Wat zijn de basistestprincipes en -methoden voor stroombatterijen?
Basisprincipes en methoden voor het testen van stroombatterijen
De fundamentele elektrochemische eigenschappen van chemische energiebronnen omvatten capaciteit, spanning, interne weerstand, zelf-ontlading, opslagprestaties, prestaties bij hoge en lage temperaturen, enz. Als typische secundaire chemische krachtbron omvatten accu's ook laad- en ontladingsprestaties, cyclusprestaties, interne druk, enz. Daarom omvatten de belangrijkste prestatietestinhouden voor een enkele batterijcel: laad- en ontlaadprestatietests, ontlaadprestatietests, ontladingscapaciteit en snelheidsprestatietests, prestatietests bij hoge en lage temperaturen, energie- en specifieke energietests, kracht- en specifieke vermogenstests, opslagprestaties en zelf-ontladingstests, levensduurtests, interne weerstandstests, interne druktests en veiligheidstests, enz.
Vanuit het perspectief van de daadwerkelijke voertuigtoepassing wordt een reeks tests uitgevoerd die geschikt zijn voor voertuiggebruik met het krachtige accupakket toegepast op elektrische voertuigen als testobject, zoals: detectie van statische capaciteit, detectie van dynamische capaciteit, rusttest, test van startvermogen, test van snellaadvermogen, test van de levensduur van de batterij, veiligheidstest, batterijtrillingstest, detectie van piekvermogen, detectie van gedeeltelijke ontlading, test van maximaal gradiëntvermogen, test van thermische prestaties, enz.
(1) Detectie van statische capaciteit Het belangrijkste doel van deze test is om vast te stellen dat het krachtige accupakket voldoende lading en energie heeft wanneer het voertuig daadwerkelijk wordt gebruikt, en normaal kan werken onder verschillende vooraf bepaalde ontladingssnelheden en temperaturen. De belangrijkste testmethode is het testen van langzame ontlading onder constante temperatuuromstandigheden, en de ontlading wordt beëindigd wanneer de spanning van het batterijpakket naar een ingestelde waarde daalt of de consistentie van de afzonderlijke cellen in het batterijpakket (spanningsverschil) een ingestelde waarde bereikt.
(2) Dynamische capaciteitsdetectieTijdens het gebruik van een elektrisch voertuig zijn de bedrijfstemperatuur en de ontladingssnelheid van de accu dynamisch. Deze test detecteert voornamelijk het vermogen van het krachtige accupakket onder dynamische ontladingsomstandigheden, wat vooral tot uiting komt in de energie en capaciteit bij verschillende temperaturen en ontladingssnelheden. De belangrijkste testmethode is het testen van de ontladingsprestaties van het accupakket met behulp van een vooraf bepaald stroomprofiel of een stroomprofiel dat daadwerkelijk is verzameld uit de toepassing van het voertuig. De beëindigingsconditie van de test wordt aangepast aan de testomstandigheden en de kenmerken van de voedingsbatterij, maar volgt in principe de standaard waarbij de spanning naar een bepaalde waarde daalt. Deze methode kan de daadwerkelijke toepassingsbehoeften van elektrische voertuigen directer en nauwkeuriger weerspiegelen.
(3) RusttestHet doel van deze test is om het capaciteitsverlies van het krachtige accupakket te detecteren wanneer het gedurende een bepaalde periode niet wordt gebruikt. Deze test wordt gebruikt om de situatie te simuleren waarin het elektrische voertuig gedurende een bepaalde periode niet rijdt en de batterij open blijft-. De rusttest wordt ook wel de zelf-ontladings- en opslagprestatietest genoemd, die verwijst naar het vermogen van de batterij om zijn opgeslagen lading te behouden onder bepaalde omgevingsomstandigheden wanneer deze zich in een open- open circuitstatus bevindt.
(4) Test van het startvermogen Omdat het startvermogen van een auto relatief groot is, worden, om zich aan te passen aan het starten van de auto onder verschillende temperatuuromstandigheden, startvermogentests uitgevoerd op het accupakket bij lage temperatuur ($−18\\text{ graad }$) en hoge temperatuur ($50\\text{ graad }$). Deze test wordt niet alleen bij kamertemperatuur gemeten, maar wordt doorgaans ook uitgevoerd met een SOC-waarde om het ontlaadvermogen van de accu bij verschillende laadtoestanden te bepalen. Veel voorkomende tests zijn vermogenstests die worden uitgevoerd bij $90\\%$, $50\\%$ en $20\\%$ SOC.
(5) Test van snellaadvermogenHet doel van deze test is om het snelle oplaadvermogen van de batterij te testen door het uitvoeren van hoge- oplaadtests op de krachtige batterij, en om de efficiëntie, de warmteontwikkeling en de impact ervan op andere eigenschappen te onderzoeken. Voor snel opladen streeft de USABC-standaard ernaar dat de batterij-SOC binnen $15\\text{min}$ herstelt van $40\\%$ naar $80\\%$. Momenteel vereist de norm van de Japanse CHAdeMO-vereniging dat het opladen van de accu van het elektrische voertuig voor ongeveer $10\\text{min}$ kan garanderen dat het voertuig $50\\text{km}$ aflegt; opladen voor meer dan $30\\text{min}$ kan garanderen dat het voertuig $100\\text{km}$ aflegt.
(6) LevensduurtestDe levensduur van de batterij heeft rechtstreeks invloed op de economische levensvatbaarheid van het batterijgebruik. Wanneer de werkelijke capaciteit van de batterij lager is dan $80\\%$ van de initiële capaciteit of nominale capaciteit, wordt aangenomen dat de batterij het einde van zijn levensduur heeft bereikt. De belangrijkste methode die bij deze test wordt gebruikt, is het uitvoeren van laad- en ontlaadcycli onder bepaalde omstandigheden, waarbij het aantal cycli als index van de levensduur wordt gebruikt. Omdat de testperiode voor de levensduur van de batterij relatief lang is, duurt de test doorgaans enkele maanden of zelfs een jaar. Daarom worden in de praktijk vaak methoden gebruikt voor het bepalen van het aantal testcycli, het meten van de capaciteitsverslechtering en het vervolgens uitvoeren van lineaire extrapolatie op basis van deze gegevens. Op onderzoeksgebied worden, om de testtijd van de levensduur van de batterij te verkorten, ook onderzoeken uitgevoerd naar het versnellen van de veroudering van de batterij door de testtemperatuur en de laad-/ontlaadsnelheden te verhogen om de levensduur van de batterij en de batterijpakketten te testen.
(7) VeiligheidstestDe veiligheidsprestaties van batterijen hebben betrekking op de beoordeling van potentiële schade aan mensen en apparatuur die kan worden veroorzaakt door de opslag en het gebruik van accu's. Vooral wanneer de batterij wordt misbruikt, zorgt de specifieke energie-input ervoor dat de interne materialen van de batterij fysische of chemische reacties ondergaan die een grote hoeveelheid warmte genereren. Als de warmte niet op tijd kan worden afgevoerd, kan dit ertoe leiden dat de batterij oververhit raakt. Door thermische overbelasting kan de batterij uitpuilen, brandbaar gas genereren, scheuren, barsten en gepaard gaan met brand, waardoor veiligheidsongevallen ontstaan. Van veel chemische energiebronnen is de veiligheid van lithium-ionbatterijen bijzonder belangrijk. Algemene veiligheidstestitems voor stroombatterijen worden weergegeven in Tabel 6-1.
Tabel 6-1 Algemene veiligheidstestitems voor elektrische accu's
| Categorie | Belangrijkste testmethoden |
| Elektrische prestatietest | Overbelasting, over{0}}ontlading, externe kortsluiting, warme ontlading, enz. |
| Mechanische proef | Vrije val, impact, extrusie, trillingen, extrusie, etc. |
| Thermische test | Branden, thermische beeldvorming, thermische schokken, temperatuurschommelingen, enz. |
| Milieutest | Vacuümsimulatie, onderdompeling, vochtigheid, etc. |
(8) Trillingstest van de batterijHet doel van deze test is het detecteren van de impact van frequente trillingen en schokken veroorzaakt door wegen op de prestaties en levensduur van accu's en accupakketten. De batterijtrillingstest onderzoekt voornamelijk de trillingsduurzaamheid van de stroombatterij (pakket) en gebruikt deze als basis om de structurele ontwerpverbetering van de stroombatterij (pakket) te begeleiden. Er zijn twee soorten trillingen bij trillingstests: sinusoïdale trillingen of willekeurige trillingen. Omdat krachtige accupakketten voornamelijk in voertuigen worden gebruikt, worden over het algemeen willekeurige trillingen toegepast om de werkelijke bedrijfsomstandigheden van de accu beter te simuleren.
Bovenstaande zijn slechts enkele algemene vereisten voor het testen van stroombatterijen (packs). De specifieke parameters en vereisten van de test variëren afhankelijk van het type batterij. Tabel 6-2 toont de veiligheidsprestatie-eisen en testmethoden voor lithium-ionbatterijpakketten en -systemen die worden gebruikt in elektrische voertuigen.
Tabel 6-2 Veiligheidsprestatievereisten en testmethoden voor lithium-ionbatterijpakketten en -systemen in elektrische voertuigen
| Item | Categorie | Testmethode | Veiligheidsvereisten |
| Algemene veiligheidstests (tabel 6-1) | Elektrische prestatietest | Overbelasting, over{0}}ontlading, externe kortsluiting, warme ontlading, enz. | N/A |
| Mechanische proef | Vrije val, impact, extrusie, trillingen, extrusie, etc. | N/A | |
| Thermische test | Branden, thermische beeldvorming, thermische schokken, temperatuurschommelingen, enz. | N/A | |
| Milieutest | Vacuümsimulatie, onderdompeling, vochtigheid, etc. | N/A | |
| Veiligheid van EV Li-ion-batterijen (Tabel 6-2) | Trillingen | 1. Testobject: accu of systeem. 1. Raadpleeg de montagevereisten voor voertuigen en GB/T 2423.43-2008, installatie op triltafel. Test in 3 richtingen ($Y \\naar X \\naar Z$). Procedure heeft betrekking op GB/T 2423.56-2018. 2. Voor installaties op het onderlichaam, testparameters volgens 7.1.1.2 in GB/T 31467.3-2015. 3. De testtijd is $2\\text{h}$ per richting (kan worden teruggebracht tot $0,5\\text{h}$). $2\\text{h}$ observatie toegestaan tijdens of na $30\\text{min}$. 4. Controleer de minimale status van de bewakingseenheid (spanning, weerstand, temperatuur). 5. Observeer $2\\text{h}$ tijdens de test. 6.Voor elektronische apparaten:i. Vooraan-gemonteerd: test volgens 7.1.1.2.1 in GB/T 31467.3-2015. Andere locaties: Test volgens GB/T 28046.3-2011. $2\\text{h}$ in verschillende richtingen van de $Z$-as. Laterale objecten: excitatiemodus uitgevoerd. ii. Werkt in $3,2$-modus per GB/T 28046.1-2011. | Accupack of systeem moet: Geen spanningsverlies hebben in de minimale bewakingseenheid ($< 0.5\text{V}$), 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. |
| Mechanische schok | 1. Testobject: batterij of systeem. 2. Zie 7.2 Schok $25\\text{g}\\text{-}15\\text{ms}$ halve-sinuspuls in GB/T 31467.3-2015, $3$ schokken in de richting van de $Y$-as, observeer $2\\text{h}$. | Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Druppel | 1. Testobject: Batterij of systeem. 2. Val van $1\\text{m}$ op harde grond in de meest waarschijnlijke valrichting (anders de meest stabiele valrichting, $X$-astest), observeer $2\\text{h}$. | Geen ontlaadstroomblokkering, spanningspieken of lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Omrollen | 1. Testobject: batterij of systeem. 2. Zie 7.3.2 in GB/T 31467.3-2015: $90\\text{℃}$ kantelen voor $6\\text{h}$, daarna stappen van $90\\text{℃}$, $1\\text{h}$ elk vasthouden, $360\\text{℃}$ rotatie gestopt. Observeer $2\\text{h}$. 3. Roteer $360\\text{℃}$ rond de $X$--as op $6\\text{℃}/\\text{s}$, en vervolgens met stappen van $90\\text{℃}$, houd $1\\text{h}$ elk vast, $360\\text{℃}$ rotatie gestopt. Observeer $2\\text{h}$. 4. Roteer $360\\text{℃}$ rond de $Y$-as op $6\\text{℃}/\\text{s}$, en vervolgens met stappen van $90\\text{℃}$, houd $1\\text{h}$ elk vast, $360\\text{℃}$ rotatie gestopt. Observeer $2\\text{h}$. | Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie, behoud van een betrouwbare verbinding. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Maximaal verloop | 1. Testobject: batterijpakket of systeem. 2. Horizontaal gemonteerd op een trolley. Herhaal de puls gespecificeerd in figuur 3 van tabel 7 in SAE J2380 of GB/T 31467.3-2015 (langs $X$-as $5\\text{s}$, langs $Y$-as $5\\text{s}$) in de horizontale rijrichting ($Y$-as) voor $2\\text{h}$. | Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Verbrijzeling | 1. Test Object: Battery Pack or System. 2. Crush conditions: ① Crushing surface: $12.5\text{mm}$ diameter semi-cylinder, length $>$ breedte. ② Richting: $X$--as, $Y$--as. ③ Forceren: aanvankelijke $200\\text{kN}$ of stop bij $30\\%$ vervorming. ④ Observeer $1\\text{h}$. ⑤ Houd $10\\text{min}$ vast. | Geen lekkage, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. Geen brand of explosie (voor de tweede reeks eisen). | |
| Temperatuur schok | 1. Testobject: batterij of systeem. 2. Wisselende temperatuur $(-40\\pm2)\\text{ graad }$, max. $30\\text{min}$ duur bij extreme temperaturen. Houd elk uiterste aan gedurende $6\\text{h}$, $5$ cycli. Observeer $2\\text{h}$ bij kamertemperatuur. | Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Vochtige hittecyclus | 1. Testobject: accu of systeem. 2. Raadpleeg GB/T 2423.4-2018 Test $Db$ vochtige hittecycli. Figuur 4 in GB/T 31467.3-2015 ($80\\text{℃}$ max. temperatuur), $5$ cycli. Observeer $2\\text{h}$ bij kamertemperatuur. | Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ binnen $30\\text{min}$ na test. | |
| Onderdompeling in zeewater | 1. Testobject: batterij of systeem. 2. Stevig vastgemaakt met aangesloten harnas, ondergedompeld in $3,5\\%$ NaCl-oplossing (zeewater) voor $2\\text{h}$ over de werkelijke transportafstand. Ophangen via hydraulische klepvorm. | Geen brand of explosie. | |
| Extern vuur | 1. Testobject: accu of systeem. 2. Zie 7.10 Externe brand in GB/T 31467.3-2015. | Geen brand of explosie. Als er vlam ontstaat, moet deze binnen $2\\text{min}$ na verwijdering van de brandbron doven. | |
| Zoutspray | 1. Testobject: accu of systeem. 2. Zie 7.11 Zoutspray in GB/T 31467.3-2015. | Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. | |
| Grote hoogte | 1. Testobject: batterij of systeem. 2. Hoogte $4000\\text{m}$ of equivalente druk, kamertemperatuur. 3. Opgeslagen voor $5\\text{h}$ in testomgeving per 7.12.2 van GB/T 31467.3-2015, vervolgens ontladen bij $1\\text{C}$ (max $400\\text{A}$) of tot de afsluiting. Observeer $2\\text{h}$. | Geen ontlaadstroomblokkering, spanningspieken of lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Bescherming tegen te hoge- temperaturen | 1. Testobject: batterijsysteem. 2. Zie 7.13 Bescherming tegen te hoge- temperaturen in GB/T 31467.3-2015. | BMS zal functioneren. Geen gaslekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Kortsluitbeveiliging | 1. Testobject: batterijsysteem. 2. Zie 7.14 Kortsluitbeveiliging in GB/T 31467.3-2015. | Het beveiligingsapparaat zal functioneren. Geen lekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Bescherming tegen overbelasting | 1. Testobject: batterijsysteem. 2. Zie 7.15 Bescherming tegen overbelasting in GB/T 31467.3-2015. | BMS zal functioneren. Geen gaslekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. | |
| Beveiliging tegen over-ontlading | 1. Testobject: batterijsysteem. 2. Zie 7.16 Bescherming tegen over- ontlading in GB/T 31467.3-2015. | BMS zal functioneren. Geen gaslekkage, breuk van de buitenbehuizing, brand of explosie. Isolatieweerstand $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ na test. |
Opmerking: Tabel 6-2 verwijst voornamelijk naar GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 en GB/T 28046.1-2011.
