为了建立锂离子电池的失效预测模型，提高电动车用储能设的安全性，有必要对电池模组进行冲击载荷下的机械滥用试验。试验矩阵可由冲击速度、冲击质量、模组受载方向和冲击头形状等多个影响因素组合生成。电池模组在不同加载工况下的变形和损伤模式，以及发生短路和热失控的可能性，均值得深入分析。这里我们以一种电池为例，介绍整个试验与分析过程。

　　试验选用的电池模组内含 8 个软包电池单体，额定电压 7.4 V，额定电量 80 Ah，长（X 向）270 mm，宽（Y 向）160 mm，厚（Z 向）73 mm，质量 4.9 kg，其结构如图 1 所示。各块模组在试验前均充电至 SOC。试验在落锤试验机上完成，通过自制的载荷传感器采集冲击载荷，应用非接触测量技术获取电池的变形数据。试验用落锤试验机经过专门针对电池碰撞试验的改造，除加装了防护罩和消防系统外，还增加了专业的烟气过滤排放设，兼顾了安全和环保的要求。

　　图 1 电池模组结构示意图： ( a ) 外形尺寸； ( b ) 内部结构； ( c ) 电极连接方式； ( d ) 在车内排布形式

　　试验矩阵如表 1 所示，各工况示意图如图 2，每种工况下的试验重复两次。高低温冲击试验箱

　　图 2 电池模组冲击试验装置： ( a ) 落锤试验机及烟气过滤和排放系统， ( b ) 电池模组固定方式； ( c ) X 向冲击试验； ( d ) 不同冲击头下的 Y 向冲击试验； ( e ) 不同冲击头下的 Z 向冲击试验

　　图 3 展示了工况 1 至 3 的试验结果，可以看出，试验在三个工况下表现出了相近的规律。在初始阶段，框架结构的初始屈曲导致了载荷曲线上的峰。在接下来的阶段里，载荷曲线在一个较低的范围内波动，这个阶段里框架结构逐渐发生屈曲和破碎，同时电池单体也在以屈曲和折叠的模式变形。当侵入量大于 160 mm 后，载荷曲线显著上升，这时电池单体已经在冲击头作用下被压实。三种工况下均未观察到热失控的发生。高低温冲击试验箱

　　图 3 工况 1 至 3 的试验结果： ( a ) 力电响应的时间曲线， ( b ) 随侵入位移变化的机械响应曲线， ( c ) 工况 1 中电池模组的变形和破裂过程， ( d ) 试验后的电池模组

　　图 4 展示了不同冲击方向下的试验结果。相比其他两种工况，在 Z 向试验中，堆叠起的单体能够对侵入产生更明显的抵挡，单体的变形、挤压和破裂也可以吸收更多的能量。高低温冲击试验箱然而，Z 向试验中却发生了明显的短路和热失控现象。尽管没有物体直接侵入到电池内部，但面外加载的冲击能量使电池单体严重破裂，正负电极穿过破坏的隔膜并发生接触，产生内短路。堆叠在一起的电池单体又无法及时散热，导致起火。

　　图 4 工况 3 至 5 的试验结果： ( a ) 力电响应的时间曲线， ( b ) 随侵入位移变化的机械响应曲线， ( c ) 电池模组在试验中起火冒烟， ( d ) 试验后的电池模组

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