¿Cuáles son los principios y métodos básicos de prueba para baterías eléctricas?

¿Cuáles son los principios y métodos básicos de prueba para baterías eléctricas?

Principios y métodos básicos de prueba de baterías eléctricas.

Las propiedades electroquímicas básicas de las fuentes de energía química incluyen capacidad, voltaje, resistencia interna, auto-descarga, rendimiento de almacenamiento, rendimiento a altas y bajas temperaturas, etc. Como fuente de energía química secundaria típica, las baterías de energía también incluyen rendimiento de carga y descarga, rendimiento del ciclo, presión interna, etc. Por lo tanto, el contenido principal de las pruebas de rendimiento para una sola celda de batería incluye: pruebas de rendimiento de carga y descarga, pruebas de rendimiento de descarga, pruebas de rendimiento de velocidad y capacidad de descarga, pruebas de rendimiento de alta y baja temperatura, pruebas de energía y energía específica, pruebas de potencia y energía específica, rendimiento de almacenamiento y pruebas de auto-descarga, pruebas de vida útil, pruebas de resistencia interna, pruebas de presión interna y pruebas de seguridad, etc.

Desde la perspectiva de la aplicación real del vehículo, se llevan a cabo una serie de pruebas adecuadas para el uso del vehículo con el paquete de baterías aplicado a los vehículos eléctricos como objeto de prueba, tales como: detección de capacidad estática, detección de capacidad dinámica, prueba de reposo, prueba de potencia de arranque, prueba de capacidad de carga rápida, prueba de ciclo de vida, prueba de seguridad, prueba de vibración de la batería, detección de potencia máxima, detección de descarga parcial, prueba de potencia de gradiente máximo, prueba de rendimiento térmico, etc.

(1) Detección de capacidad estática El objetivo principal de esta prueba es determinar que el paquete de batería tiene suficiente carga y energía cuando el vehículo está en uso real y puede funcionar normalmente bajo diversas tasas de descarga y temperaturas predeterminadas. El método de prueba principal es la prueba de descarga lenta en condiciones de temperatura constante, y la descarga finaliza cuando el voltaje del paquete de baterías cae a un valor establecido o la consistencia de las celdas individuales dentro del paquete de baterías (diferencia de voltaje) alcanza un valor establecido.

(2) Detección de capacidad dinámicaDurante el funcionamiento de un vehículo eléctrico, la temperatura de funcionamiento y la tasa de descarga de la batería son dinámicas. Esta prueba detecta principalmente la capacidad del paquete de baterías en condiciones de descarga dinámica, lo que se refleja principalmente en la energía y la capacidad a diferentes temperaturas y velocidades de descarga. El método de prueba principal es realizar una prueba de rendimiento de descarga del paquete de batería utilizando un perfil de corriente predeterminado o un perfil de corriente realmente recopilado de la aplicación del vehículo. La condición de terminación de la prueba se ajusta de acuerdo con las condiciones de prueba y las características de la batería, pero básicamente sigue el estándar de caída de voltaje a un cierto valor. Este método puede reflejar de forma más directa y precisa las necesidades de aplicación reales de los vehículos eléctricos.

(3) Prueba de reposoEl objetivo de esta prueba es detectar la pérdida de capacidad del paquete de batería cuando no se utiliza durante un período de tiempo, lo que se utiliza para simular la situación en la que el vehículo eléctrico no se conduce durante un período de tiempo y la batería se deja en circuito abierto-. La prueba de reposo también se conoce como prueba de rendimiento de almacenamiento y autodescarga, que se refiere a la capacidad de la batería para mantener su carga almacenada bajo ciertas condiciones ambientales cuando está en un estado de circuito abierto-.

(4) Prueba de potencia de arranque Dado que la potencia de arranque de un automóvil es relativamente grande, para adaptarse al arranque del automóvil en diferentes condiciones de temperatura, se realizan pruebas de potencia de arranque en el paquete de baterías a baja temperatura ($−18\\text{ grados }$) y alta temperatura ($50\\text{ grados }$). Esta prueba, además de medirse a temperatura ambiente, generalmente también se establece con un valor de SOC para determinar la capacidad de descarga de la batería en diferentes estados de carga. Las pruebas comunes son las pruebas de potencia realizadas a $90\\%$, $50\\%$ y $20\\%$ SOC.

(5) Prueba de capacidad de carga rápidaEl propósito de esta prueba es probar la capacidad de carga rápida de la batería mediante la realización de pruebas de carga de alta velocidad-en el paquete de batería y examinar su eficiencia, generación de calor e impacto en otras propiedades. Para una carga rápida, el estándar de USABC apunta a que el SOC de la batería se recupere de $40\\%$ a $80\\%$ en $15\\text{min}$. Actualmente, el estándar establecido por la asociación CHAdeMO de Japón requiere que cargar la batería del vehículo eléctrico por aproximadamente $10\\text{min}$ pueda garantizar que el vehículo recorra $50\\text{km}$; cobrar más de $30\\text{min}$ puede garantizar que el vehículo recorra $100\\text{km}$.

(6) Prueba de ciclo de vidaEl ciclo de vida de la batería afecta directamente la viabilidad económica del uso de la batería. Cuando la capacidad real de la batería es inferior al $80\\%$ de la capacidad inicial o capacidad nominal, se considera que la batería de potencia ha llegado al final de su vida útil. El método principal utilizado en esta prueba es realizar ciclos de carga y descarga bajo ciertas condiciones, utilizando el número de ciclos como índice de su vida. Dado que el período de prueba para determinar la duración de la batería es relativamente largo, la prueba generalmente dura varios meses o incluso un año. Por lo tanto, en la operación práctica, a menudo se utilizan para las pruebas métodos para determinar el número de ciclos de prueba, medir la degradación de la capacidad y luego realizar una extrapolación lineal basada en estos datos. En el campo de la investigación, para acortar el tiempo de prueba de la vida útil de la batería, también se están realizando estudios sobre cómo acelerar el envejecimiento de la batería aumentando la temperatura de prueba y las tasas de carga/descarga para probar la vida útil de las baterías y los paquetes de baterías.

(7) Prueba de seguridadEl desempeño de seguridad de las baterías se refiere a la evaluación del daño potencial a personas y equipos que puede causar el almacenamiento y uso de baterías de almacenamiento. Especialmente cuando se abusa de la batería, la entrada de energía específica hace que los materiales constituyentes internos de la batería sufran reacciones físicas o químicas que generan una gran cantidad de calor. Si el calor no se puede disipar a tiempo, puede provocar un desbordamiento térmico de la batería. La fuga térmica puede hacer que la batería se abulte, genere gas inflamable, se rompa, se agriete y vaya acompañada de incendio, provocando accidentes de seguridad. Entre muchas fuentes de energía química, la seguridad de las baterías de iones de litio-es particularmente importante. Los elementos de prueba de seguridad comunes para baterías eléctricas se muestran en la Tabla 6-1.

Tabla 6-1 Elementos comunes de prueba de seguridad para baterías eléctricas

(8) Prueba de vibración de la bateríaEl propósito de esta prueba es detectar el impacto de las vibraciones y golpes frecuentes causados ​​por las carreteras en el rendimiento y la vida útil de las baterías y los paquetes de baterías. La prueba de vibración de la batería examina principalmente la durabilidad de la vibración de la batería (paquete) y la utiliza como base para guiar la mejora del diseño estructural de la batería (paquete). Hay dos tipos de vibración en las pruebas de vibración: vibración sinusoidal o vibración aleatoria. Dado que los paquetes de baterías se utilizan principalmente en vehículos, generalmente se adopta la vibración aleatoria para simular mejor las condiciones reales de funcionamiento de la batería.

Los anteriores son sólo algunos requisitos generales para probar baterías (paquetes). Los parámetros y requisitos específicos de la prueba variarán según el tipo de batería de alimentación. La Tabla 6-2 muestra los requisitos de desempeño de seguridad y los métodos de prueba para paquetes y sistemas de baterías de iones de litio utilizados en vehículos eléctricos.

Tabla 6-2 Requisitos de desempeño de seguridad y métodos de prueba para paquetes y sistemas de baterías de iones de litio en vehículos eléctricos

Nota: La Tabla 6-2 hace referencia principalmente a GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 y GB/T 28046.1-2011.