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隨著新能源汽車普及,動力電池安全性成為核心關(guān)注點 —— 電池熱失控時會釋放高溫氣體(溫度超 800℃)與爆炸沖擊波(壓力達 0.5MPa),而汽車鋼化玻璃(前擋風、側(cè)窗、電池包蓋板玻璃)作為防護屏障,需承受極限沖擊與高溫而不碎裂飛濺,否則可能引發(fā)二次安全事故。傳統(tǒng)沖擊測試僅能模擬常規(guī)碰撞,無法復(fù)現(xiàn)電池爆炸的復(fù)雜工況。電池隔爆試驗箱通過模擬電池熱失控時的 “高溫 + 高壓 + 沖擊波" 復(fù)合環(huán)境,可精準驗證汽車鋼化玻璃的耐使用性,為玻璃厚度優(yōu)化、防爆涂層選型提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。本文從技術(shù)原理、測試規(guī)范、核心難點及應(yīng)用價值維度,系統(tǒng)解析其在汽車鋼化玻璃測試中的核心技術(shù)。
爆炸模擬腔:采用 304 不銹鋼材質(zhì)(厚度≥20mm),抗壓強度≥1MPa,內(nèi)部噴涂耐高溫陶瓷涂層(耐受 1200℃),確保測試過程中腔體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;腔體內(nèi)壁設(shè)置壓力傳感器(響應(yīng)時間≤1ms)與熱電偶(測量范圍 - 50℃~1300℃),實時采集環(huán)境參數(shù)。
高溫發(fā)生系統(tǒng):通過丙烷 - 氧氣混合燃燒器(或電加熱管)生成高溫氣體,溫度范圍 500℃~1200℃,升溫速率可達 100℃/s,模擬電池熱失控時的瞬時高溫噴射;配備氣體流量閥,精準控制高溫氣體噴射時長(0.5s~5s),貼合實際電池爆炸的高溫持續(xù)時間。
壓力控制系統(tǒng):采用壓縮空氣驅(qū)動的沖擊波發(fā)生器,通過調(diào)整儲氣罐壓力(0.1MPa~1MPa)與釋放閥門開度,生成 0.05MPa~0.8MPa 的沖擊波壓力(與電池爆炸壓力等效),壓力上升時間≤5ms,模擬爆炸時的瞬時沖擊。
碎片發(fā)射模塊:內(nèi)置可更換式碎片倉(裝載直徑 1mm~5mm 的金屬 / 電池碎片),通過沖擊波驅(qū)動碎片以 50m/s~200m/s 的速度撞擊玻璃樣品,模擬電池爆炸時碎片對玻璃的二次沖擊。
技術(shù)指標 | 要求范圍 | 對鋼化玻璃測試的意義 |
沖擊波壓力范圍 | 0.05MPa~0.8MPa(可調(diào)) | 覆蓋不同容量動力電池爆炸壓力(如 100kWh 電池約 0.5MPa) |
高溫范圍 | 500℃~1200℃ | 模擬電池熱失控時高溫氣體噴射溫度 |
碎片沖擊速度 | 50m/s~200m/s | 還原電池碎片飛濺對玻璃的沖擊強度 |
壓力上升時間 | ≤5ms | 模擬爆炸沖擊波的瞬時性,避免玻璃緩沖受力 |
樣品尺寸適配 | 300mm×300mm~1200mm×800mm(可定制) | 適配汽車側(cè)窗(約 500mm×800mm)、電池包蓋板玻璃尺寸 |
數(shù)據(jù)采集頻率 | ≥10kHz | 精準捕捉玻璃破碎瞬間的壓力、溫度變化 |
二、汽車鋼化玻璃耐使用性測試的標準流程
樣品預(yù)處理:選取 3 塊同批次汽車鋼化玻璃(如側(cè)窗玻璃,尺寸 500mm×800mm×5mm),清除表面污漬與保護膜;對玻璃表面進行初始檢測,確保無劃痕、氣泡(劃痕深度≤0.1mm 為合格);在玻璃中心及四角粘貼應(yīng)變片(精度 ±1με),實時監(jiān)測沖擊過程中玻璃的應(yīng)力變化;若測試帶防爆涂層的玻璃,需提前測量涂層厚度(通常 50μm~150μm)并記錄。
設(shè)備校準:測試前用標準壓力傳感器(精度 ±0.005MPa)校準沖擊波壓力,確保實際壓力與設(shè)定值偏差≤±5%;用標準高溫計(精度 ±10℃)校準高溫氣體溫度,偏差控制在 ±20℃以內(nèi);調(diào)整碎片發(fā)射模塊,通過高速攝像機(幀率≥1000fps)驗證碎片速度,確保與設(shè)定值偏差≤±10%。
動態(tài)響應(yīng):通過高速攝像機記錄玻璃破碎過程,分析破碎時間(從沖擊到開裂≤10ms 為正常)、裂紋擴展速度(≤500m/s);
結(jié)構(gòu)性能:沖擊后檢查玻璃是否碎裂(側(cè)窗玻璃需滿足 “破碎不散落" 要求)、是否出現(xiàn)尖銳碎片(邊緣鋒利度≤50μm);
涂層性能:帶防爆涂層的玻璃,需測試涂層與玻璃的附著力(劃格法測試,附著力等級≥4B)、涂層耐高溫后的完整性(無大面積脫落)。
三、測試過程中的核心技術(shù)難點與解決方案
采用 “雙系統(tǒng)同步觸發(fā)" 技術(shù):通過 PLC 控制系統(tǒng)精準控制高溫燃燒器與沖擊波閥門的啟動時間,將時間差控制在≤20ms;配備同步信號發(fā)生器,觸發(fā)高速攝像機、壓力傳感器、熱電偶同時采集數(shù)據(jù),確保多參數(shù)時間軸對齊;
預(yù)混合高溫氣體:在沖擊波發(fā)生器儲氣罐中預(yù)先混入高溫惰性氣體(如氮氣),避免高溫氣體生成與沖擊波釋放的時間延遲,實現(xiàn) “高溫 + 高壓" 瞬時協(xié)同作用。
優(yōu)化碎片發(fā)射結(jié)構(gòu):采用 “多通道碎片倉 + 擴散式噴嘴",將碎片倉分為 3 個獨立通道,噴嘴設(shè)計為 120° 擴散角,確保碎片均勻覆蓋玻璃測試區(qū)域(覆蓋面積≥80%);
動態(tài)調(diào)整發(fā)射角度:通過高速攝像機實時監(jiān)測碎片軌跡,若發(fā)現(xiàn)局部沖擊密集,自動調(diào)整對應(yīng)通道的碎片發(fā)射角度(±5° 范圍內(nèi)),確保沖擊均勻性;
樣品旋轉(zhuǎn)輔助:將玻璃樣品固定在可旋轉(zhuǎn)平臺(轉(zhuǎn)速≤10r/s),沖擊過程中緩慢旋轉(zhuǎn),進一步減少碎片沖擊的區(qū)域偏差。
多重密封防護:腔體門采用 “雙重硅膠密封圈 + 氣動壓緊裝置",確保密封壓力≥0.1MPa,防止高溫氣體泄漏;腔體外側(cè)加裝防護鋼板(厚度≥10mm)與透明防爆玻璃(耐受 1.2MPa 沖擊),阻擋飛濺碎片;
泄壓與降溫設(shè)計:腔體頂部設(shè)置自動泄壓閥(開啟壓力 0.9MPa),避免腔體內(nèi)壓力過高導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞;測試后啟動水冷系統(tǒng)(冷卻速度≥50℃/min),將腔體溫度降至 50℃以下再打開,防止高溫燙傷;
遠程操控系統(tǒng):配備遠程控制臺(距離腔體≥5m),操作人員可通過顯示屏實時監(jiān)控測試過程,遠程啟動 / 停止設(shè)備,避免近距離接觸風險。
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