全阈值，李某人参加过多次行业峰会，曾与从电池包行业十几年的仿真专家和高校教授交流过，这个判断标准的依据是什么？出自何处？答案都是判断标准是行业经验，通过大量的实验验证和修正得到，已经找不到出处源头。对此李某人保持怀疑态度，直到开始研究疲劳仿真后，李某人才豁然开朗，从理论上找到了各个工况判断标准的依据。

随机振动

行业内常用标准：材料抗拉强度的1/5、屈服强度的1/3

工况解读：随机振动仿真模拟的是电池包长期服役工况，需满足整车生命周期（10~20年）范围内正常使用

       如上图，假设某一材料抗拉强度为200MPa，屈服强度为120MPa，则材料抗拉强度的1/5和屈服强度的1/3都为40MPa，该应力状态下，材料可承受10^7次拉伸，此时材料具有无限寿命。以此特例说明，其实电池包中使用的大部分材料的抗拉强度的1/5≈屈服强度的1/3，且其应力值都≤10^7对应的应力值。也就是说当随机振动的材料抗拉强度的1/5或屈服强度的1/3时，材料具有无限寿命，能够满足整车生命周期（10~20年）范围内正常使用

       因此，材料抗拉强度的1/5或屈服强度的1/3为安全阈值的判断标准，无论是行业经验，还是理论推理，其核心思想都是使材料能够长期服役，具备“无限寿命”。

机械冲击

行业内常用标准：材料的屈服强度、屈服强度+2%塑性应变、抗拉强度

工况解读：机械冲击仿真是模拟整车行驶过程中遇到的沟坎等偶发瞬时载荷，需满足整车生命周期（10~20年）范围内正常使用

       相比于随机振动的持续性，机械冲击具有偶发性、瞬时性，机械冲击发生后电池包需要继续正常工作。如果机械冲击导致材料发生塑性变形，会改变电池包的机械性能，影响后续使用。因此，严格上讲，机械冲击过程材料所受最大应力不能超过屈服强度，其核心思想是材料需要继续正常工作，必须保持在弹性范围内。

挤压

行业内常用标准：材料的抗拉强度、侵入30%或100kN挤压力时不起火不爆炸

工况解读：挤压仿真模拟整车受到碰撞所受载荷，属于客户滥用工况，只需满足一次性安全防护即可

       相比于随机振动、机械冲击的长期服役要求，挤压只需满足一次性载荷即可。挤压发生后，电池包发生肉眼可见的变形，即使能够电池包还能够正常工作，电池包都会报废处理，以应对不可预测风险。因此，电器件材料允许发生变形，不允许超过抗拉强度，超过抗拉强度会有断裂短路风险；箱体横纵梁等非电器件允许超过抗拉强度，允许发生断裂失效，但不能造成电器件热失控。其核心思想是材料可以变形失效，一次性挤压不发生起火爆炸即可。

       综上所述，无论是什么工况，制定判断标准的核心思想都是根据使用场景，使用寿命确定。因此，同学们只需要以不变应万变，未来有新的标准新的工况，都可以有理有据的制定判断标准，而不再是人云亦云。

       最后，也请同学们记住，判断标准适用一般情况，通过判断标准能规避99%的安全风险就是好标准，就像10^7可以被认为无限寿命一样，规避99%也可以被认为是完美标准，因为没有真正的无限寿命，也没有真正的完美标准。