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2.3 动力电池测试规程

动力电池的测试是电池研制、出厂检测和产品评估的必要手段。电池测试用于检测电池的电压特性、容量、内阻和故障状态下的安全性能等,并记录测试数据,用于电池性能分析和安全检测。

2.3.1 动力电池基本测试原理与方法

考虑到车辆的使用情况,电动汽车的动力电池测试必须以电池组为试验对象,进行一系列适合于汽车使用的试验,如:静态容量检测、动态容量检测、部分放电检测、静置试验、起动功率测试、快速充电测试、循环寿命测试以及电池安全性测试等。

(1)静态容量检测 试验的目标是检测汽车在实际运行中是否具备足够的电力和能量,能否在设定的不同放电倍率和温度条件下运行。

(2)动态容量检测 在电动汽车的运行中,电池的工作温度和放电倍率都随时间的推移而发生了变化。该试验以电池组的动态放电性能为主要指标,测得在不同的温度和放电倍率下所产生的能量和容量。

(3)部分放电检测 此项试验旨在检测电池对部分放电的响应,以及因部分放电所导致的容量损耗。

(4)静置试验 这项测试通过模拟一辆电动汽车在长期不使用且电池处于断路状态下的情况,来检测长时间不使用后的电池容量损耗。该试验又称为自放电及存储性能测试,是指在特定的环境下,电池在开路时储存电量的能力。

(5)起动功率测试 由于车辆起动功率大,为了满足车辆在各种工况下的起动要求,需要对其进行低温起动和高温起动功率试验。

(6)快速充电测试 这项试验旨在对电池进行高速率的充电,以检测其是否具有较高的充电速度,同时观察其效率及其他影响。

(7)循环寿命测试 在一定的充放电条件下,当电池的容量下降到某个特定数值时,电池可以承受的循环次数就是电池的循环寿命。根据储能理论,循环寿命是衡量电动车电池寿命的一个关键指标。如果电池容量小于原来容量的80%,则被认为电池的使用寿命结束。循环寿命测试的基本检测手段是在某一工况下进行充电和放电循环,以周期数来衡量其使用寿命。

(8)电池安全性测试 电池的安全性是指在其使用和放置过程中,电池对人体和设备的潜在损害的评价。在众多化学电源中,金属锂和锂离子电池的安全问题尤其突出。尤其是当电池滥用时,因某一因素的影响,会使电池内的成分发生物理或化学反应,产生大量的热能,如果不能及时散发,就会造成电池热失控。热失控会损害电池,例如突然的泄气、破裂,并引起火灾,从而导致安全问题。通用的电池安全测试项目如表2-2所示。

表2-2 电池安全测试项目

(9)电池振动测试 测试的目标是研究汽车在路面上频繁的振动和冲击对电池的电性能和使用寿命的影响。由于电力系统中的振动能在一定程度上影响到电力系统的绝缘结构,因此,电力系统的结构设计人员要充分考虑其是否能够承受各种振动,从而保证其安全性。这就要求单体电池、模组、电池包以及电气连接之间要留有足够的空间,既要保证电池体系的绝缘材料在振动环境中的稳定性,又要保证在长时间的工作中即使发生一定的结构改变,也不会发生绝缘失效。一般为了更好地反映电池的工作状态,在振动测试中通常采用两种形式:一种是正弦振动,另一种是随机振动。表2-3是锂离子电池标准的主要测试项目和指标。

表2-3 GB 38031—2020锂离子电池标准主要测试项目及指标

(续)

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2.3.2 典型的测试设备

电池测试设备主要包括电池充放电试验机、电池三综合(温度、湿度、振动)试验系统、动力电池组温度冲击试验箱、电池滥用试验设备、电池针刺试验机、电池冲击试验机和电池跌落试验机等。

1.电池充放电试验机

电池充放电测试设备主要用于锂离子、铅酸、磷酸铁锂电池等动力电池的检测,一般包括两个部分:充放电单元和控制程序单元。充放电测试可以远程控制或者手动控制,电池充放电试验机通过运行设定好程序或者行驶工况,采集运行中电池的基本性能参数,如电池外特性参数容量、电压和电池温度的变化,恒流恒压工况下电池充电曲线,恒流恒压工况下电池放电曲线。通过电池充放电试验机获得的电池参数可以衡量电池是否满足电动汽车的性能要求。

2.电池三综合试验系统

三综合试验系统主要由振动试验系统和环境试验箱组成。试验过程中,根据实验规定将周期性空间温度(高温或低温、温度变化)、湿度、振动和电应力同时作用于电池上,进行温度、湿度和振动试验。与单个因素的作用比较,该方法能较好地反映出电池在汽车上的使用情况,对其在不同的条件下的适应能力进行了评估,揭示了电池及系统的结构缺陷,并对其可靠性进行了评估。

3.动力电池组温度冲击试验箱

温度冲击试验箱主要用于测试动力电池和电池系统在快速温度变化环境下的储存、运输和使用适应性。温度冲击试验箱可以根据用户要求或者试验标准进行相关测试,在温度快速变化的情况下,对电池和电池系统进行环境模拟试验。经试验来评测产品性能能否通过试验预定要求,便于产品后续的性能调整、改进、鉴定和出厂检验。

4.电池滥用试验设备

电池滥用试验设备是模拟在车辆碰撞、正负极短路、限压限流故障等条件下,电池是否发生火灾、爆炸等危险情况的试验装置。针刺试验机、冲击试验机、跌落试验机、挤压试验机等是对汽车碰撞过程中电池的损伤进行仿真研究的试验平台。

5.电池针刺试验机

针刺试验是一种评估锂离子电池安全性的有效方法,目前已被各大厂商所广泛应用。使用针刺试验机进行电池针刺试验时,首先用一根金属针刺穿电池,将电池组的内部结构破坏,引起电池短路,其中针刺位置要选择能够引发单体电池热失控的部位和方向。将钢针置于电池中,对其进行1h的观察,并对电池的各项参数进行监测,包括是否发生着火、燃烧、爆炸等危险情况。另外,在试验过程中,还需要考虑到电池的温度变化和分布情况。

6.电池冲击试验机

冲击试验机的试验平台为完全密闭的箱形,其工作腔体与机械部分、电气线路等部分隔绝。工作腔有隔爆与气体排放作用,可以及时将样品的爆炸压力和烟雾排放出去。实验平台的工作腔体应具有防腐蚀性,易于清理,可承受来自电池爆炸时的腐蚀性液体的腐蚀,易于清洗。为了监测冲击的进程,工作腔一般安装一个观测窗口。在进行冲击试验时,根据规范,采用不同高度、不同重锤、不同的受力区域进行电池的安全性能测试,如果电池不着火、不爆炸,则为合格。

7.电池跌落试验机

跌落试验机主要用于检测电池因坠落而造成的产品包装损伤,以及在运输过程中电池的抗冲击能力。测试方式是:把测试用的电池从一定的高处垂直落至水泥地上,观察检测电池是否会发生燃烧、爆炸等现象。在测试期间,需要对电池变化进行监测并记录,以对电池壳体的应力失效和失效模式进行研究。 WvjLetNnEDGfAo744x3XaA0UxZ6317zbTHDfxKor+0nB3EXTS6FQdovg3tH1MD8y

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