Care sunt principiile și metodele de testare de bază pentru bateriile de alimentare?
Principii de bază și metode de testare a bateriilor de putere
Proprietățile electrochimice de bază ale surselor de energie chimică includ capacitatea, tensiunea, rezistența internă, auto-descărcare, performanța de stocare, performanța la temperatură înaltă și scăzută etc. Ca o sursă de energie chimică secundară tipică, bateriile de alimentare includ și performanța de încărcare și descărcare, performanța ciclului, presiunea internă etc. Prin urmare, conținutul principal de testare a performanței pentru o singură celulă a bateriei includ: testarea performanței de încărcare și descărcare, testarea performanței de încărcare și descărcare, testarea performanței de încărcare și descărcarea, rata de încărcare și testarea performanței scăzute testarea performanței, testarea energiei și a energiei specifice, testarea puterii și a puterii specifice, testarea performanței stocării și a auto--descărcării, testarea duratei de viață, testarea rezistenței interne, testarea presiunii interne și testele de siguranță etc.
Din perspectiva aplicației efective a vehiculului, se efectuează o serie de teste adecvate pentru utilizarea vehiculului cu acumulatorul de putere aplicat vehiculelor electrice ca obiect de testare, cum ar fi: detectarea capacității statice, detectarea capacității dinamice, testul de repaus, testul puterii de pornire, testul capacității de încărcare rapidă, testul de viață ciclului, testul de siguranță, testul vibrațiilor bateriei, detectarea puterii de vârf, testul de descărcare parțială, testul de performanță de descărcare parțială, etc.
(1) Detectarea capacității statice Scopul principal al acestui test este de a determina dacă acumulatorul are suficientă încărcare și energie atunci când vehiculul este în uz efectiv și poate funcționa normal la diferite rate și temperaturi de descărcare predeterminate. Metoda principală de testare este testarea de descărcare lentă în condiții de temperatură constantă, iar descărcarea se oprește atunci când tensiunea acumulatorului de putere scade la o valoare stabilită sau consistența celulelor individuale din pachetul de baterii de putere (diferența de tensiune) atinge o valoare setată.
(2) Detectarea capacității dinamiceÎn timpul funcționării unui vehicul electric, temperatura de funcționare și rata de descărcare a bateriei de putere sunt dinamice. Acest test detectează în principal capacitatea acumulatorului de putere în condiții de descărcare dinamică, care se reflectă în principal în energie și capacitate la diferite temperaturi și rate de descărcare. Metoda principală de testare este de a efectua testarea performanței de descărcare a acumulatorului de putere folosind un profil de curent predeterminat sau un profil de curent colectat efectiv din aplicația vehiculului. Condiția de terminare a testului este ajustată în funcție de condițiile de testare și de caracteristicile bateriei de putere, dar practic urmează standardul de scădere a tensiunii la o anumită valoare. Această metodă poate reflecta mai direct și mai precis nevoile reale de aplicare ale vehiculelor electrice.
(3) Test de repausScopul acestui test este de a detecta pierderea de capacitate a acumulatorului de putere atunci când acesta nu este utilizat pentru o perioadă de timp, care este utilizat pentru a simula situația în care vehiculul electric nu este condus pentru o perioadă de timp și bateria este lăsată în circuit deschis-. Testul de repaus este cunoscut și sub numele de test de auto-descărcare și stocare, care se referă la capacitatea bateriei de a-și menține încărcarea stocată în anumite condiții de mediu atunci când este într-o stare de-circuit deschis.
(4) Test de putere de pornire Deoarece puterea de pornire a unei mașini este relativ mare, pentru a se adapta la pornirea mașinii în diferite condiții de temperatură, testele de putere de pornire sunt efectuate pe acumulatorul de putere la temperatură scăzută ($−18\\text{ grad }$) și temperatură ridicată ($50\\text{℃}$). Acest test, pe lângă faptul că este măsurat la temperatura camerei, este în general setat și cu o valoare SOC pentru a determina capacitatea de descărcare a bateriei în diferite stări de încărcare. Testele comune sunt testele de putere efectuate la $90\\%$, $50\\%$ și $20\\%$ SOC.
(5) Test de capacitate de încărcare rapidăScopul acestui test este de a testa capacitatea de încărcare rapidă a bateriei prin efectuarea de teste de încărcare-înalte pe acumulatorul de putere și de a examina eficiența acestuia, generarea de căldură și impactul asupra altor proprietăți. Pentru încărcare rapidă, standardul USABC urmărește ca SOC-ul bateriei să se recupereze de la $40\\%$ la $80\\%$ în termen de $15\\text{min}$. În prezent, standardul stabilit de asociația CHAdeMO din Japonia impune ca încărcarea acumulatorului vehiculului electric pentru aproximativ 10$\\text{min}$ poate garanta că vehiculul călătorește 50$\\text{km}$; Încărcarea cu mai mult de 30 USD\\text{min}$ poate garanta că vehiculul călătorește cu 100 USD\\text{km}$.
(6) Testul de viață cicluluiDurata de viață a bateriei afectează direct viabilitatea economică a utilizării bateriei. Când capacitatea reală a bateriei este mai mică de $80\\%$ din capacitatea inițială sau capacitatea nominală, se consideră că bateria de putere a ajuns la sfârșitul duratei de viață. Principala metodă folosită în acest test este de a efectua cicluri de încărcare și descărcare în anumite condiții, folosind numărul de cicluri ca indice al duratei sale. Deoarece perioada de testare pentru durata de viață a bateriei este relativ lungă, testul durează în general câteva luni sau chiar un an. Prin urmare, în funcționarea practică, metodele de determinare a numărului de cicluri de testare, măsurarea degradării capacității și apoi efectuarea extrapolării liniare pe baza acestor date sunt adesea folosite pentru testare. În domeniul cercetării, pentru a scurta durata de testare a duratei de viață a bateriei, se efectuează și studii privind accelerarea îmbătrânirii bateriilor prin creșterea temperaturii de testare și a ratelor de încărcare/descărcare pentru a testa durata de viață a bateriilor de putere și a pachetelor de baterii de putere.
(7) Test de siguranțăPerformanța de siguranță a bateriei se referă la evaluarea potențialelor daune aduse persoanelor și echipamentelor care pot fi cauzate de depozitarea și utilizarea bateriilor de stocare. Mai ales atunci când bateria este abuzată, aportul specific de energie face ca materialele constitutive interne ale bateriei să sufere reacții fizice sau chimice care generează o cantitate mare de căldură. Dacă căldura nu poate fi disipată la timp, aceasta poate duce la evadarea termică a bateriei. Evadarea termică poate cauza bombarea bateriei, generarea de gaze inflamabile, ruperea, crăparea și poate fi însoțită de incendiu, provocând accidente de siguranță. Printre multe surse de energie chimică, siguranța bateriilor cu litiu-ion este deosebit de importantă. Elementele comune de testare a siguranței pentru bateriile de putere sunt prezentate în Tabelul 6-1.
Tabelul 6-1 Elemente comune de testare a siguranței pentru bateriile de putere
| Categorie | Principalele metode de testare |
| Test de performanță electrică | Supraîncărcare, supra-descărcare, scurtcircuit extern, descărcare la cald etc. |
| Test mecanic | Cădere liberă, impact, extrudare, vibrație, extrudare etc. |
| Test termic | Arsură, termoviziune, șoc termic, fluctuație de temperatură etc. |
| Test de mediu | Simulare vid, imersie, umiditate etc. |
(8) Test de vibrație a baterieiScopul acestui test este de a detecta impactul vibrațiilor și șocurilor frecvente cauzate de drumuri asupra performanței și duratei de viață a bateriilor de putere și a pachetelor de baterii de putere. Testul de vibrație a bateriei examinează în principal durabilitatea la vibrații a bateriei de alimentare (pachet) și o folosește ca bază pentru a ghida îmbunătățirea designului structural a bateriei de alimentare (pachet). Există două tipuri de vibrații în testarea vibrațiilor: vibrație sinusoidală sau vibrație aleatorie. Deoarece bateriile de putere sunt utilizate în principal în vehicule, vibrațiile aleatorii sunt în general adoptate pentru a simula mai bine condițiile reale de funcționare ale bateriei.
Cele de mai sus sunt doar câteva cerințe generale pentru testarea bateriilor de putere (pachete). Parametrii și cerințele specifice testului vor varia în funcție de tipul de baterie de putere. Tabelul 6-2 prezintă cerințele de performanță de siguranță și metodele de testare pentru pachetele și sistemele de baterii litiu-ion utilizate în vehiculele electrice.
Tabelul 6-2 Cerințe de performanță de siguranță și metode de testare pentru pachetele și sistemele de baterii litiu-ion din vehiculele electrice
| Articol | Categorie | Metoda de testare | Cerințe de siguranță |
| Teste comune de siguranță (Tabelul 6-1) | Test de performanță electrică | Supraîncărcare, supra-descărcare, scurtcircuit extern, descărcare la cald etc. | N/A |
| Test mecanic | Cădere liberă, impact, extrudare, vibrație, extrudare etc. | N/A | |
| Test termic | Arsură, termoviziune, șoc termic, fluctuație de temperatură etc. | N/A | |
| Test de mediu | Simulare vid, imersie, umiditate etc. | N/A | |
| Siguranța bateriei EV Li-Ion (Tabelul 6-2) | Vibrație | 1. Obiect de testare: pachet de baterii sau sistem. 1. Consultați cerințele de montare a vehiculului și GB/T 2423.43-2008, instalați pe masa de vibrații. Testați în 3 direcții ($Y \\to X \\to Z$). Procedura se referă la GB/T 2423.56-2018. 2. Pentru instalațiile cu corpul inferior, parametrii de testare conform 7.1.1.2 în GB/T 31467.3-2015. 3. Timpul de testare este de $2\\text{h}$ pe direcție (poate fi redus la $0,5\\text{h}$). $2\\text{h}$ observare permisă în timpul sau după $30\\text{min}$. 4. Monitorizați starea minimă a unității de monitorizare (tensiune, rezistență, temperatură). 5. Observați $2\\text{h}$ în timpul testului. 6.Pentru dispozitive electronice:i. Montat frontal-: test conform 7.1.1.2.1 în GB/T 31467.3-2015. Alte locații: Test conform GB/T 28046.3-2011. $2\\text{h}$ în direcții diferite ale axei $Z$. Obiecte laterale: modul de excitare condus. ii. Funcționează în modul de 3,2 USD per GB/T 28046.1-2011. | Pachetul de baterii sau sistemul trebuie: să nu aibă o scădere a tensiunii în unitatea minimă de monitorizare ($< 0.5\text{V}$), remain intact, structure sound, no leakage, no rupture, fire, or explosion. Insulation resistance $\ge 100\text{Ω}/\text{V}$ within $30\text{min}$ after test. Electronic devices: Reliable connection, structure sound, no disconnection. Post-test parameters meet Table 1 in GB/T 31467.3-2015. |
| Soc mecanic | 1. Obiect de testare: pachet de baterii sau sistem. 2. Consultați 7.2 Soc $25\\text{g}\\text{{-}15\\text{ms}$ jumatate{-impuls sinusoidal în GB/T 31467.3-2015, $3$ șocuri în direcția axei $Y$, observați 2\\text{h}$. | Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Picătură | 1. Obiect de testare: Pachet de baterii sau sistem. 2. Caderea de la $1\\text{m}$ pe teren dur în direcția cea mai probabilă de cădere (altfel cea mai stabilă direcție de cădere posibilă, testul axei $X$-), observați $2\\text{h}$. | Fără blocare a curentului de descărcare, supratensiune sau scurgere, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Rostogoli | 1. Obiect de testare: acumulator sau sistem. 2. Consultați 7.3.2 în GB/T 31467.3-2015: $90\\text{℃}$ înclinare pentru $6\\text{h}$, apoi $90\\text{℃}$ trepte, țineți apăsat $1\\text{grade }$ rotație\\text{h60}$, oprit fiecare Observați $2\\text{h}$. 3. Rotiți $360\\text{ grad }$ în jurul axei $X$-la $6\\text{ grad }/\\text{s}$, apoi incremente de $90\\text{ grad }$, țineți apăsat $1\\text{h}$ fiecare, $360}\\text{gradul oprit. Observați $2\\text{h}$. 4. Rotiți $360\\text{ grad }$ în jurul axei $Y$ la $6\\text{ grad }/\\text{s}$, apoi trepte de $90\\text{ grad }$, țineți apăsat $1\\text{h}$ fiecare, $360\\text{ grad }$ rotație oprită. Observați $2\\text{h}$. | Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie, mențineți o conexiune fiabilă. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Gradient maxim | 1. Obiect de testare: acumulator sau sistem. 2. Montat orizontal pe un cărucior. Repetați pulsul specificat în figura 3 din tabelul 7 în SAE J2380 sau GB/T 31467.3-2015 (de-a lungul axei $X$-$5\\text{s}$, de-a lungul axei $Y$-$5\\text{s}$) în direcția orizontală de deplasare\\x. | Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Zdrobi | 1. Test Object: Battery Pack or System. 2. Crush conditions: ① Crushing surface: $12.5\text{mm}$ diameter semi-cylinder, length $>$ latime. ② Direcție: $X$-axa, $Y$-axa. ③ Forță: inițial $200\\text{kN}$ sau opriți la deformare $30\\%$. ④ Observați $1\\text{h}$. ⑤ Țineți apăsat timp de $10\\text{min}$. | Fără scurgeri, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. Fără incendiu sau explozie (pentru al doilea set de cerințe). | |
| Șoc de temperatură | 1. Obiect de testare: acumulator sau sistem. 2. Temperatura alternativă $(-40\\pm2)\\text{ grad }$, durată maximă $30\\text{min}$ la extreme. Păstrați la fiecare extremă pentru cicluri $6\\text{h}$, $5$. Observați $2\\text{h}$ la temperatura camerei. | Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Ciclul de căldură umedă | 1. Obiect de testare: pachet de baterii sau sistem. 2. Consultați GB/T 2423.4-2018 Testare $Db$ cicluri de căldură umedă. Figura 4 din GB/T 31467.3-2015 ($80\\text{℃}$ temperatură maximă), cicluri de $5$. Observați $2\\text{h}$ la temperatura camerei. | Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ în 30$\\text{min}$ după test. | |
| Imersie în apă de mare | 1. Obiect de testare: pachet de baterii sau sistem. 2. Fixat bine cu cablajul conectat, scufundați în soluție de NaCl de $3,5\\%$ (apă de mare) pentru $2\\text{h}$ pe distanța reală de transport. Suspendare prin intermediul unei supape hidraulice. | Fără incendiu sau explozie. | |
| Foc exterior | 1. Obiect de testare: acumulator sau sistem. 2. Consultați 7.10 Incendiu extern în GB/T 31467.3-2015. | Fără incendiu sau explozie. Dacă apare flacără, trebuie să se stingă în termen de $2\\text{min}$ după îndepărtarea sursei de incendiu. | |
| Spray cu sare | 1. Obiect de testare: acumulator sau sistem. 2. Consultați 7.11 Spray cu sare din GB/T 31467.3-2015. | Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. | |
| Altitudine mare | 1. Obiect de testare: pachet de baterii sau sistem. 2. Altitudine $4000\\text{m}$ sau presiune echivalentă, temperatura camerei. 3. Stocat pentru $5\\text{h}$ în mediu de testare pe 7.12.2 din GB/T 31467.3-2015, apoi descărcat la $1\\text{A}$-cut off ($1\\text{A}$)\\text. Observați $2\\text{h}$. | Fără blocare a curentului de descărcare, supratensiune sau scurgere, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Protecție la{0}}supratemperatură | 1. Obiect de testare: Sistemul de baterii. 2. Consultați 7.13 Protecție la supra-temperatura din GB/T 31467.3-2015. | BMS va funcționa. Fără scurgeri de gaz, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Protecție la scurtcircuit | 1. Obiect de testare: Sistemul de baterii. 2. Consultați 7.14 Protecție la scurtcircuit în GB/T 31467.3-2015. | Dispozitivul de protecție trebuie să funcționeze. Fără scurgeri, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Protecție la supraîncărcare | 1. Obiect de testare: Sistemul de baterii. 2. Consultați 7.15 Protecție la supraîncărcare din GB/T 31467.3-2015. | BMS va funcționa. Fără scurgeri de gaz, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. | |
| Protecție peste{0}}descărcare | 1. Obiect de testare: Sistemul de baterii. 2. Consultați 7.16 Protecție la supra-descărcare în GB/T 31467.3-2015. | BMS va funcționa. Fără scurgeri de gaz, ruperea carcasei exterioare, incendiu sau explozie. Rezistența de izolație $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ după test. |
Notă: Tabelul 6-2 se referă în principal la GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 și GB/T 28046.1-2011.
