ما هي مبادئ وطرق الاختبار الأساسية لبطاريات الطاقة؟
المبادئ الأساسية وطرق اختبار بطارية الطاقة
تشتمل الخواص الكهروكيميائية الأساسية لمصادر الطاقة الكيميائية على السعة والجهد والمقاومة الداخلية والتفريغ الذاتي وأداء التخزين وأداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة وما إلى ذلك. وباعتبارها مصدر طاقة كيميائي ثانوي نموذجي، تشتمل بطاريات الطاقة أيضًا على أداء الشحن والتفريغ وأداء الدورة والضغط الداخلي وما إلى ذلك. ولذلك، تتضمن محتويات اختبار الأداء الرئيسي لخلية بطارية طاقة واحدة ما يلي: اختبار أداء الشحن والتفريغ، واختبار أداء التفريغ، واختبار قدرة التفريغ ومعدل الأداء، واختبار أداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة، واختبار الطاقة والطاقة المحددة، واختبار الطاقة والطاقة المحددة، وأداء التخزين، اختبار التفريغ الذاتي-، واختبار الحياة، واختبار المقاومة الداخلية، واختبار الضغط الداخلي، واختبار السلامة، وما إلى ذلك.
من منظور التطبيق الفعلي للمركبة، يتم إجراء سلسلة من الاختبارات المناسبة لاستخدام السيارة باستخدام حزمة بطارية الطاقة المطبقة على المركبات الكهربائية ككائن اختبار، مثل: الكشف عن السعة الثابتة، والكشف عن السعة الديناميكية، والاختبار الهادئ، واختبار قوة البدء، واختبار قدرة الشحن السريع، واختبار دورة الحياة، واختبار السلامة، واختبار اهتزاز البطارية، واكتشاف طاقة الذروة، واكتشاف التفريغ الجزئي، واختبار التدرج الأقصى للطاقة، واختبار الأداء الحراري، وما إلى ذلك.
(1) الكشف عن السعة الثابتة الغرض الرئيسي من هذا الاختبار هو تحديد أن مجموعة بطارية الطاقة تحتوي على شحنة وطاقة كافية عندما تكون السيارة قيد الاستخدام الفعلي، ويمكن أن تعمل بشكل طبيعي في ظل معدلات تفريغ ودرجات حرارة مختلفة محددة مسبقًا. طريقة الاختبار الرئيسية هي اختبار التفريغ البطيء في ظل ظروف درجة حرارة ثابتة، ويتم إنهاء التفريغ عندما ينخفض جهد حزمة بطارية الطاقة إلى قيمة محددة أو يصل تناسق الخلايا المفردة داخل حزمة بطارية الطاقة (فرق الجهد) إلى قيمة محددة.
(2) كشف القدرة الديناميكيةأثناء تشغيل السيارة الكهربائية، تكون درجة حرارة التشغيل ومعدل تفريغ بطارية الطاقة ديناميكيًا. يكتشف هذا الاختبار بشكل أساسي قدرة حزمة بطارية الطاقة في ظل ظروف التفريغ الديناميكي، والتي تنعكس بشكل أساسي في الطاقة والقدرة عند درجات حرارة مختلفة ومعدلات التفريغ. تتمثل طريقة الاختبار الرئيسية في إجراء اختبار أداء التفريغ لحزمة بطارية الطاقة باستخدام ملف تعريف تيار محدد مسبقًا أو ملف تعريف حالي تم جمعه فعليًا من تطبيق السيارة. يتم ضبط حالة انتهاء الاختبار وفقًا لظروف الاختبار وخصائص بطارية الطاقة، ولكنها تتبع بشكل أساسي معيار انخفاض الجهد إلى قيمة معينة. يمكن أن تعكس هذه الطريقة بشكل مباشر ودقيق احتياجات التطبيق الفعلية للسيارات الكهربائية.
(3) اختبار هادئالغرض من هذا الاختبار هو اكتشاف فقدان قدرة حزمة بطارية الطاقة عندما لا تكون قيد الاستخدام لفترة من الوقت، والذي يستخدم لمحاكاة الموقف حيث لا يتم قيادة السيارة الكهربائية لفترة من الوقت ويتم ترك دائرة البطارية مفتوحة-. يُعرف اختبار الهدوء أيضًا باسم اختبار أداء التفريغ والتخزين الذاتي-، والذي يشير إلى قدرة البطارية على الحفاظ على شحنتها المخزنة في ظل ظروف بيئية معينة عندما تكون في حالة الدائرة- المفتوحة.
(4) بدء اختبار الطاقة نظرًا لأن قوة بدء تشغيل السيارة كبيرة نسبيًا، ومن أجل التكيف مع بدء تشغيل السيارة في ظل ظروف درجات حرارة مختلفة، يتم إجراء اختبارات قوة بدء التشغيل على مجموعة بطارية الطاقة عند درجة حرارة منخفضة ($−18\\text{ Degree }$) ودرجة حرارة عالية ($50\\text{ Degree }$). هذا الاختبار، بالإضافة إلى قياسه في درجة حرارة الغرفة، يتم ضبطه بشكل عام أيضًا على قيمة SOC لتحديد قدرة البطارية على التفريغ عند حالات شحن مختلفة. الاختبارات الشائعة هي اختبارات الطاقة التي يتم إجراؤها بسعر 90\\%$، و50\\%$، و20\\%$ SOC.
(5) اختبار قدرة الشحن السريعالغرض من هذا الاختبار هو اختبار إمكانية الشحن السريع للبطارية عن طريق إجراء اختبارات شحن عالية السرعة على مجموعة بطارية الطاقة، وفحص كفاءتها وتوليد الحرارة وتأثيرها على الخصائص الأخرى. بالنسبة للشحن السريع، يهدف معيار USABC إلى استرداد SOC للبطارية من 40\\%$ إلى 80\\%$ خلال 15\\text{min}$. في الوقت الحالي، يتطلب المعيار الذي وضعته جمعية CHAdeMO اليابانية أن شحن مجموعة بطارية طاقة السيارة الكهربائية بحوالي 10\\text{min}$ يمكن أن يضمن أن السيارة تسير بمقدار 50\\text{km}$؛ إن فرض رسوم تزيد عن 30 دولارًا أمريكيًا\\نص{دقيقة}$ يمكن أن يضمن أن السيارة تسير بمبلغ 100\\نص{كم}$.
(6) اختبار دورة الحياةتؤثر دورة عمر البطارية بشكل مباشر على الجدوى الاقتصادية لاستخدام البطارية. عندما تكون السعة الفعلية للبطارية أقل من 80\\%$ من السعة الأولية أو السعة المقدرة، تعتبر بطارية الطاقة قد وصلت إلى نهاية عمرها الافتراضي. الطريقة الرئيسية المستخدمة في هذا الاختبار هي إجراء دورات الشحن والتفريغ في ظل ظروف معينة، باستخدام عدد الدورات كمؤشر لعمرها. نظرًا لأن فترة اختبار عمر بطارية الطاقة طويلة نسبيًا، فإن الاختبار يستمر عمومًا لعدة أشهر أو حتى سنة. لذلك، في التشغيل العملي، غالبًا ما يتم استخدام طرق تحديد عدد دورات الاختبار، وقياس تدهور السعة، ثم إجراء الاستقراء الخطي بناءً على هذه البيانات للاختبار. في مجال البحث، ومن أجل تقليل وقت اختبار عمر بطارية الطاقة، يتم أيضًا إجراء دراسات حول تسريع تقادم البطارية عن طريق زيادة درجة حرارة الاختبار ومعدلات الشحن/التفريغ لاختبار عمر بطاريات الطاقة وحزم بطاريات الطاقة.
(7) اختبار السلامةيشير أداء سلامة البطارية إلى تقييم الضرر المحتمل الذي قد يلحق بالأشخاص والمعدات والذي قد ينجم عن تخزين بطاريات التخزين واستخدامها. خاصة عند إساءة استخدام البطارية، فإن مدخلات الطاقة المحددة تؤدي إلى خضوع المواد المكونة للبطارية الداخلية لتفاعلات فيزيائية أو كيميائية تولد كمية كبيرة من الحرارة. إذا لم يكن من الممكن تبديد الحرارة في الوقت المناسب، فقد يؤدي ذلك إلى الانفلات الحراري للبطارية. يمكن أن يتسبب الانفلات الحراري في انتفاخ البطارية، وتوليد غاز قابل للاشتعال، وتمزقها، وتشققها، ويصاحبها نشوب حريق، مما يتسبب في وقوع حوادث تتعلق بالسلامة. من بين العديد من مصادر الطاقة الكيميائية، تعتبر سلامة بطاريات أيون الليثيوم- ذات أهمية خاصة. يتم عرض عناصر اختبار السلامة الشائعة لبطاريات الطاقة في الجدول 6-1.
جدول 6-1 عناصر اختبار السلامة الشائعة لبطاريات الطاقة
| فئة | طرق الاختبار الرئيسية |
| اختبار الأداء الكهربائي | الشحن الزائد، والتفريغ الزائد-، وقصر الدائرة الخارجية، والتفريغ الساخن، وما إلى ذلك. |
| اختبار ميكانيكي | السقوط الحر، التأثير، البثق، الاهتزاز، البثق، إلخ. |
| الاختبار الحراري | الحرق، والتصوير الحراري، والصدمة الحرارية، وتقلب درجات الحرارة، وما إلى ذلك. |
| الاختبار البيئي | محاكاة الفراغ، الغمر، الرطوبة، إلخ. |
(8) اختبار اهتزاز البطاريةالغرض من هذا الاختبار هو اكتشاف تأثير الاهتزازات والصدمات المتكررة الناجمة عن الطرق على أداء وعمر بطاريات الطاقة ومجموعات بطاريات الطاقة. يفحص اختبار اهتزاز البطارية بشكل أساسي متانة اهتزاز بطارية الطاقة (الحزمة) ويستخدم ذلك كأساس لتوجيه تحسين التصميم الهيكلي لبطارية الطاقة (الحزمة). هناك نوعان من الاهتزاز في اختبار الاهتزاز: الاهتزاز الجيبي أو الاهتزاز العشوائي. نظرًا لأن مجموعات بطاريات الطاقة تستخدم بشكل أساسي في المركبات، فقد تم اعتماد الاهتزاز العشوائي بشكل عام لمحاكاة ظروف التشغيل الفعلية للبطارية بشكل أفضل.
ما ورد أعلاه ليس سوى بعض المتطلبات العامة لاختبار بطاريات الطاقة (الحزم). ستختلف المعلمات والمتطلبات المحددة للاختبار اعتمادًا على نوع بطارية الطاقة. يوضح الجدول 6-2 متطلبات أداء السلامة وطرق الاختبار لحزم وأنظمة بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في السيارات الكهربائية.
جدول 6-2 متطلبات أداء السلامة وطرق الاختبار لحزم وأنظمة بطاريات الليثيوم أيون في المركبات الكهربائية
| غرض | فئة | طريقة الاختبار | متطلبات السلامة |
| اختبارات السلامة العامة (الجدول 6-1) | اختبار الأداء الكهربائي | الشحن الزائد، والتفريغ الزائد-، وقصر الدائرة الخارجية، والتفريغ الساخن، وما إلى ذلك. | N/A |
| اختبار ميكانيكي | السقوط الحر، التأثير، البثق، الاهتزاز، البثق، إلخ. | N/A | |
| الاختبار الحراري | الحرق، والتصوير الحراري، والصدمة الحرارية، وتقلب درجات الحرارة، وما إلى ذلك. | N/A | |
| الاختبار البيئي | محاكاة الفراغ، الغمر، الرطوبة، إلخ. | N/A | |
| سلامة بطارية ليثيوم أيون-المركبة الكهربائية (الجدول 6-2) | اهتزاز | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام. 1. راجع متطلبات تركيب السيارة وGB/T 2423.43-2008، قم بالتثبيت على طاولة الاهتزاز. اختبار في 3 اتجاهات ($Y \\إلى X \\إلى Z$). يشير الإجراء إلى GB/T 2423.56-2018. 2. بالنسبة للتركيبات في الجزء السفلي من الجسم، معلمات الاختبار وفقًا لـ 7.1.1.2 في GB/T 31467.3-2015. 3. وقت الاختبار هو $2\\text{h}$ لكل اتجاه (يمكن تخفيضه إلى $0.5\\text{h}$). $2\\text{h}$ مسموح بالمراقبة أثناء أو بعد $30\\text{min}$. 4. مراقبة الحد الأدنى لحالة وحدة المراقبة (الجهد، المقاومة، درجة الحرارة). 5. لاحظ $2\\text{h}$ أثناء الاختبار . 6.للأجهزة الإلكترونية:أنا. مثبتة في الأمام-: اختبار لكل 7.1.1.2.1 في GB/T 31467.3-2015. مواقع أخرى: اختبار لكل GB/T 28046.3-2011. $2\\text{h}$ في اتجاهات مختلفة لمحور $Z$. الأجسام الجانبية: تم إجراء وضع الإثارة. ثانيا. تعمل في وضع 3.2$ لكل GB/T 28046.1-2011. | يجب أن تكون حزمة البطارية أو النظام: لا يوجد به تسوس في الجهد في الحد الأدنى لوحدة المراقبة ($< 0.5\text{V}$), 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. |
| الصدمة الميكانيكية | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. راجع 7.2 Shock $25\\text{g}\\text{-}15\\text{ms}$ half-نبض جيبي في GB/T 31467.3-2015، صدمات $3$ في اتجاه المحور $Y$، لاحظ $2\\text{h}$. | لا يوجد تسرب أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| يسقط | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. يسقط من $1\\text{m}$ على أرض صلبة في اتجاه السقوط الأكثر احتمالاً (وإلا فإن اتجاه السقوط الأكثر استقرارًا، $X$-اختبار المحور)، لاحظ $2\\text{h}$. | لا يوجد قفل تيار التفريغ، أو زيادة الجهد أو التسرب، أو تمزق الغلاف الخارجي، أو الحريق، أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| التمديد | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. راجع 7.3.2 في GB/T 31467.3-2015: $90\\text{ Degree }$ إمالة لـ $6\\text{h}$، ثم $90\\text{ Degree }$ زيادات، اضغط مع الاستمرار على $1\\text{h}$ لكل منها، $360\\text{degree }$ توقف التدوير. لاحظ $2\\text{h}$. 3. قم بتدوير $360\\text{ Degree }$ حول $X$-المحور $6\\text{ Degree }/\\text{s}$، ثم $90\\text{ Degree }$ بزيادات، استمر في الضغط على $1\\text{h}$ لكل منهما، وتوقف التدوير $360\\text{ Degree }$. لاحظ $2\\text{h}$. 4. قم بتدوير $360\\text{ Degree }$ حول $Y$-axis عند $6\\text{ Degree }/\\text{s}$، ثم $90\\text{ Degree }$ بزيادات، مع الاستمرار على $1\\text{h}$ لكل منهما، $360\\text{ Degree }$ توقف التدوير. لاحظ $2\\text{h}$. | لا يوجد تسرب، أو تمزق الغلاف الخارجي، أو الحريق، أو الانفجار، ويحافظ على اتصال موثوق به. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| أقصى التدرج | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. مثبتة أفقيًا على عربة. كرر النبض المحدد في الشكل 3 من الجدول 7 في SAE J2380 أو GB/T 31467.3-2015 (على طول $X$-محور $5\\text{s}$، على طول $Y$-محور $5\\text{s}$) في الاتجاه الأفقي للسفر ($Y$-axis) لـ $2\\text{h}$. | لا يوجد تسرب أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| معجب | 1. Test Object: Battery Pack or System. 2. Crush conditions: ① Crushing surface: $12.5\text{mm}$ diameter semi-cylinder, length $>عرض $. ② الاتجاه: المحور $X$-، المحور $Y$-. ③ القوة: التشوه الأولي $200\\text{kN}$ أو التوقف عند تشوه $30\\%$. ④ لاحظ $1\\text{h}$. ⑤ اضغط لمدة $10\\text{min}$. | لا يوجد تسرب أو حريق أو انفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. لا يوجد حريق أو انفجار (للمجموعة الثانية من المتطلبات). | |
| صدمة درجة الحرارة | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. درجة الحرارة المتناوبة $(-40\\pm2)\\text{ Degree }$، بحد أقصى 30$\\text{min}$ للمدة القصوى. استمر عند كل حد لدورات $6\\text{h}$ و$5$. لاحظ $2\\text{h}$ في درجة حرارة الغرفة. | لا يوجد تسرب أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| دورة الحرارة الرطبة | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام. 2. راجع GB/T 2423.4-2018 اختبار دورات الحرارة الرطبة $Db$. الشكل 4 في GB/T 31467.3-2015 ($80\\text{degree}$ max temp)، دورات بقيمة 5$. لاحظ $2\\text{h}$ في درجة حرارة الغرفة. | لا يوجد تسرب أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ خلال 30$\\text{min}$ بعد الاختبار. | |
| الغمر بمياه البحر | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. مثبت بشكل آمن مع توصيل الحزام، ثم غمره في محلول NaCl بقيمة 3.5\\%$ (مياه البحر) مقابل 2\\text{h}$ على مسافة النقل الفعلية. تعليق عبر شكل صمام هيدروليكي. | لا حريق أو انفجار. | |
| حريق خارجي | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام. 2. راجع 7.10 الحريق الخارجي في GB/T 31467.3-2015. | لا حريق أو انفجار. في حالة حدوث لهب، يجب إخماده خلال $2\\text{min}$ بعد إزالة مصدر الحريق. | |
| رش الملح | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام. 2. راجع 7.11 رش الملح في GB/T 31467.3-2015. | لا يوجد تسرب أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. | |
| ارتفاع عال | 1. كائن الاختبار: حزمة البطارية أو النظام . 2. الارتفاع $4000\\text{m}$ أو الضغط المكافئ، درجة حرارة الغرفة. 3. المخزنة مقابل $5\\text{h}$ في بيئة الاختبار لكل 7.12.2 من GB/T 31467.3-2015، ثم يتم تفريغها عند $1\\text{C}$ (بحد أقصى 400 $\\text{A}$) أو حتى القطع. لاحظ $2\\text{h}$. | لا يوجد قفل تيار التفريغ، أو زيادة الجهد أو التسرب، أو تمزق الغلاف الخارجي، أو الحريق، أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| أكثر من-حماية من درجة الحرارة | 1. كائن الاختبار: نظام البطارية. 2. راجع 7.13 الحماية من درجة الحرارة الزائدة- في GB/T 31467.3-2015. | يجب أن يعمل نظام إدارة المباني. لا يوجد تسرب للغاز أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| حماية ماس كهربائى | 1. كائن الاختبار: نظام البطارية. 2. راجع 7.14 حماية الدائرة القصيرة في GB/T 31467.3-2015. | يجب أن يعمل جهاز الحماية. لا يوجد تسرب أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| حماية الشحن الزائد | 1. كائن الاختبار: نظام البطارية. 2. راجع 7.15 الحماية من الشحن الزائد في GB/T 31467.3-2015. | يجب أن يعمل نظام إدارة المباني. لا يوجد تسرب للغاز أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. | |
| الإفراط في -حماية التفريغ | 1. كائن الاختبار: نظام البطارية. 2. راجع 7.16 أكثر من-حماية التفريغ في GB/T 31467.3-2015. | يجب أن يعمل نظام إدارة المباني. لا يوجد تسرب للغاز أو تمزق الغلاف الخارجي أو الحريق أو الانفجار. مقاومة العزل $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ بعد الاختبار. |
ملاحظة: يشير الجدول 6-2 بشكل أساسي إلى GB/T 31467.3-2015، وGB/T 2423.43-2008، وGB/T 2423.56-2018، وGB/T 28046.1-2011.
