Apakah prinsip dan kaedah ujian asas untuk bateri kuasa?
Prinsip Asas dan Kaedah Pengujian Bateri Kuasa
Sifat elektrokimia asas sumber kuasa kimia termasuk kapasiti, voltan, rintangan dalaman, -nyahcas sendiri, prestasi storan, prestasi suhu tinggi dan rendah, dsb. Sebagai sumber kuasa kimia sekunder biasa, bateri kuasa juga termasuk prestasi pengecasan dan nyahcas, prestasi kitaran, tekanan dalaman, dsb. Oleh itu, kandungan ujian prestasi utama untuk sel bateri kuasa tunggal termasuk: ujian prestasi cas dan nyahcas serta ujian prestasi tinggi, prestasi nyahcas dan ujian prestasi rendah ujian, ujian tenaga dan tenaga khusus, ujian kuasa dan kuasa khusus, prestasi storan dan-ujian nyahcas sendiri, ujian hayat, ujian rintangan dalaman, ujian tekanan dalaman dan ujian keselamatan, dsb.
Dari perspektif aplikasi kenderaan sebenar, satu siri ujian yang sesuai untuk kegunaan kenderaan dijalankan dengan pek bateri kuasa yang digunakan pada kenderaan elektrik sebagai objek ujian, seperti: pengesanan kapasiti statik, pengesanan kapasiti dinamik, ujian senyap, ujian kuasa permulaan, ujian keupayaan pengecasan pantas, ujian hayat kitaran, ujian keselamatan, ujian getaran bateri, pengesanan kuasa puncak, ujian kecerunan prestasi terma, ujian kecerunan prestasi maksimum, dll.
(1) Pengesanan Kapasiti Statik Tujuan utama ujian ini adalah untuk menentukan bahawa pek bateri kuasa mempunyai cas dan tenaga yang mencukupi apabila kenderaan dalam penggunaan sebenar, dan boleh berfungsi secara normal di bawah pelbagai kadar nyahcas dan suhu yang telah ditetapkan. Kaedah ujian utama ialah ujian nyahcas perlahan di bawah keadaan suhu malar, dan nyahcas ditamatkan apabila voltan pek bateri kuasa menurun kepada nilai yang ditetapkan atau ketekalan sel tunggal dalam pek bateri kuasa (perbezaan voltan) mencapai nilai yang ditetapkan.
(2) Pengesanan Kapasiti DinamikSemasa pengendalian kenderaan elektrik, suhu operasi dan kadar nyahcas bateri kuasa adalah dinamik. Ujian ini terutamanya mengesan keupayaan pek bateri kuasa di bawah keadaan nyahcas dinamik, yang terutamanya dicerminkan dalam tenaga dan kapasiti pada suhu dan kadar nyahcas yang berbeza. Kaedah ujian utama adalah untuk melakukan ujian prestasi nyahcas pek bateri kuasa menggunakan profil semasa yang telah ditetapkan atau profil semasa yang sebenarnya dikumpulkan daripada aplikasi kenderaan. Keadaan penamatan ujian diselaraskan mengikut keadaan ujian dan ciri bateri kuasa, tetapi pada asasnya mengikut piawaian penurunan voltan kepada nilai tertentu. Kaedah ini boleh mencerminkan secara langsung dan tepat keperluan aplikasi sebenar kenderaan elektrik.
(3) Ujian DiamTujuan ujian ini adalah untuk mengesan kehilangan kapasiti pek bateri kuasa apabila ia tidak digunakan untuk satu tempoh masa, yang digunakan untuk mensimulasikan keadaan di mana kenderaan elektrik tidak dipandu untuk satu tempoh masa dan bateri dibiarkan terbuka-litar. Ujian senyap juga dikenali sebagai ujian prestasi-kendiri dan storan, yang merujuk kepada keupayaan bateri untuk mengekalkan cas yang disimpan di bawah keadaan persekitaran tertentu apabila ia berada dalam keadaan litar-terbuka.
(4) Ujian Kuasa Permulaan Memandangkan kuasa permulaan kereta agak besar, untuk menyesuaikan diri dengan permulaan kereta dalam keadaan suhu yang berbeza, ujian kuasa permulaan dijalankan pada pek bateri kuasa pada suhu rendah ($−18\\text{ darjah }$) dan suhu tinggi ($50\\text{ darjah }$). Ujian ini, selain diukur pada suhu bilik, secara amnya juga ditetapkan dengan nilai SOC untuk menentukan keupayaan nyahcas bateri pada keadaan cas yang berbeza. Ujian biasa ialah ujian kuasa yang dijalankan pada $90\\%$, $50\\%$ dan $20\\%$ SOC.
(5) Ujian Keupayaan Pengecasan PantasTujuan ujian ini adalah untuk menguji keupayaan pengecasan pantas bateri dengan melakukan ujian pengecasan-kadar tinggi pada pek bateri kuasa dan untuk memeriksa kecekapannya, penjanaan haba dan kesannya pada sifat lain. Untuk pengecasan pantas, standard USABC menyasarkan SOC bateri pulih daripada $40\\%$ kepada $80\\%$ dalam masa $15\\text{min}$. Pada masa ini, piawaian yang ditetapkan oleh persatuan CHAdeMO Jepun memerlukan pengecasan pek bateri kuasa kenderaan elektrik untuk kira-kira $10\\text{min}$ boleh menjamin kenderaan itu bergerak $50\\text{km}$; mengecas lebih daripada $30\\text{min}$ boleh menjamin kenderaan itu bergerak $100\\text{km}$.
(6) Ujian Hayat KitaranHayat kitaran bateri secara langsung mempengaruhi daya maju ekonomi penggunaan bateri. Apabila kapasiti sebenar bateri adalah lebih rendah daripada $80\\%$ daripada kapasiti awal atau kapasiti undian, bateri kuasa dianggap telah mencapai penghujung hayatnya. Kaedah utama yang digunakan dalam ujian ini adalah untuk melakukan kitaran cas dan nyahcas dalam keadaan tertentu, menggunakan bilangan kitaran sebagai indeks hayatnya. Memandangkan tempoh ujian untuk hayat bateri kuasa agak panjang, ujian biasanya berlangsung selama beberapa bulan atau bahkan setahun. Oleh itu, dalam operasi praktikal, kaedah menentukan bilangan kitaran ujian, mengukur kemerosotan kapasiti, dan kemudian melakukan ekstrapolasi linear berdasarkan data ini sering digunakan untuk ujian. Dalam bidang penyelidikan, untuk memendekkan masa ujian hayat bateri kuasa, kajian juga sedang dijalankan mengenai mempercepatkan penuaan bateri dengan meningkatkan suhu ujian dan kadar pengecasan/nyahcas untuk menguji hayat bateri kuasa dan pek bateri kuasa.
(7) Ujian KeselamatanPrestasi keselamatan bateri merujuk kepada penilaian potensi bahaya kepada orang dan peralatan yang mungkin disebabkan oleh penyimpanan dan penggunaan bateri simpanan. Terutama apabila bateri disalahgunakan, input tenaga tertentu menyebabkan bahan konstituen dalaman bateri mengalami tindak balas fizikal atau kimia yang menghasilkan sejumlah besar haba. Jika haba tidak dapat dilesapkan tepat pada masanya, ia boleh membawa kepada pelarian haba bateri. Larian haba boleh menyebabkan bateri membonjol, menjana gas mudah terbakar, pecah, retak, dan disertai dengan kebakaran, menyebabkan kemalangan keselamatan. Di antara banyak sumber kuasa kimia, keselamatan bateri-ion litium adalah amat penting. Item ujian keselamatan biasa untuk bateri kuasa ditunjukkan dalam Jadual 6-1.
Jadual 6-1 Item Ujian Keselamatan Biasa untuk Bateri Kuasa
| kategori | Kaedah Ujian Utama |
| Ujian Prestasi Elektrik | Caj terlebih,{0}}pelepasan, litar pintas luaran, nyahcas panas, dsb. |
| Ujian Mekanikal | Jatuh bebas, hentaman, penyemperitan, getaran, penyemperitan, dsb. |
| Ujian Terma | Pembakaran, pengimejan haba, kejutan haba, turun naik suhu, dsb. |
| Ujian Alam Sekitar | Simulasi vakum, rendaman, kelembapan, dsb. |
(8) Ujian Getaran BateriTujuan ujian ini adalah untuk mengesan kesan getaran dan kejutan yang kerap disebabkan oleh jalan raya terhadap prestasi dan hayat bateri kuasa dan pek bateri kuasa. Ujian getaran bateri terutamanya mengkaji ketahanan getaran bateri kuasa (pek) dan menggunakan ini sebagai asas untuk membimbing penambahbaikan reka bentuk struktur bateri kuasa (pek). Terdapat dua jenis getaran dalam ujian getaran: getaran sinusoidal atau getaran rawak. Oleh kerana pek bateri kuasa digunakan terutamanya dalam kenderaan, getaran rawak secara amnya digunakan untuk mensimulasikan keadaan operasi sebenar bateri dengan lebih baik.
Di atas hanyalah beberapa keperluan umum untuk menguji bateri kuasa (pek). Parameter dan keperluan khusus ujian akan berbeza-beza bergantung pada jenis bateri kuasa. Jadual 6-2 menunjukkan keperluan prestasi keselamatan dan kaedah ujian untuk pek bateri litium-ion dan sistem yang digunakan dalam kenderaan elektrik.
Jadual 6-2 Keperluan Prestasi Keselamatan dan Kaedah Ujian untuk Pek dan Sistem Bateri Litium-ion dalam Kenderaan Elektrik
| item | kategori | Kaedah Ujian | Keperluan Keselamatan |
| Ujian Keselamatan Biasa (Jadual 6-1) | Ujian Prestasi Elektrik | Caj terlebih,{0}}pelepasan, litar pintas luaran, nyahcas panas, dsb. | N/A |
| Ujian Mekanikal | Jatuh bebas, hentaman, penyemperitan, getaran, penyemperitan, dsb. | N/A | |
| Ujian Terma | Pembakaran, pengimejan haba, kejutan haba, turun naik suhu, dsb. | N/A | |
| Ujian Alam Sekitar | Simulasi vakum, rendaman, kelembapan, dsb. | N/A | |
| Keselamatan Bateri Li{0}}ion EV (Jadual 6-2) | Getaran | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 1. Rujuk kepada keperluan pemasangan kenderaan dan GB/T 2423.43-2008, pasang pada meja getaran. Uji dalam 3 arah ($Y \\to X \\to Z$). Prosedur merujuk kepada GB/T 2423.56-2018. 2. Untuk pemasangan bahagian bawah badan, parameter ujian mengikut 7.1.1.2 dalam GB/T 31467.3-2015. 3. Masa ujian ialah $2\\text{h}$ setiap arah (boleh dikurangkan kepada $0.5\\text{h}$). $2\\text{h}$ pemerhatian dibenarkan semasa atau selepas $30\\text{min}$. 4. Pantau status unit pemantauan minimum (voltan, rintangan, suhu). 5. Perhatikan $2\\text{h}$ semasa ujian. 6.Untuk peranti elektronik:i. Depan-dilekapkan: Ujian setiap 7.1.1.2.1 dalam GB/T 31467.3-2015. Lokasi lain: Ujian setiap GB/T 28046.3-2011. $2\\teks{h}$ dalam arah paksi $Z$ yang berbeza. Objek sisi: mod pengujaan dijalankan. ii. Beroperasi dalam mod $3.2$ setiap GB/T 28046.1-2011. | Pek bateri atau sistem mesti: Tidak mengalami kerosakan voltan dalam unit pemantauan minimum ($< 0.5\text{V}$), 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. |
| Kejutan Mekanikal | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Rujuk 7.2 Kejutan $25\\text{g}\\text{-}15\\text{ms}$ separuh-nadi sinus dalam GB/T 31467.3-2015, $3$ kejutan dalam arah paksi $Y$, perhatikan $2\\teks{h}$. | Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Jatuhkan | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Jatuhkan daripada $1\\text{m}$ ke tanah keras dalam arah jatuh yang paling mungkin (jika tidak, arah jatuh yang paling stabil mungkin, $X$-ujian paksi), perhatikan $2\\text{h}$. | Tiada kunci arus nyahcas, lonjakan voltan atau kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Terbalik | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Rujuk 7.3.2 dalam GB/T 31467.3-2015: $90\\teks{ darjah }$ condongkan untuk $6\\teks{h}$, kemudian $90\\teks{ darjah }$ kenaikan, tahan $1\\teks{h}$$ setiap satu, $3\\teks{h}$$ setiap satu, $3\\teks{6}$ putaran terhenti. Perhatikan $2\\text{h}$. 3. Putar $360\\text{ darjah }$ sekitar $X$-paksi pada $6\\text{ darjah }/\\text{s}$, kemudian $90\\text{ darjah }$ kenaikan, tahan $1\\text{h}$ setiap satu, $360\\text{ darjah }$ putaran terhenti. Perhatikan $2\\teks{h}$. 4. Putar $360\\teks{ darjah }$ sekitar $Y$-paksi pada $6\\teks{ darjah }/\\text{s}$, kemudian $90\\teks{ darjah }$ kenaikan, tahan $1\\teks{h}$ setiap satu, $360\\teks{ darjah }$ putaran dihentikan. Perhatikan $2\\text{h}$. | Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan, mengekalkan sambungan yang boleh dipercayai. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Kecerunan Maksimum | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Dipasang secara mendatar pada troli. Ulangi nadi yang dinyatakan dalam Rajah 3 Jadual 7 dalam SAE J2380 atau GB/T 31467.3-2015 (sepanjang $X$-axis $5\\text{s}$, sepanjang $Y$-axis $5\\text{s}$) dalam arah perjalanan mendatar untuk ($Y$-axis) $2\\teks{h}$. | Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Hancurkan | 1. Test Object: Battery Pack or System. 2. Crush conditions: ① Crushing surface: $12.5\text{mm}$ diameter semi-cylinder, length $>$ lebar. ② Arah: $X$-paksi, $Y$-paksi. ③ Daya: Awal $200\\text{kN}$ atau berhenti pada $30\\%$ ubah bentuk. ④ Perhatikan $1\\text{h}$. ⑤ Tahan untuk $10\\text{min}$. | Tiada kebocoran, kebakaran, atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. Tiada kebakaran atau letupan (untuk set keperluan kedua). | |
| Kejutan Suhu | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Suhu berselang-seli $(-40\\pm2)\\teks{ darjah }$, maksimum $30\\teks{min}$ tempoh yang melampau. Kekalkan pada setiap ekstrem untuk $6\\text{h}$, $5$ kitaran. Perhatikan $2\\text{h}$ pada suhu bilik. | Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Kitaran Haba Lembap | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Rujuk GB/T 2423.4-2018 Ujian kitaran haba lembap $Db$. Rajah 4 dalam GB/T 31467.3-2015 ($80\\text{ darjah }$ suhu maks), $5$ kitaran. Perhatikan $2\\text{h}$ pada suhu bilik. | Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ dalam lingkungan $30\\text{min}$ selepas ujian. | |
| Rendaman Air Laut | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Diikat dengan selamat dengan abah-abah disambungkan, rendam dalam larutan NaCl $3.5\\%$ (air laut) untuk $2\\teks{h}$ melebihi jarak pengangkutan sebenar. Gantung melalui bentuk injap hidraulik. | Tiada kebakaran atau letupan. | |
| Api Luaran | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Rujuk 7.10 Kebakaran Luaran dalam GB/T 31467.3-2015. | Tiada kebakaran atau letupan. Jika nyalaan berlaku, mesti padam dalam masa $2\\text{min}$ selepas pengalihan sumber api. | |
| Semburan Garam | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Rujuk Semburan Garam 7.11 dalam GB/T 31467.3-2015. | Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. | |
| Ketinggian Tinggi | 1. Objek Ujian: Pek Bateri atau Sistem. 2. Altitud $4000\\teks{m}$ atau tekanan yang setara, suhu bilik. 3. Disimpan untuk $5\\teks{h}$ dalam persekitaran ujian setiap 7.12.2 GB/T 31467.3-2015, kemudian dinyahcas pada $1}$1 (maks. $400\\text{A}$) atau ke cut-off. Perhatikan $2\\text{h}$. | Tiada kunci arus nyahcas, lonjakan voltan atau kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Melebihi-Perlindungan suhu | 1. Objek Ujian: Sistem Bateri. 2. Rujuk 7.13 Lebih-Perlindungan suhu dalam GB/T 31467.3-2015. | BMS akan berfungsi. Tiada kebocoran gas, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Perlindungan Litar pintas | 1. Objek Ujian: Sistem Bateri. 2. Rujuk 7.14 Perlindungan Litar Pintas dalam GB/T 31467.3-2015. | Peranti perlindungan hendaklah berfungsi. Tiada kebocoran, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Perlindungan Caj Terlebih | 1. Objek Ujian: Sistem Bateri. 2. Rujuk 7.15 Perlindungan Caj Terlebih dalam GB/T 31467.3-2015. | BMS akan berfungsi. Tiada kebocoran gas, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. | |
| Lebih-Perlindungan pelepasan | 1. Objek Ujian: Sistem Bateri. 2. Rujuk 7.16 Lebih-Perlindungan nyahcas dalam GB/T 31467.3-2015. | BMS akan berfungsi. Tiada kebocoran gas, selongsong luar pecah, kebakaran atau letupan. Rintangan penebat $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ selepas ujian. |
Nota: Jadual 6-2 merujuk terutamanya GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 dan GB/T 28046.1-2011.
