新能源產品測試中，冷熱沖擊箱發(fā)揮了什么作用

新能源產品測試中，冷熱沖擊箱發(fā)揮了什么作用

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)生產銷售經營各類可靠性環(huán)境試驗設備的公司。經驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持?，F(xiàn)在我們成為許多品牌的供應商。

隨著新能源產業(yè)的迅猛發(fā)展，新能源產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，在新能源產品的研發(fā)與生產過程中發(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，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，旨在為新能源產品的高質量發(fā)展提供有力的測試技術支撐。

一、引言

新能源產品如鋰離子電池、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)展中占據著核心地位。這些產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

（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（通常幾秒到幾十秒）與高溫室或低溫室連通，從而讓樣品經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

1. 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，能夠覆蓋新能源產品可能遇到的絕大多數溫度環(huán)境。

2. 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。

3. 工作室尺寸：根據不同的測試需求，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。

4. 均勻性與穩(wěn)定性：要求工作室內溫度分布均勻，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，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品測試中的作用

（一）模擬各種環(huán)境條件

新能源產品在不同的地理區(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，從而為產品的優(yōu)化設計提供依據。

（二）檢測材料性能與產品可靠性

1. 材料熱脹冷縮適應性：新能源產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、塑料內飾、電子元器件等。這些材料的熱膨脹系數不同，在快速的溫度變化過程中會產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，提高產品的可靠性。

2. 電氣性能穩(wěn)定性：溫度對新能源產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阻、開路電壓等參數，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品的老化過程。在實際使用中，新能源產品可能需要數年甚至數十年才能經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（數天到數周）通過增加溫度循環(huán)次數來模擬長時間的老化效果。例如，對于鋰離子電池，經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、內阻的逐漸增大以及電池內部結構的微觀變化，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)點確定等提供數據支持。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品測試中的應用實例

（一）新能源電池測試

1. 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生了較大抑制。而在高溫沖擊下，電池的自放電率增加，經過 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)。通過這些測試數據，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。

2. 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，設置溫度循環(huán)范圍為 -40℃ - 85℃，循環(huán)次數為 200 次。經過測試后，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來評估組件的性能。結果發(fā)現(xiàn)，部分組件在經過冷熱沖擊后，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

1. 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。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。

2. 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)次數為 50 次。測試后檢查 EC U 的信號傳輸準確性、存儲數據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品測試領域已經得到了廣泛的應用。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，難以全面評估產品在各種溫度環(huán)境下的性能。

（二）發(fā)展趨勢

1. 高精度與高可靠性：隨著新能源產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，為新能源產品測試提供更加精確和可靠的數據支持。

2. 多功能集成化：為了滿足新能源產品復雜的測試需求，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。

3. 智能化與自動化：借助物聯(lián)網、大數據和人工智能技術，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據、實時分析測試結果，并根據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據共享，提高測試效率和產品研發(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。

4. 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。

    冷熱沖擊箱在新能源產品測試中發(fā)揮著極為重要的作用。通過模擬各種環(huán)境、檢測材料性能與產品可靠性以及加速老化測試等多方面功能，為新能源產品從研發(fā)到生產的各個環(huán)節(jié)提供了有力的技術保障。在當前新能源產業(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品質量與可靠性的進一步提升，促進新能源產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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• 上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產銷售鹽霧箱、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，研發(fā)生產銷售經營各類可靠性環(huán)境試驗設備。經驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務于國內外大學和研究所等檢測機構,如清華大學、蘇州大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京工業(yè)大學、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實施室方案和設備及其相關服務。努力開發(fā)半導體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產品所需的測試設備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產和售後隊伍，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點。

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