Güç pilleri için temel test ilkeleri ve yöntemleri nelerdir?
Güç Pil Testinin Temel Prensipleri ve Yöntemleri
Kimyasal güç kaynaklarının temel elektrokimyasal özellikleri arasında kapasite, voltaj, iç direnç, kendi kendine deşarj, depolama performansı, yüksek ve düşük sıcaklık performansı vb. yer alır. Tipik bir ikincil kimyasal güç kaynağı olarak güç pilleri ayrıca şarj ve deşarj performansını, döngü performansını, dahili basıncı vb. içerir. Bu nedenle, tek bir güç pil hücresi için ana performans testi içerikleri şunları içerir: şarj ve deşarj performans testi, deşarj performansı testi, deşarj kapasitesi ve hız performans testi, yüksek ve düşük sıcaklık performans testi, enerji ve spesifik enerji testi, güç ve spesifik güç testi, depolama performansı ve kendi kendine-deşarj testi, ömür testi, dahili direnç testi, dahili basınç testi ve güvenlik testi vb.
Gerçek araç uygulaması açısından bakıldığında, test nesnesi olarak elektrikli araçlara uygulanan güç akü paketi ile araç kullanımına uygun bir dizi test gerçekleştirilir, örneğin: statik kapasite tespiti, dinamik kapasite tespiti, hareketsiz test, başlatma gücü testi, hızlı şarj kapasitesi testi, çevrim ömrü testi, güvenlik testi, akü titreşim testi, tepe güç tespiti, kısmi deşarj tespiti, maksimum eğim güç testi, termal performans testi vb.
(1) Statik Kapasite Tespiti Bu testin temel amacı, araç fiili kullanımdayken güç akü paketinin yeterli şarj ve enerjiye sahip olduğunu ve önceden belirlenmiş çeşitli deşarj oranları ve sıcaklıklar altında normal şekilde çalışabileceğini belirlemektir. Ana test yöntemi, sabit sıcaklık koşulları altında yavaş deşarj testidir ve güç pil paketinin voltajı ayarlanan bir değere düştüğünde veya güç pil paketi içindeki tek hücrelerin tutarlılığı (voltaj farkı) ayarlanan bir değere ulaştığında deşarj sonlandırılır.
(2) Dinamik Kapasite TespitiElektrikli bir aracın çalışması sırasında güç aküsünün çalışma sıcaklığı ve deşarj oranı dinamiktir. Bu test esas olarak, farklı sıcaklıklar ve deşarj hızlarında enerji ve kapasiteye yansıyan dinamik deşarj koşulları altında güç pil paketinin kapasitesini tespit eder. Ana test yöntemi, önceden belirlenmiş bir akım profilini veya fiili olarak aracın uygulamasından toplanan bir akım profilini kullanarak güç akü paketinin deşarj performans testini gerçekleştirmektir. Testin sonlandırma koşulu, test koşullarına ve güç pilinin özelliklerine göre ayarlanır ancak temel olarak voltajın belirli bir değere düşmesi standardını takip eder. Bu yöntem, elektrikli araçların gerçek uygulama ihtiyaçlarını daha doğrudan ve doğru bir şekilde yansıtabilir.
(3) Sakinlik TestiBu testin amacı, elektrikli aracın belirli bir süre kullanılmadığı ve pilin açık-devre bırakıldığı durumu simüle etmek için kullanılan, güç pil paketinin belirli bir süre kullanılmadığında kapasite kaybını tespit etmektir. Hareketsiz test aynı zamanda kendi kendine-deşarj ve depolama performansı testi olarak da bilinir; bu, pilin açık devre durumundayken belirli çevresel koşullar altında depolanan şarjını koruyabilme yeteneğini ifade eder.
(4) Güç Testini Başlatma Bir arabanın çalıştırma gücü nispeten büyük olduğundan, aracın farklı sıcaklık koşullarında çalıştırılmasına uyum sağlamak için, düşük sıcaklıkta ($−18\\text{ derece }$) ve yüksek sıcaklıkta ($50\\text{ derece }$) güç aküsü üzerinde çalıştırma gücü testleri gerçekleştirilir. Bu test, oda sıcaklığında ölçülmesinin yanı sıra, pilin farklı şarj durumlarındaki deşarj kapasitesini belirlemek amacıyla genellikle bir SOC değeriyle de ayarlanır. Yaygın testler $90\\%$, $50\\%$ ve $20\\%$ SOC'de gerçekleştirilen güç testleridir.
(5) Hızlı Şarj Edilebilirlik TestiBu testin amacı, güç pil paketi üzerinde yüksek-hızlı şarj testleri gerçekleştirerek pilin hızlı şarj etme kapasitesini test etmek ve verimliliğini, ısı üretimini ve diğer özellikler üzerindeki etkisini incelemektir. Hızlı şarj için USABC standardı, pil SOC'sinin 15$\\text{min}$ içinde 40$\\%$ değerinden 80$\\%$ düzeyine çıkmasını hedefliyor. Şu anda, Japonya'nın CHAdeMO derneği tarafından belirlenen standart, elektrikli araç güç pil paketinin yaklaşık 10$\\text{min}$ tutarında şarj edilmesinin, aracın 50$\\text{km}$ yol kat etmesini garanti etmesini gerektirmektedir; 30$\\text{min}$'dan fazla ücret almak, aracın 100$\\text{km}$ yol kat etmesini garanti edebilir.
(6) Çevrim Ömrü TestiPilin çevrim ömrü, pil kullanımının ekonomikliğini doğrudan etkiler. Pilin gerçek kapasitesi, başlangıç kapasitesinin veya nominal kapasitesinin 80 $\\%$ değerinden düşük olduğunda, güç pilinin kullanım ömrünün sonuna ulaştığı kabul edilir. Bu testte kullanılan ana yöntem, döngü sayısını ömrünün göstergesi olarak kullanarak belirli koşullar altında şarj ve deşarj döngülerini gerçekleştirmektir. Güç pil ömrüne ilişkin test süresi nispeten uzun olduğundan, test genellikle birkaç ay, hatta bir yıl sürer. Bu nedenle, pratik uygulamada, test döngülerinin sayısını belirleme, kapasite düşüşünü ölçme ve daha sonra bu verilere dayalı olarak doğrusal ekstrapolasyon gerçekleştirme yöntemleri genellikle test için kullanılır. Araştırma alanında, güç pili ömrü test süresini kısaltmak amacıyla, güç pilleri ve güç pil paketlerinin ömrünü test etmek amacıyla test sıcaklığı ve şarj/deşarj oranlarının artırılması yoluyla pilin yaşlanmasının hızlandırılmasına yönelik çalışmalar da yürütülmektedir.
(7) Güvenlik TestiPil güvenliği performansı, depolama pillerinin depolanması ve kullanılması nedeniyle insanlara ve ekipmanlara gelebilecek potansiyel zararın değerlendirilmesini ifade eder. Özellikle pilin kötüye kullanılması durumunda, spesifik enerji girdisi, pili oluşturan iç malzemelerin büyük miktarda ısı üreten fiziksel veya kimyasal reaksiyonlara girmesine neden olur. Isı zamanında dağıtılamazsa, pilin termal kaçak yapmasına yol açabilir. Termal kaçak, pilin şişmesine, yanıcı gaz üretmesine, kırılmasına, çatlamasına ve yangınla birlikte güvenlik kazalarına neden olmasına neden olabilir. Birçok kimyasal güç kaynağı arasında lityum-iyon pillerin güvenliği özellikle önemlidir. Güç pilleri için ortak güvenlik testi öğeleri Tablo 6-1'de gösterilmektedir.
Tablo 6-1 Güç Pilleri için Ortak Güvenlik Testi Öğeleri
| Kategori | Ana Test Yöntemleri |
| Elektriksel Performans Testi | Aşırı şarj, aşırı-deşarj, harici kısa devre, sıcak deşarj vb. |
| Mekanik Test | Serbest düşme, darbe, ekstrüzyon, titreşim, ekstrüzyon vb. |
| Termal Test | Yanma, termal görüntüleme, termal şok, sıcaklık dalgalanması vb. |
| Çevre Testi | Vakum simülasyonu, daldırma, nem vb. |
(8) Pil Titreşim TestiBu testin amacı yolların neden olduğu sık titreşim ve sarsıntıların güç aküleri ve güç aküsü paketlerinin performansı ve ömrü üzerindeki etkisini tespit etmektir. Akü titreşim testi temel olarak güç pilinin (paketin) titreşim dayanıklılığını inceler ve bunu güç pilinin (paketin) yapısal tasarımının iyileştirilmesine rehberlik etmek için bir temel olarak kullanır. Titreşim testinde iki tür titreşim vardır: sinüzoidal titreşim veya rastgele titreşim. Güç akü paketleri çoğunlukla araçlarda kullanıldığından, akünün gerçek çalışma koşullarını daha iyi simüle etmek için genellikle rastgele titreşim benimsenir.
Yukarıdakiler, güç pillerini (paketlerini) test etmek için yalnızca bazı genel gereksinimlerdir. Testin spesifik parametreleri ve gereksinimleri, güç pilinin türüne bağlı olarak değişecektir. Tablo 6-2, elektrikli araçlarda kullanılan lityum iyon pil paketleri ve sistemleri için güvenlik performansı gereksinimlerini ve test yöntemlerini göstermektedir.
Tablo 6-2 Elektrikli Araçlardaki Lityum İyon Pil Paketleri ve Sistemlerine İlişkin Güvenlik Performansı Gereksinimleri ve Test Yöntemleri
| Öğe | Kategori | Test Yöntemi | Güvenlik Gereksinimleri |
| Ortak Güvenlik Testi (Tablo 6-1) | Elektriksel Performans Testi | Aşırı şarj, aşırı-deşarj, harici kısa devre, sıcak deşarj vb. | N/A |
| Mekanik Test | Serbest düşme, darbe, ekstrüzyon, titreşim, ekstrüzyon vb. | N/A | |
| Termal Test | Yanma, termal görüntüleme, termal şok, sıcaklık dalgalanması vb. | N/A | |
| Çevre Testi | Vakum simülasyonu, daldırma, nem vb. | N/A | |
| EV Li-iyon Pil Güvenliği (Tablo 6-2) | Titreşim | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 1. Araç montaj gereksinimlerine ve GB/T 2423.43-2008'e bakın, titreşim masasına takın. 3 yönde test edin ($Y \\to X \\to Z$). Prosedür GB/T 2423.56-2018. 2. anlamına gelir. Alt gövde kurulumları için, GB/T 31467.3-2015. 3. cinsinden 7.1.1.2'ye göre test parametreleri. Test süresi yön başına $2\\text{h}$'dır ($0,5\\text{h}$'a düşürülebilir). $2\\text{h}$ gözleme $30 sırasında veya sonrasında izin verilir\\text{min}$. 4. Minimum izleme ünitesi durumunu izleyin (voltaj, direnç, sıcaklık). 5. Test sırasında $2\\text{h}$ gözlemleyin. 6.Elektronik cihazlar için:Ben. Öne-montajlı: GB/T 31467.3-2015'te 7.1.1.2.1'e göre test edilmiştir. Diğer konumlar: GB/T 28046.3-2011'e göre test. $2\\text{h}$ farklı $Z$ ekseni yönlerinde. Yan nesneler: uyarma modu yürütüldü. ii. GB/T 28046.1-2011 başına $3,2$ modunda çalışın. | Pil paketi veya sistem: Minimum izleme ünitesinde ($) voltaj düşüşü olmamalıdır.< 0.5\text{V}$), 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. |
| Mekanik Şok | 1. Test Nesnesi: Pil Takımı veya Sistem. 2. 7.2 Şok $25\\text{g}\\text{-}15\\text{ms}$ yarım-sinüs darbesi, GB/T 31467.3-2015'e bakın, $Y$ ekseni yönünde $3$ şoklar, $2\\text{h}$ gözlemleyin. | Sızıntı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Düşürmek | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. $1\\text{m}$'dan sert zemine en olası düşme yönünde bırakın (aksi takdirde mümkün olan en kararlı düşme yönü, $X$-eksen testi), $2\\text{h}$'ı gözlemleyin. | Deşarj akımında kilitlenme, voltaj dalgalanması veya sızıntısı, dış muhafazanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Yuvarlanmak | 1. Test Nesnesi: Pil Takımı veya Sistem. 2. GB/T 31467.3-2015'teki 7.3.2'ye bakın: $6\\text{h}$ için $90\\text{ derece }$ eğim, ardından $90\\text{ derece }$ artışlar, her biri $1\\text{h}$ tutun, 360$\\text{ derece }$ dönüş durduruldu. $2\\text{h}$. 3. $360\\text{ derece }$'yi $X$-ekseni etrafında $6\\text{ derece }/\\text{s}$'da döndürdüğünü gözlemleyin, ardından $90\\text{ derece }$ artışlarla, her biri için $1\\text{h}$ tutun, $360\\text{ derece }$ döndürme durduruldu. $2\\text{h}$. 4. $360\\text{ derece }$'yi $Y$-ekseni etrafında $6\\text{ derece }/\\text{s}$'da döndürdüğünü gözlemleyin, ardından $90\\text{ derece }$ artışlarla, her biri $1\\text{h}$'da tutun, $360\\text{ derece }$ döndürme durduruldu. $2\\text{h}$'a dikkat edin. | Sızıntı, dış kaplama yırtılması, yangın veya patlama yok; güvenilir bağlantıyı koruyun. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Maksimum Gradyan | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. Bir arabaya yatay olarak monte edilmiştir. SAE J2380 veya GB/T 31467.3-2015'te Tablo 7'nin Şekil 3'ünde belirtilen darbeyi ($X$-eksen $5\\text{s}$ boyunca, $Y$-eksen $5\\text{s}$ boyunca) yatay hareket yönünde ($Y$-ekseni) $2\\text{h}$ için tekrarlayın. | Sızıntı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Ezmek | 1. Test Object: Battery Pack or System. 2. Crush conditions: ① Crushing surface: $12.5\text{mm}$ diameter semi-cylinder, length $>$ genişlik. ② Yön: $X$-ekseni, $Y$-ekseni. ③ Zorla: Başlangıç $200\\text{kN}$ veya $30\\%$ deformasyonda dur. ④ $1\\text{h}$'a dikkat edin. ⑤ 10$\\text{min}$ kadar bekleyin. | Sızıntı, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. Yangın veya patlama yok (ikinci gereksinimler grubu için). | |
| Sıcaklık Şoku | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. Alternatif sıcaklık $(-40\\pm2)\\text{ derece }$, aşırı uçlarda maksimum $30\\text{min}$ süre. $6\\text{h}$, $5$ döngü boyunca her uç noktayı koruyun. Oda sıcaklığında $2\\text{h}$ gözlemleyin. | Sızıntı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Nemli Isı Döngüsü | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. GB/T 2423.4-2018'e bakın $Db$ nemli ısı döngülerini test edin. GB/T 31467.3-2015'teki Şekil 4 (80$\\text{ derece }$ maksimum sıcaklık), 5$ döngü. Oda sıcaklığında $2\\text{h}$ gözlemleyin. | Sızıntı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$ testten sonra $30\\text{min}$ içinde. | |
| Deniz Suyuna Daldırma | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. Kablo demeti bağlıyken güvenli bir şekilde sabitlenmiş, gerçek taşıma mesafesi boyunca $2\\text{h}$ karşılığında $3,5\\%$ NaCl çözeltisine (deniz suyu) daldırın. Hidrolik valf formuyla askıya alın. | Yangın veya patlama yok. | |
| Dış Yangın | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. GB/T 31467.3-2015'teki 7.10 Harici Yangın'a bakın. | Yangın veya patlama yok. Alev oluşursa, yangın kaynağının kaldırılmasından sonra $2\\text{min}$ içinde söndürülmesi gerekir. | |
| Tuz Spreyi | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. GB/T 31467.3-2015'teki 7.11 Tuz Spreyi'ne bakın. | Sızıntı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. | |
| Yüksek İrtifa | 1. Test Nesnesi: Pil Paketi veya Sistem. 2. Yükseklik $4000\\text{m}$ veya eşdeğer basınç, oda sıcaklığı. 3. GB/T 31467.3-2015'in 7.12.2'sine göre test ortamında $5\\text{h}$ karşılığında saklanır, ardından $1\\text{C}$ (maks. $400\\text{A}$) karşılığında veya kesilerek boşaltılır. $2\\text{h}$'a dikkat edin. | Deşarj akımında kilitlenme, voltaj dalgalanması veya sızıntısı, dış muhafazanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Aşırı-Sıcaklık Koruması | 1. Test Nesnesi: Akü Sistemi. 2. Bkz. GB/T 31467.3-2015'teki 7.13 Aşırı-Sıcaklık Koruması. | BMS çalışacaktır. Gaz sızıntısı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Kısa Devre Koruması | 1. Test Nesnesi: Akü Sistemi. 2. Bkz. GB/T 31467.3-2015'teki 7.14 Kısa Devre Koruması. | Koruma cihazı çalışacaktır. Sızıntı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Aşırı Şarj Koruması | 1. Test Nesnesi: Akü Sistemi. 2. GB/T 31467.3-2015'teki 7.15 Aşırı Şarj Koruması'na bakın. | BMS çalışacaktır. Gaz sızıntısı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. | |
| Aşırı-deşarj Koruması | 1. Test Nesnesi: Akü Sistemi. 2. GB/T 31467.3-2015'teki 7.16 Aşırı-Deşarj Koruması'na bakın. | BMS çalışacaktır. Gaz sızıntısı, dış kaplamanın yırtılması, yangın veya patlama yok. Testten sonra yalıtım direnci $\\ge 100\\text{Ω}/\\text{V}$. |
Not: Tablo 6-2'de temel olarak GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 ve GB/T 28046.1-2011 referans alınmaktadır.
