Quins són els principis i mètodes bàsics de prova per a les bateries d'alimentació?

Quins són els principis i mètodes bàsics de prova per a les bateries d'alimentació?

Principis bàsics i mètodes de prova de bateries de potència

Les propietats electroquímiques bàsiques de les fonts d'energia química inclouen capacitat, voltatge, resistència interna, auto{0}}descàrrega, rendiment d'emmagatzematge, rendiment d'alta i baixa temperatura, etc. Com a font d'energia química secundària típica, les bateries d'alimentació també inclouen rendiment de càrrega i descàrrega, rendiment de cicle, pressió interna, etc. proves de rendiment, proves energètiques i específiques d'energia, proves de potència i potència específica, proves de rendiment d'emmagatzematge i d'autodescàrrega-, proves de vida útil, proves de resistència interna, proves de pressió interna i proves de seguretat, etc.

Des de la perspectiva de l'aplicació real del vehicle, es duen a terme una sèrie de proves adequades per a l'ús del vehicle amb la bateria de potència aplicada als vehicles elèctrics com a objecte de prova, com ara: detecció de capacitat estàtica, detecció de capacitat dinàmica, prova de quiença, prova de potència inicial, prova de capacitat de càrrega ràpida, prova de vida útil, prova de seguretat, prova de vibració de la bateria, detecció de potència màxima, prova de descàrrega parcial, prova de rendiment màxim, etc.

(1) Detecció de capacitat estàtica L'objectiu principal d'aquesta prova és determinar que el paquet de bateries d'alimentació té prou càrrega i energia quan el vehicle està en ús real i pot funcionar normalment a diferents velocitats i temperatures de descàrrega predeterminades. El mètode de prova principal és la prova de descàrrega lenta en condicions de temperatura constant, i la descàrrega s'acaba quan la tensió de la bateria d'alimentació cau a un valor establert o la consistència de les cèl·lules individuals dins de la bateria d'alimentació (diferència de voltatge) arriba a un valor establert.

(2) Detecció de capacitat dinàmicaDurant el funcionament d'un vehicle elèctric, la temperatura de funcionament i la velocitat de descàrrega de la bateria de potència són dinàmiques. Aquesta prova detecta principalment la capacitat del paquet de bateries d'alimentació en condicions de descàrrega dinàmica, que es reflecteix principalment en l'energia i la capacitat a diferents temperatures i velocitats de descàrrega. El mètode de prova principal consisteix a realitzar proves de rendiment de descàrrega de la bateria d'alimentació mitjançant un perfil de corrent predeterminat o un perfil actual recollit realment de l'aplicació del vehicle. La condició de finalització de la prova s'ajusta segons les condicions de la prova i les característiques de la bateria d'alimentació, però bàsicament segueix l'estàndard de caiguda de tensió fins a un determinat valor. Aquest mètode pot reflectir de manera més directa i precisa les necessitats reals d'aplicació dels vehicles elèctrics.

(3) Prova de quiençaL'objectiu d'aquesta prova és detectar la pèrdua de capacitat de la bateria d'alimentació quan no s'utilitza durant un període de temps, que s'utilitza per simular la situació en què el vehicle elèctric no es condueix durant un període de temps i la bateria es deixa en circuit-obert. La prova quiescent també es coneix com a prova d'auto-descàrrega i rendiment d'emmagatzematge, que fa referència a la capacitat de la bateria per mantenir la càrrega emmagatzemada en determinades condicions ambientals quan es troba en un estat-de circuit obert.

(4) Prova de potència inicial Com que la potència d'arrencada d'un cotxe és relativament gran, per tal d'adaptar-se a l'arrencada del cotxe a diferents condicions de temperatura, es realitzen proves de potència d'arrencada a la bateria de potència a baixa temperatura ($−18\\text{ grau }$) i alta temperatura ($50\\text{℃}$). Aquesta prova, a més de mesurar-se a temperatura ambient, generalment també s'estableix amb un valor SOC per tal de determinar la capacitat de descàrrega de la bateria en diferents estats de càrrega. Les proves habituals són proves de potència realitzades a $90\\%$, $50\\%$ i $20\\%$ SOC.

(5) Prova de capacitat de càrrega ràpidaL'objectiu d'aquesta prova és provar la capacitat de càrrega ràpida de la bateria mitjançant la realització de proves de càrrega -alta a la bateria elèctrica i examinar-ne l'eficiència, la generació de calor i l'impacte en altres propietats. Per a la càrrega ràpida, l'estàndard USABC pretén que el SOC de la bateria es recuperi de $40\\%$ a $80\\%$ en un termini de $15\\text{min}$. Actualment, l'estàndard establert per l'associació japonesa CHAdeMO requereix que carregar la bateria del vehicle elèctric per uns 10 $\\text{min}$ pot garantir que el vehicle viatgi 50 $\\text{km}$; cobrar per més de 30 $\\text{min}$ pot garantir que el vehicle viatgi 100 $\\text{km}$.

(6) Prova de vida del cicleEl cicle de vida de la bateria afecta directament la viabilitat econòmica de l'ús de la bateria. Quan la capacitat real de la bateria és inferior a $80\\%$ de la capacitat inicial o de la capacitat nominal, es considera que la bateria d'alimentació ha arribat al final de la seva vida útil. El mètode principal utilitzat en aquesta prova és realitzar cicles de càrrega i descàrrega en determinades condicions, utilitzant el nombre de cicles com a índex de la seva vida útil. Com que el període de prova de durada de la bateria és relativament llarg, la prova generalment dura diversos mesos o fins i tot un any. Per tant, en el funcionament pràctic, sovint s'utilitzen mètodes per determinar el nombre de cicles de prova, mesurar la degradació de la capacitat i després realitzar una extrapolació lineal basada en aquestes dades. En el camp de la investigació, per tal d'escurçar el temps de prova de la vida útil de la bateria, també s'estan realitzant estudis sobre l'acceleració de l'envelliment de la bateria augmentant la temperatura de la prova i les taxes de càrrega/descàrrega per provar la vida útil de les bateries d'alimentació i els paquets de bateries.

(7) Prova de seguretatEl rendiment de seguretat de les bateries es refereix a l'avaluació dels danys potencials a les persones i als equips que poden ser causats per l'emmagatzematge i l'ús de bateries d'emmagatzematge. Especialment quan s'abusa de la bateria, l'entrada d'energia específica fa que els materials constitutius interns de la bateria experimentin reaccions físiques o químiques que generen una gran quantitat de calor. Si la calor no es pot dissipar a temps, pot provocar una fuga tèrmica de la bateria. La fugida tèrmica pot provocar que la bateria s'abombi, generi gas inflamable, es trenqui, s'esquerde i vagi acompanyada d'incendi, provocant accidents de seguretat. Entre moltes fonts d'energia química, la seguretat de les bateries d'ions de liti-és especialment important. A la taula 6-1 es mostren els elements habituals de proves de seguretat per a bateries d'alimentació.

Taula 6-1 Elements habituals de proves de seguretat per a bateries d'alimentació

(8) Prova de vibració de la bateriaL'objectiu d'aquesta prova és detectar l'impacte de les vibracions i cops freqüents causats per les carreteres en el rendiment i la vida útil de les bateries d'alimentació i els paquets de bateries d'alimentació. La prova de vibració de la bateria examina principalment la durabilitat de la vibració de la bateria d'alimentació (paquet) i l'utilitza com a base per guiar la millora del disseny estructural de la bateria d'alimentació (paquet). Hi ha dos tipus de vibració en les proves de vibració: vibració sinusoïdal o vibració aleatòria. Com que els paquets de bateries s'utilitzen principalment en vehicles, generalment s'adopta la vibració aleatòria per simular millor les condicions reals de funcionament de la bateria.

Els anteriors són només alguns requisits generals per provar les bateries d'alimentació (paquets). Els paràmetres i requisits específics de la prova variaran en funció del tipus de bateria d'alimentació. La taula 6-2 mostra els requisits de rendiment de seguretat i els mètodes de prova dels paquets i sistemes de bateries d'ions de liti utilitzats en vehicles elèctrics.

Taula 6-2 Requisits de rendiment de seguretat i mètodes de prova per a sistemes i paquets de bateries d'ions de liti en vehicles elèctrics

Nota: la taula 6-2 fa referència principalment a GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 i GB/T 28046.1-2011.