新能源產(chǎn)品測試中，冷熱沖擊箱發(fā)揮了什么作用

更新時間：2024-12-25

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上海簡戶儀器設(shè)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(shè)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。現(xiàn)在我們成為許多品牌的供應(yīng)商。

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，新能源產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性愈發(fā)受到重視。冷熱沖擊箱作為一種關(guān)鍵的測試設(shè)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(shù)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(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢，旨在為新能源產(chǎn)品的高質(zhì)量發(fā)展提供有力的測試技術(shù)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(qū)動電機等在能源轉(zhuǎn)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(fù)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(yán)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(shè)計驗證、質(zhì)量控制和可靠性評估提供了關(guān)鍵手段。

二、冷熱沖擊箱的工作原理與技術(shù)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(fēng)門轉(zhuǎn)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(shè)定的低溫值，通過加熱系統(tǒng)將高溫室加熱到設(shè)定的高溫值。當(dāng)進行冷熱沖擊測試時，試驗樣品被放置在工作室中，通過風(fēng)門轉(zhuǎn)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(fù)循環(huán)，以模擬實際環(huán)境中的快速溫度變化。

（二）技術(shù)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(guān)鍵指標(biāo)之一，優(yōu)秀的冷熱沖擊箱溫度變化速率可達每分鐘幾十?dāng)z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(shè)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(jié)果的準(zhǔn)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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(jié)合是否牢固，是否會因熱脹冷縮應(yīng)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(zhuǎn)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(zhǔn)確等。對于電動汽車的電子控制系統(tǒng)和電機驅(qū)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(zhǔn)確性、電子元件的耐壓性能、電機的轉(zhuǎn)速和扭矩穩(wěn)定性等，確保產(chǎn)品在復(fù)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(jié)構(gòu)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(yù)測模型，為電池的質(zhì)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(zhì)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(yīng)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(shè)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(jié)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(xué)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(shè)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(zhì)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(zhì)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(yù)期，為其在新能源儲能系統(tǒng)中的應(yīng)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(fēng)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(shè)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(zhuǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，部分組件在經(jīng)過冷熱沖擊后，光電轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jié)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(qū)動電機在冷熱沖擊箱中進行測試時，設(shè)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(zhuǎn)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(dǎo)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(dāng)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(jié)構(gòu)、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(qū)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(shè)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(zhǔn)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(dǎo)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(shè)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(yīng)性和可靠性。

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

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，冷熱沖擊箱在新能源產(chǎn)品測試領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。各大新能源企業(yè)、科研機構(gòu)和檢測認證機構(gòu)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(zhì)量控制和認證測試。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，許多新能源產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)、光伏組件標(biāo)準(zhǔn)、電動汽車零部件標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用。然而，在實際應(yīng)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?qū)I(yè)，導(dǎo)致測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性受到影響；一些小型企業(yè)由于資金和技術(shù)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(zhǔn)確性等方面進一步提升，同時降低設(shè)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(fù)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(shù)，冷熱沖擊箱將實現(xiàn)智能化和自動化控制。設(shè)備可以自動采集測試數(shù)據(jù)、實時分析測試結(jié)果，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進行故障診斷和預(yù)警。同時，通過與企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)和研發(fā)設(shè)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(dāng)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(yīng)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(dǎo)節(jié)能環(huán)保的背景下，冷熱沖擊箱的節(jié)能設(shè)計將受到更多關(guān)注。采用新型的制冷技術(shù)、優(yōu)化的隔熱材料和智能的能源管理系統(tǒng)，降低設(shè)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(jié)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(shù)保障。在當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的形勢下，冷熱沖擊箱的應(yīng)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(yīng)用，將有助于推動新能源產(chǎn)品質(zhì)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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上海簡戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(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，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設(shè)備。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務(wù)于國內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測機構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、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(shè)備及其相關(guān)服務(wù)。努力開發(fā)半導(dǎo)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(chǎn)品所需的測試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，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。
為適應(yīng)市場快速變化及客戶多樣化的要求，上海簡戶儀器設(shè)備有限公司研發(fā)了性能與可靠性**JianHuTest產(chǎn)品系列.從精密零件到電腦資訊系統(tǒng)及有線無線通訊產(chǎn)業(yè)，均可提供高品質(zhì)的設(shè)備與完善的售后服務(wù)。
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簡戶是集設(shè)計、銷售、研發(fā)、維修服務(wù)等為一體的綜合集團公司，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)之間，都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，提供的環(huán)境設(shè)備。公司創(chuàng)始人從事儀器設(shè)備行業(yè)20余年，經(jīng)驗豐富、資歷雄厚，帶領(lǐng)簡戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來，積極投入電子電工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研單位等行業(yè)所需的產(chǎn)品測試設(shè)備裝置。
簡戶擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售后服務(wù)隊伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，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，目前擁有博士學(xué)位2人，碩士5人，參與環(huán)境試驗箱國家標(biāo)準(zhǔn)起草和發(fā)行。企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學(xué)會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創(chuàng)辦以來，參與3項國家標(biāo)準(zhǔn)起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)、軟著、集成電路)，6次獲得上海科技型中小企業(yè)稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強高校600家)。
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