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1、锂电池封装电池锂电池封装电池(pack)培训资料培训资料 2010-9-7 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案主要内容主要内容1、锂离子电池(新产品)开发进程;2、锂离子电池分类;3、锂离子电池(BATTERY)结构及零部件;4、其他基本问题。封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案1.新产品开发进程新产品开发进程决策与立项评审阶段新产品开发建议书立项评审客供样品测试产品测试,实验初步设计方案产品成本核算,原理图产品外观3D图 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案初步设计评审产品原理图,PCB样品要求书设计输出评审结构件打样装配工程样机产品工艺图纸,产品包装方
2、案结构件图纸,手板模型FMEA设计建立评审塑胶件开模,试模,啤塑线路板,电子元器件打样 塑胶件配色,喷油,丝印,电镀工程样机测试报告结构及电子设计开模试模啤塑打样做样板设计验证评审 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案设计验证评审物料备料生产,送样样板产前确认评审产品规格书检验标准,BOM,物料规格书客户确认生产治具,作业指导书客户确认及产前准备阶段 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案产前确认评审排拉试生产试产总结评审批量生产设计完结评审完善工艺,检验文件市场反馈试 产量 产 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 2.2.锂离子电池分类锂离子电池分类 2.
3、1 2.1 手机锂离子电池通常分为外置电池和内置电池两种;手机锂离子电池通常分为外置电池和内置电池两种;A A、外置电池现今大多采用超声方式来封装组成;、外置电池现今大多采用超声方式来封装组成;B B、内置电池按封装方式多分为超声电池,、内置电池按封装方式多分为超声电池,PVCPVC热收缩膜热收缩膜电池电池,纸包装电池纸包装电池.封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 3 3、锂离子电池结构及其零部件、锂离子电池结构及其零部件 3.1 3.1 锂离子电池结构(主要以超声电池为例)锂离子电池结构(主要以超声电池为例)锂离子电池结构通常由塑胶外壳,保护板,电芯,输出电极,锂离子电池结构通
4、常由塑胶外壳,保护板,电芯,输出电极,连接用碰片,及其它绝缘胶纸,双面胶纸等组成。连接用碰片,及其它绝缘胶纸,双面胶纸等组成。3.1.1 3.1.1 塑胶外壳塑胶外壳 塑胶外壳的作用:是整个电池的支撑骨架;对保护板的定位塑胶外壳的作用:是整个电池的支撑骨架;对保护板的定位及固定;承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工及固定;承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。程塑料注塑成型。外壳由面壳(外壳由面壳(COVER/TOP)COVER/TOP)和底壳和底壳(REAR/BOTTOM)(REAR/BOTTOM)超声组成;超声组成;A.A.壳体常用材料(壳体常用材料(mate
5、rial):material):封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案*ABS:*ABS:全称苯乙烯全称苯乙烯-丁二烯丁二烯-丙烯氰共聚物丙烯氰共聚物 1)1)综合性能好,冲击韧性,力学强度较好;综合性能好,冲击韧性,力学强度较好;2)2)尺寸稳定,耐化学性,电性能良好,尺寸稳定,耐化学性,电性能良好,3)3)易于成型和机械加工;易于成型和机械加工;4)4)价格便宜价格便宜,高的流动性高的流动性;5)5)可做双色成型塑件可做双色成型塑件,表面可镀铬表面可镀铬;此种材料适用于对强度要求不太高的部件此种材料适用于对强度要求不太高的部件,还有就是普遍用还有就是普遍用在要电镀的部件上在要电镀
6、的部件上.有如奇美有如奇美PA-727,PA757,PA761PA-727,PA757,PA761等。等。*ABS+PC:*ABS+PC:1)1)具有具有ABSABS和和PCPC共有的功能,既有共有的功能,既有ABSABS的良好流动性,易的良好流动性,易超声,又具有超声,又具有PCPC高的强度,而且价格适中,适用于大多电高的强度,而且价格适中,适用于大多电池壳采用。较常用池壳采用。较常用GE C1200HF;GE C1200HF;2)2)其中其中PCPC(聚碳酸脂)料(聚碳酸脂)料,有冲击强度好,抗疲劳蠕变和电有冲击强度好,抗疲劳蠕变和电绝缘性较好,耐热性好,耐腐蚀和耐磨性好,无色透明,绝缘性
7、较好,耐热性好,耐腐蚀和耐磨性好,无色透明,着色性好的特点。着色性好的特点。封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案B.B.胶壳厚度胶壳厚度 胶壳体壁厚对部件诸多关键特性影响至关重要,其中包胶壳体壁厚对部件诸多关键特性影响至关重要,其中包括结构强度,外观,成型及成本,设计阶段优化的壳体括结构强度,外观,成型及成本,设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险,修模的成本以及厚度可以降低后续可靠性测试的风险,修模的成本以及成型的困难。成型的困难。外置电池壳体壁厚通常为外置电池壳体壁厚通常为0.81.2mm,0.81.2mm,内置电池壳体壁厚内置电池壳体壁厚通常为通常为0.50.8m
8、m;0.50.8mm;3.1.2 3.1.2 保护板(保护板(PCBPCB)电池保护电路,按照板的材料划分成两种,一种是普通电池保护电路,按照板的材料划分成两种,一种是普通的玻璃纤维板。也称硬板,另一种则是柔性线路板;的玻璃纤维板。也称硬板,另一种则是柔性线路板;*硬板的板基材料是玻璃纤维,其绝缘性,高频电特性硬板的板基材料是玻璃纤维,其绝缘性,高频电特性都很好,但较脆,不能弯曲,常用厚的玻纤板,通常取都很好,但较脆,不能弯曲,常用厚的玻纤板,通常取0.6mm.0.6mm.封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案*柔性线路板柔性线路板 ,它的板基材料是聚脂或聚酰亚胺,其特点,它的板基材
9、料是聚脂或聚酰亚胺,其特点是柔性好,可弯曲成是柔性好,可弯曲成9090安装,其厚度一般为左右,所占安装,其厚度一般为左右,所占体积小,节省空间,但因其成本高(是玻纤板的体积小,节省空间,但因其成本高(是玻纤板的3535倍)倍)而不被广泛使用。而不被广泛使用。目前绝大多数采用的是玻纤板。目前绝大多数采用的是玻纤板。3.1.3 3.1.3 电芯(电芯(CELL)CELL)通常将封装后的成品叫做电池,即通常将封装后的成品叫做电池,即BATTERY,BATTERY,而电芯称做而电芯称做CELLCELL;锂离子电池所用电芯通常有锂离子电芯及锂离子;锂离子电池所用电芯通常有锂离子电芯及锂离子聚合物电芯。因
10、我们邦凯是做电芯的,这一块我就不多讲聚合物电芯。因我们邦凯是做电芯的,这一块我就不多讲了。了。封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 3.1.4 3.1.4 输出电极(输出电极(CONTACT)CONTACT)输出电极通常有三种形式,输出电极通常有三种形式,*第一种是通过在第一种是通过在PCBPCB上镀五金而输出,上镀五金而输出,NOKIANOKIA电池多电池多采用此种形式;采用此种形式;*第二种是通过在第二种是通过在PCBPCB上穿五金极片的形式而输出,此上穿五金极片的形式而输出,此种较常见。种较常见。此五金极片材质通常为磷铜,例如此五金极片材质通常为磷铜,例如C5210C5210
11、,C5119C5119;表面;表面通常镀哑金,镀金前需镀镍处理;必需通过通常镀哑金,镀金前需镀镍处理;必需通过24h24h盐雾测试盐雾测试实验。实验。还有是通过将五金极片穿插在五金支架上,然后焊接在还有是通过将五金极片穿插在五金支架上,然后焊接在PCBPCB上,此种归纳在第二种。上,此种归纳在第二种。*第三种是将五金片与塑胶件注塑成一体,然后焊接第三种是将五金片与塑胶件注塑成一体,然后焊接PCPC B B上而输出。上而输出。3.1.5 3.1.5 连接用碰片连接用碰片 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 碰片多才采用纯镍片,镀镍钢片,普通镍片材料构成,厚碰片多才采用纯镍片,镀镍钢
12、片,普通镍片材料构成,厚度通常为左右,通过其将电芯正极与度通常为左右,通过其将电芯正极与PCBPCB输入正极,电芯输入正极,电芯负极与负极与PCBPCB输入负极分别碰焊而连接起来。输入负极分别碰焊而连接起来。3.1.6 3.1.6 其它辅料其它辅料 如单面绝缘胶纸,双面绝缘胶纸,快巴纸,双面胶,耐高如单面绝缘胶纸,双面绝缘胶纸,快巴纸,双面胶,耐高温绝缘胶纸,温绝缘胶纸,PVCPVC垫片等。垫片等。*单双面绝缘胶纸单双面绝缘胶纸,通常采用牛皮纸通常采用牛皮纸,厚度在左右;厚度在左右;*双面胶厚度通常在或左右双面胶厚度通常在或左右;*红色快巴纸厚度左右;红色快巴纸厚度左右;*耐高温绝缘胶纸厚度通
13、常为;耐高温绝缘胶纸厚度通常为;*PVC*PVC垫片有硬质和软质两种垫片有硬质和软质两种,硬质厚度最小为硬质厚度最小为0.12mm,0.12mm,封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案常见,常见,0.20mm,0.20mm,有白色,黑色等等有白色,黑色等等.4.4.其他基本问题其他基本问题 4.1 4.1 超声焊接超声焊接 超声焊接的基本原理:利用超声机发生器产生频率为超声焊接的基本原理:利用超声机发生器产生频率为20KHz20KHz的高频的高频 振荡波,通过换能器,转变成高频机械振动,作用于工件表面,振荡波,通过换能器,转变成高频机械振动,作用于工件表面,通过工件表面及分子间的内部
14、作用力,使传处到接口处的温度升高,通过工件表面及分子间的内部作用力,使传处到接口处的温度升高,达到工件的熔点瞬间产生微热,使工件微熔在一起。达到工件的熔点瞬间产生微热,使工件微熔在一起。A.*A.*超声焊接是通过在电池面底壳做超声线而作用的,超声焊接是通过在电池面底壳做超声线而作用的,一般可分布于面壳,底壳及面底壳混放;一般可分布于面壳,底壳及面底壳混放;*超声线形状呈等腰三角形,也可呈直角三角形;超声线形状呈等腰三角形,也可呈直角三角形;*超声线高度一般为超声线高度一般为0.30.5mm,0.30.5mm,尽量避免做成一条线,尽量避免做成一条线,而分成间隔及长度均等的小段;而分成间隔及长度均
15、等的小段;封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 B.B.超声焊接易产生以下缺陷,并采用相应的改善方法来避超声焊接易产生以下缺陷,并采用相应的改善方法来避免:免:1 1)外观不平整:)外观不平整:减小焊接压力及焊接时间;面底壳胶料减小焊接压力及焊接时间;面底壳胶料太薄,可增加胶件厚度;面底胶件配合不良,易导致外观太薄,可增加胶件厚度;面底胶件配合不良,易导致外观不良,须改善配合;不良,须改善配合;2 2)溢胶:)溢胶:面底配合为过盈配合,导致超声时溢胶,可改面底配合为过盈配合,导致超声时溢胶,可改善配合;减小焊接压力及焊接时间;胶件材料不配套,改善配合;减小焊接压力及焊接时间;胶件材
16、料不配套,改善材料性能;善材料性能;3 3)超声焊接不牢固:超声线太小,可增加超声线;焊接)超声焊接不牢固:超声线太小,可增加超声线;焊接压力太小且焊接时间太短,可增加焊接压力及时间;超声压力太小且焊接时间太短,可增加焊接压力及时间;超声模焊头下降位置不够,可降低焊头位置;模焊头下降位置不够,可降低焊头位置;4.2 4.2 成品电池各项测试要求(通常)成品电池各项测试要求(通常)封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 试验试验 试验试验 试验方法和技术要求试验方法和技术要求 项目项目 内容内容 目测检查电池表面应清洁,色泽均匀,无目测检查电池表面应清洁,色泽均匀,无 划痕,缩水,裂纹
17、,积漆等;边缘无缺口、划痕,缩水,裂纹,积漆等;边缘无缺口、崩口;五金件平整,镀层均匀,无锈蚀,与崩口;五金件平整,镀层均匀,无锈蚀,与 手机接触良好,不掉电。标签、手机接触良好,不掉电。标签、Logo Logo的图案、文字清晰,无误,位置正确。的图案、文字清晰,无误,位置正确。电池外观电池外观标签符合GB/T 8287-2000中的有关规定 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 尺寸尺寸 符合结构工程师图纸符合结构工程师图纸 电池结构紧密,内部无松动,摇动结果、按压电池结构紧密,内部无松动,摇动结果、按压 结构结构 无异响;超声后,电池盖两端落差无异响;超声后,电池盖两端落差;电
18、池与电池卡扣、手机各组件配合、接触良好,电池与电池卡扣、手机各组件配合、接触良好,不掉电;要求电池与手机后罩壳合缝不掉电;要求电池与手机后罩壳合缝,合缝不均匀合缝不均匀,段差,段差。如果该型。如果该型 号手机配有充电座,电池应与充电座也配合、接号手机配有充电座,电池应与充电座也配合、接 触良好。触良好。材质材质 材质符合要求材质符合要求 报告报告 阻燃测阻燃测 注塑材料阻燃达到注塑材料阻燃达到V-0V-0级或其它级别级或其它级别 试报告试报告尺寸结构配合测试注塑材质 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 镀金镀金 五金端子平整,与手机配合良好,不掉电;五金端子平整,与手机配合良好,
19、不掉电;外观外观 五金件表面不允许涂防锈材料。五金件表面不允许涂防锈材料。镀金厚度要求镀金厚度要求 盐雾盐雾 必须通过必须通过24h24h盐雾实验盐雾实验 实验实验 耐磨耐磨 插拔试验插拔试验30003000次以上次以上,镀金层不露底镀金层不露底 实验实验五金端子镀金厚度 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 用电池测试系统测试。在环境温度用电池测试系统测试。在环境温度202055的条件下,电的条件下,电 池以池以1C5A1C5A充电。当电池电压达到充电限制电压时,改为恒压充电,直充电。当电池电压达到充电限制电压时,改为恒压充电,直 到充电电流小于等于停止充电。搁置小时到充电电流小
20、于等于停止充电。搁置小时1 1小时后,以小时后,以 1C5A 1C5A电流放电到终止电压。最长充电时间不大于电流放电到终止电压。最长充电时间不大于8 8小时,放电时间应不小时,放电时间应不 低于低于5151分钟分钟 用电池测试系统测试。在环境温度用电池测试系统测试。在环境温度202055的条件下,电池以的条件下,电池以 充电。当电池电压达到充电限制电压时,改为恒压充电,直到充电电流充电。当电池电压达到充电限制电压时,改为恒压充电,直到充电电流 小于等于停止充电。搁置小时小于等于停止充电。搁置小时1 1小时后,以电流放电小时后,以电流放电 到终止电压。最长充电时间不大于到终止电压。最长充电时间不
21、大于8 8小时,放电时间应不低于小时,放电时间应不低于5 5小时。小时。内阻内阻 电池内阻值电池内阻值=150m=150m 测试测试常温电性能201C5A放电性能C5A放电性能 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 环境温度环境温度202055,测试,测试1C5A1C5A充放电循环容量。充放电循环容量。要求要求100100次循环后容量不能低于标称容量的次循环后容量不能低于标称容量的90%90%。要求要求300300次循环后容量不能低于标称容量的次循环后容量不能低于标称容量的80%80%。电池以或电池以或1C5A1C5A充电结束后,放入充电结束后,放入555522的高温箱的高温箱 中
22、恒温中恒温2 2小时,然后以小时,然后以1C5A1C5A电流放电到终止电压。试验结电流放电到终止电压。试验结 束后,将电池取出在环境温度束后,将电池取出在环境温度202055的条件下搁置的条件下搁置2 2小时。小时。高温条件下放电时间应不低于高温条件下放电时间应不低于5151分钟,试验后电池外观应无变形、分钟,试验后电池外观应无变形、无爆裂无爆裂 电池以或电池以或1C5A1C5A充电结束后,放入充电结束后,放入-20-2022的低温箱中恒温的低温箱中恒温1616小小 时时2424小时后,以电流放电到终止电压。试验结束后,将电池取小时后,以电流放电到终止电压。试验结束后,将电池取 出在环境温度出
23、在环境温度202055的条件下搁置的条件下搁置2 2小时。低温条件下放电时间小时。低温条件下放电时间 应不低于应不低于3 3小时,试验后电池外观应无变形、无爆裂。小时,试验后电池外观应无变形、无爆裂。循环寿命高低温电性能循环寿命高温放电性能低温放电性能 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 用电池在用电池在2020环境下充电结束后,放入温度环境下充电结束后,放入温度404022、相对湿度为、相对湿度为 90%90%95%95%的恒温恒湿箱中搁置的恒温恒湿箱中搁置4848小时后,将电池取出在环境温度小时后,将电池取出在环境温度 20 2055的条件下搁置的条件下搁置2 2小时。再以小
24、时。再以1C5A1C5A电流放电至终止电压,电流放电至终止电压,目测外观。试验后放电时间应不低于目测外观。试验后放电时间应不低于3636分钟,电池外观应无明显分钟,电池外观应无明显 变形、锈蚀、冒烟或爆炸。变形、锈蚀、冒烟或爆炸。电池在电池在2020环境下充电结束后,将电池直接安装在振动台的台面上,按环境下充电结束后,将电池直接安装在振动台的台面上,按 下面的振动频率和对应的振幅调整好设备,下面的振动频率和对应的振幅调整好设备,X X、Y Y、Z Z三个方向每个方向三个方向每个方向 上从上从10Hz10Hz55Hz55Hz循环扫频振动循环扫频振动3030分钟,扫频速度为分钟,扫频速度为1oct
25、/min1oct/min;振动频;振动频 率:率:10Hz10Hz30Hz30Hz,位移幅值:;振动频率:,位移幅值:;振动频率:30Hz30Hz55Hz55Hz,位移,位移 幅值:。试验结束后用万用表测量电池正负两极的电压,电池幅值:。试验结束后用万用表测量电池正负两极的电压,电池 电压应不低于。目测外观,无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸。电压应不低于。目测外观,无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸。电池在振动试验结束后,将电池平均按电池在振动试验结束后,将电池平均按X X、Y Y、Z Z三个互相垂直轴向直接三个互相垂直轴向直接 或通过夹具坚固在台面上,以脉冲峰值加速度或通过夹具坚固在台面上,以脉冲峰值
26、加速度100m/s2100m/s2,每分钟碰撞次,每分钟碰撞次 数数40408080,脉冲持续时间,脉冲持续时间16ms16ms,碰撞次数碰撞次数100010100010的试验条件进行的试验条件进行 碰撞试验。验结束后用万用表测量电池正负两极的电压,碰撞试验。验结束后用万用表测量电池正负两极的电压,电池电压应不低于。目测外观,无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸。电池电压应不低于。目测外观,无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸。电池碰撞试验结束后,将电池由高度(最低点高度)为电池碰撞试验结束后,将电池由高度(最低点高度)为1000mm1000mm的位置的位置 自由跌落到置于水泥地面上的自由跌落到置于水泥地面上
27、的18mm18mm20mm20mm厚的硬木板上,从厚的硬木板上,从 XYZ XYZ正负正负 每方向自由跌落每方向自由跌落1 1次次 。结束后,将电池以。结束后,将电池以1C5A1C5A电流放电至终止电压。电流放电至终止电压。然后以然后以1C5A1C5A进行充放电循环至放电时间不低于进行充放电循环至放电时间不低于5151分钟,即可终止循环,分钟,即可终止循环,循环次数应不多于3次。环境测试恒定湿热性能振动碰撞自由跌落 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 用恒流恒压源持续给充满电的电池加载用恒流恒压源持续给充满电的电池加载8h8h,恒流恒压源电压设定为,恒流恒压源电压设定为2 2倍倍
28、 标称电压,电流设定为标称电压,电流设定为2C5A2C5A的外接电流,电池应不爆炸、不起火、不的外接电流,电池应不爆炸、不起火、不 冒烟或漏液。冒烟或漏液。电池在环境温度电池在环境温度202055的条件下,以电流放电到终止电压的条件下,以电流放电到终止电压 后,外后,外 接接3030负载放电负载放电24h24h,电池应不爆炸、不起火、不冒烟或漏液。,电池应不爆炸、不起火、不冒烟或漏液。用小电流放电,直到电池无输出电压,然后用电流充电。电用小电流放电,直到电池无输出电压,然后用电流充电。电 池电压能够恢复正常。池电压能够恢复正常。电池充电后,将正负极用电阻器短路电池充电后,将正负极用电阻器短路1
29、h1h,电池应不爆炸、不起,电池应不爆炸、不起 火、不冒烟或漏液;瞬时充电后,电池电压应不小于。火、不冒烟或漏液;瞬时充电后,电池电压应不小于。测试保护电路参数测试保护电路参数 保护电路要求有保护电路要求有2 2级保险丝保护。锂离子电池用级保险丝保护。锂离子电池用8080温度保险丝温度保险丝 (PTCPTC),并且必须贴装在电芯表面;聚合物电池允许将保险丝放置),并且必须贴装在电芯表面;聚合物电池允许将保险丝放置 在保护电路板上在保护电路板上 。电池安全测试过充电保护过放电保护过放电后恢复充电短路保护保护板测试保护电路参数2级保护 封装电池(封装电池(pack)培训教案)培训教案 将电池放置在
30、冲击台上,将将电池放置在冲击台上,将10kg10kg重物自重物自1m1m高度自由落下,冲击已固定高度自由落下,冲击已固定 在夹具中的电池(电池的面积最大的面应与台面垂直),电池允许发在夹具中的电池(电池的面积最大的面应与台面垂直),电池允许发 生变形,但应不起火,不爆炸。生变形,但应不起火,不爆炸。将电池放置于热箱中,温度以(将电池放置于热箱中,温度以(5252)/min/min的速度升至的速度升至15021502并并 保温保温30min30min,电池应不起火,不爆炸。,电池应不起火,不爆炸。本项试验应在拆除电池外保护线路后进行。电池的外部温度不得高于本项试验应在拆除电池外保护线路后进行。电
31、池的外部温度不得高于 150 150。将接有热电偶的电池置于通风橱中,连接正负极于一恒流恒压电源,将接有热电偶的电池置于通风橱中,连接正负极于一恒流恒压电源,调节电流至调节电流至3C5A3C5A、电压为、电压为10V10V,然后对电池以,然后对电池以3C5A3C5A充电,直到电池电充电,直到电池电 压为压为10V10V,电流降到接近,电流降到接近0A0A。试验过程中监视电池温度变化,当电池温。试验过程中监视电池温度变化,当电池温 度下降到比峰值低约度下降到比峰值低约1010时,结束试验,电池应不起火,不爆炸。时,结束试验,电池应不起火,不爆炸。本项试验应在拆除电池外保护线路后进行。本项试验应在拆除电池外保护线路后进行。将接有热电偶的电池置于通风橱中,短路其正负极(线路总电阻不大将接有热电偶的电池置于通风橱中,短路其正负极(线路总电阻不大 于于5050毫欧),试验过程中监视电池温度变化,当电池温度下降到比峰毫欧),试验过程中监视电池温度变化,当电池温度下降到比峰 值低约值低约1010,结束试验,电池应不起火,不爆炸。,结束试验,电池应不起火,不爆炸。电芯安全测试其他重物冲击热冲击过充电短路其他测试