Jaké jsou základní principy a metody testování napájecích baterií?
Základní principy a metody testování napájecích baterií
Mezi základní elektrochemické vlastnosti chemických zdrojů energie patří kapacita, napětí, vnitřní odpor, samo{0}}vybíjení, skladovací výkon, výkon při vysokých a nízkých teplotách atd. Jako typický sekundární chemický zdroj energie zahrnují napájecí baterie také výkon nabíjení a vybíjení, výkon cyklu, vnitřní tlak atd. Mezi hlavní obsah testování výkonu pro jeden článek napájecí baterie proto patří: testování výkonu nabíjení a vybíjení, testování výkonu vybíjení, testování kapacity a výkonu při vybíjení a specifického výkonu, testování výkonu při vysoké a nízké energii, testování výkonu při vysoké a nízké energii. testování samovybíjení, testování životnosti, testování vnitřního odporu, testování vnitřního tlaku a testování bezpečnosti atd.
Z hlediska skutečného použití ve vozidle se provádí řada testů vhodných pro použití ve vozidle s napájecím akumulátorem aplikovaným na elektrická vozidla jako testovacím objektem, jako jsou: detekce statické kapacity, detekce dynamické kapacity, klidový test, test startovacího výkonu, test schopnosti rychlého nabíjení, test životnosti cyklu, test bezpečnosti, vibrační test baterie, detekce špičkového výkonu, detekce částečného vybití, test maximálního gradientu výkonu, test tepelného výkonu atd.
(1) Detekce statické kapacity Hlavním účelem tohoto testu je zjistit, zda má napájecí baterie dostatečné nabití a energii, když je vozidlo ve skutečném provozu, a může normálně fungovat při různých předem stanovených rychlostech vybíjení a teplotách. Hlavní testovací metodou je pomalé testování vybíjení za podmínek konstantní teploty a vybíjení je ukončeno, když napětí napájecího akumulátoru klesne na nastavenou hodnotu nebo když konzistence jednotlivých článků v napájecím akumulátoru (rozdíl napětí) dosáhne nastavené hodnoty.
(2) Dynamická detekce kapacityBěhem provozu elektrického vozidla jsou provozní teplota a rychlost vybíjení akumulátoru dynamické. Tento test zjišťuje především schopnost napájecího akumulátoru za podmínek dynamického vybíjení, což se odráží především v energii a kapacitě při různých teplotách a rychlostech vybíjení. Hlavní testovací metodou je provést testování vybíjecího výkonu sady napájecích baterií pomocí předem určeného profilu proudu nebo profilu proudu skutečně shromážděného z aplikace vozidla. Koncová podmínka testu je upravena podle testovacích podmínek a charakteristik napájecí baterie, ale v zásadě se řídí standardem poklesu napětí na určitou hodnotu. Tato metoda může příměji a přesněji odrážet skutečné aplikační potřeby elektrických vozidel.
(3) Test kliduÚčelem tohoto testu je odhalit ztrátu kapacity napájecí baterie, když se po určitou dobu nepoužívá, což se používá k simulaci situace, kdy elektrické vozidlo po určitou dobu nejezdí a baterie je ponechána otevřený-obvod. Test klidového stavu je také známý jako test samo{2}}vybíjení a skladování, který se týká schopnosti baterie udržet si své nabití za určitých podmínek prostředí, když je ve stavu otevřeného- okruhu.
(4) Test startovacího napájení Vzhledem k tomu, že startovací výkon automobilu je relativně velký, za účelem přizpůsobení se startování vozu za různých teplotních podmínek, jsou testy startovacího výkonu prováděny na napájecí baterii při nízké teplotě ($-18\\text{ stupeň }$) a vysoké teplotě ($50\\text{ stupeň }$). Tento test, kromě toho, že se měří při pokojové teplotě, je obecně také nastaven na hodnotu SOC, aby se určila vybíjecí schopnost baterie při různých stavech nabití. Běžné testy jsou testy napájení prováděné při $90\\%$, $50\\%$ a $20\\%$ SOC.
(5) Test schopnosti rychlého nabíjeníÚčelem tohoto testu je otestovat schopnost rychlého nabíjení baterie provedením testů vysokorychlostního nabíjení baterie a prozkoumat její účinnost, tvorbu tepla a dopad na další vlastnosti. Pro rychlé nabíjení je cílem standardu USABC, aby se SOC baterie obnovila z $40\\%$ na $80\\%$ během $15\\text{min}$. V současné době standard stanovený japonským sdružením CHAdeMO vyžaduje, aby nabití napájecího akumulátoru elektromobilu za přibližně 10 $\\text{min}$ mohlo zaručit, že vozidlo ujede $50\\text{km}$; nabíjení za více než $30\\text{min}$ může zaručit, že vozidlo ujede $100\\text{km}$.
(6) Test životnosti cykluŽivotnost baterie přímo ovlivňuje ekonomickou životaschopnost používání baterie. Když je skutečná kapacita baterie nižší než $80\\%$ počáteční kapacity nebo jmenovité kapacity, má se za to, že baterie dosáhla konce své životnosti. Hlavní metodou použitou v tomto testu je provádění cyklů nabíjení a vybíjení za určitých podmínek, přičemž počet cyklů se používá jako index jeho životnosti. Vzhledem k tomu, že testovací období pro životnost baterie je relativně dlouhé, test obvykle trvá několik měsíců nebo dokonce rok. V praktickém provozu se proto pro testování často používají metody stanovení počtu zkušebních cyklů, měření degradace kapacity a následně provedení lineární extrapolace na základě těchto dat. V oblasti výzkumu, aby se zkrátila doba testování životnosti napájecí baterie, se také provádějí studie o urychlení stárnutí baterií zvýšením testovací teploty a rychlostí nabíjení/vybíjení, aby se otestovala životnost napájecích baterií a napájecích bateriových sad.
(7) Test bezpečnostiBezpečnost baterií se týká hodnocení potenciálního poškození osob a zařízení, které může být způsobeno skladováním a používáním baterií. Zejména při špatném zacházení s baterií dochází ke specifickému přísunu energie, který způsobuje, že vnitřní materiály baterie procházejí fyzikálními nebo chemickými reakcemi, které generují velké množství tepla. Pokud teplo nemůže být včas odvedeno, může to vést k tepelnému úniku baterie. Tepelný únik může způsobit vyboulení baterie, tvorbu hořlavého plynu, prasknutí, prasknutí a může být doprovázen požárem, což může způsobit bezpečnostní nehody. Mezi mnoha chemickými zdroji energie je bezpečnost lithium-iontových baterií obzvláště důležitá. Běžné položky testování bezpečnosti pro napájecí baterie jsou uvedeny v tabulce 6-1.
Tabulka 6-1 Běžné položky testování bezpečnosti pro napájecí baterie
| Kategorie | Hlavní zkušební metody |
| Test elektrického výkonu | Přebití, nadměrné{0}}vybití, externí zkrat, horký výboj atd. |
| Mechanický test | Volný pád, náraz, extruze, vibrace, extruze atd. |
| Tepelný test | Spálení, tepelné zobrazování, teplotní šok, kolísání teploty atd. |
| Environmentální test | Simulace vakua, ponoření, vlhkosti atd. |
(8) Vibrační test baterieÚčelem tohoto testu je zjistit vliv častých vibrací a otřesů způsobených vozovkou na výkon a životnost napájecích baterií a napájecích bateriových sad. Vibrační test baterie zkoumá hlavně vibrační odolnost napájecí baterie (balíku) a používá ji jako základ pro zlepšení konstrukčního návrhu napájecí baterie (balíku). Při testování vibrací existují dva typy vibrací: sinusové vibrace nebo náhodné vibrace. Vzhledem k tomu, že napájecí baterie se používají hlavně ve vozidlech, je obecně přijato náhodné vibrování, aby se lépe simulovaly skutečné provozní podmínky baterie.
Výše uvedené jsou jen některé obecné požadavky na testování napájecích baterií (baterií). Konkrétní parametry a požadavky testu se budou lišit v závislosti na typu napájecí baterie. Tabulka 6-2 ukazuje požadavky na bezpečnost a testovací metody pro lithium-iontové baterie a systémy používané v elektrických vozidlech.
Tabulka 6-2 Požadavky na bezpečnost a zkušební metody pro sady lithium-iontových baterií a systémy v elektrických vozidlech
| Položka | Kategorie | Testovací metoda | Bezpečnostní požadavky |
| Běžné bezpečnostní testování (tabulka 6-1) | Test elektrického výkonu | Přebití, nadměrné{0}}vybití, externí zkrat, horký výboj atd. | N/A |
| Mechanický test | Volný pád, náraz, extruze, vibrace, extruze atd. | N/A | |
| Tepelný test | Spálení, tepelné zobrazování, teplotní šok, kolísání teploty atd. | N/A | |
| Environmentální test | Simulace vakua, ponoření, vlhkosti atd. | N/A | |
| Bezpečnost lithiové baterie elektromobilu- (tabulka 6-2) | Vibrace | 1. Předmět testu: Baterie nebo systém. 1. Viz požadavky na montáž vozidla a GB/T 2423.43-2008, nainstalujte na vibrační stůl. Test ve 3 směrech ($Y \\to X \\to Z$). Postup se vztahuje na GB/T 2423.56-2018. 2. Pro instalace v dolní části těla, testovací parametry podle 7.1.1.2 v GB/T 31467.3-2015. 3. Doba testu je $2\\text{h}$ na směr (lze snížit na $0.5\\text{h}$). $2\\text{h}$ pozorování povoleno během nebo po $30\\text{min}$. 4. Monitorujte minimální stav monitorovací jednotky (napětí, odpor, teplota). 5. Sledujte $2\\text{h}$ během testu. 6.Pro elektronická zařízení:i. Přední-montáž: Test podle 7.1.1.2.1 v GB/T 31467.3-2015. Další umístění: Test podle GB/T 28046.3-2011. $2\\text{h}$ v různých směrech osy $Z$. Boční objekty: veden režim buzení. ii. Provoz v režimu 3,2 $ za GB/T 28046.1-2011. | Baterie nebo systém musí: Vykazovat žádný pokles napětí v minimální monitorovací jednotce ($< 0.5\text{V}$), 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. |
| Mechanický šok | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Viz 7.2 Výboj $25\\text{g}\\text{-}15\\text{ms}$ poloviční-sinusový puls v GB/T 31467.3-2015, $3$ otřesy ve směru osy $Y$\\texth$, sledujte $2} | Žádný únik, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Pokles | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Pád z $1\\text{m}$ na tvrdou zem v nejpravděpodobnějším směru pádu (jinak nejstabilnější možný směr pádu, test osy $X${3}}), pozorujte $2\\text{h}$. | Žádné blokování vybíjecího proudu, přepětí nebo únik napětí, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Převrácení | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Viz 7.3.2 v GB/T 31467.3-2015: $90\\text{ stupeň }$ naklonění o $6\\text{h}$, poté o $90\\text{ stupeň }$, otočení $1\\text{h}$ zastaveno, každý stupeň $36}$ Sledujte $2\\text{h}${11}} Otočte $360\\text{ stupeň }$ kolem osy $X$- na $6\\text{ stupeň }/\\text{s}$, poté se zvýší o $90\\text{ stupeň }$, každý podržíte $1\\text{h}$, $360\\text se zastaví{ stupeň }$. Pozorujte $2\\text{h}${20}} Otočte $360\\text{ stupeň }$ kolem osy $Y$ na $6\\text{ stupeň }/\\text{s}$, poté se zvýší o $90\\text{ stupeň }$, každý podržíte $1\\text{h}$, otočení $360\\text{ stupeň }$ se zastaví. Sledujte $2\\text{h}$. | Žádné úniky, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch, udržujte spolehlivé spojení. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Maximální gradient | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. namontovaný vodorovně na vozíku. Opakujte pulz specifikovaný na obr. 3 v tabulce 7 v SAE J2380 nebo GB/T 31467.3-2015 (podél osy $X$-$5\\text{s}$, podél osy $Y$-$5\\text{s}$) ve vodorovném směru pohybu ($h$}}$-axis. | Žádný únik, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Rozdrtit | 1. Test Object: Battery Pack or System. 2. Crush conditions: ① Crushing surface: $12.5\text{mm}$ diameter semi-cylinder, length $>$ šířka. ② Směr: osa $X$-, osa $Y$-. ③ Force: Počáteční $200\\text{kN}$ nebo se zastaví na $30\\%$ deformaci. ④ Sledujte $1\\text{h}$. ⑤ Podržte za $10\\text{min}$. | Žádný únik, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. Žádný požár nebo výbuch (pro druhou sadu požadavků). | |
| Teplotní šok | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Střídavá teplota $(-40\\pm2)\\text{ stupeň }$, maximální doba trvání $30\\text{min}$ při extrémech. Udržujte na každém extrému $6\\text{h}$, $5$ cyklů. Sledujte $2\\text{h}$ při pokojové teplotě. | Žádný únik, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Cyklus vlhkého tepla | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Viz GB/T 2423.4-2018 Test $Db$ vlhkých tepelných cyklů. Obrázek 4 v GB/T 31467.3-2015 (80 $\\text{ stupeň }$ maximální teplota), cykly $5$. Sledujte $2\\text{h}$ při pokojové teplotě. | Žádný únik, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ do $30\\text{min}$ po testu. | |
| Ponoření do mořské vody | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Bezpečně připevněný s připojeným postrojem, ponořte do roztoku NaCl 3,5\\%$ (mořská voda) za $2\\text{h}$ na skutečnou přepravní vzdálenost. Zavěšení pomocí hydraulického ventilu. | Žádný požár ani výbuch. | |
| Vnější požár | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Viz 7.10 External Fire v GB/T 31467.3-2015. | Žádný požár ani výbuch. Pokud dojde k plameni, musí uhasit do $2\\text{min}$ po odstranění zdroje ohně. | |
| Solný sprej | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Viz 7.11 Salt Spray v GB/T 31467.3-2015. | Žádný únik, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. | |
| Vysoká nadmořská výška | 1. Testovací objekt: Baterie nebo systém. 2. Nadmořská výška $4000\\text{m}$ nebo ekvivalentní tlak, pokojová teplota. 3. Uloženo za $5\\text{h}$ v testovacím prostředí za 7.12.2 GB/T 31467.3-2015, poté vybito při $1\\$4\\text{C0}$ nebo max. Sledujte $2\\text{h}$. | Žádné blokování vybíjecího proudu, přepětí nebo únik napětí, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Ochrana proti přehřátí- | 1. Testovací objekt: Systém baterie. 2. Viz 7.13 Ochrana proti přehřátí-v GB/T 31467.3-2015. | BMS musí fungovat. Žádný únik plynu, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Ochrana proti zkratu | 1. Testovací objekt: Bateriový systém. 2. Viz 7.14 Ochrana proti zkratu v GB/T 31467.3-2015. | Ochranné zařízení musí fungovat. Žádný únik, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Ochrana proti přebití | 1. Testovací objekt: Systém baterie. 2. Viz 7.15 Ochrana proti přebití v GB/T 31467.3-2015. | BMS musí fungovat. Žádný únik plynu, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. | |
| Ochrana před-vybitím | 1. Testovací objekt: Systém baterie. 2. Viz 7.16 Ochrana před-vybitím v GB/T 31467.3-2015. | BMS musí fungovat. Žádný únik plynu, prasknutí vnějšího pláště, požár nebo výbuch. Izolační odpor $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ po testu. |
Poznámka: Tabulka 6-2 odkazuje především na GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 a GB/T 28046.1-2011.
