電池系統(tǒng)的設計主要是為了優(yōu)化電池在正常工作條件下的性能，并以保護電池為主要目的，但電池的工作條件總是超出其正常工作范圍。鋰離子電池測試一般分為三類：①表征和性能測試；②濫用測試；③認證測試。

表征和性能測試評估特定測試條件下電池性能的變化。特性測試通常使用電池測試來了解電池、模塊、電池或系統(tǒng)在特殊條件下的基本性能。

 

濫用測試通過將鋰離子電池置于濫用條件下的故障狀態(tài)來評估其安全性。濫用試驗包括過充電試驗、高壓試驗、針刺試驗、短路試驗、跌落試驗等。

濫用測試的主要目的是發(fā)現(xiàn)電池和電池組安全運行的極限條件。認證測試需要完成認證機構要求的一整套電池測試，重點有很多。例如，聯(lián)合國制定了危險貨物運輸?shù)臏y試標準，以確保貨物可以通過船運、空運或公路運輸。

 

鋰離子電池測試一般分為三類：①表征和性能測試；②濫用測試；③認證試驗

在電池系統(tǒng)設計過程中，電池工程師應收集足夠的信息，以滿足客戶在制定設計、驗證、規(guī)劃和報告協(xié)議時的要求。設計、驗證、規(guī)劃和報告協(xié)議應包括所有待執(zhí)行測試的具體細節(jié)，包括電池測試單元的數(shù)量、測試持續(xù)時間、測試地點以及電池測試失敗或成功的標準。

下表提供了一個設計、驗證、規(guī)劃和報告解決方案的示例。除了上述需要完成的測試、電池測試相關要求、認證標準和通過標準外，該解決方案還包括一份有準確記錄的電池測試報告。報告是最新的，設計和測試過程通常記錄在表格中，這既簡單又易于管理。

 

電池測試和表征

電池性能測試通常分幾個階段進行，從電池特性開始。電池表征的目的是確定電池在某些操作標準下的性能。

這使得系統(tǒng)工程師能夠設計一個系統(tǒng)，確保電池不會在這個范圍之外運行。表征通常是一系列充電/放電循環(huán)，在同一電池測試循環(huán)期間在多個溫度范圍內(nèi)進行。

表征電池測試通常使用“循環(huán)器”或“通道”，為電池、模塊或電池組提供電流和功率，電池組由提供可編程特性的獨立單元控制，最后在熱盒中進行電池測試。

確保電池在測試過程中溫度相同。熱盒使電池、模塊或電池組能夠在特定溫度下進行測試，通常為-40至60℃及以上。

除了性能測試外，在表征階段還必須進行一定量的循環(huán)壽命測試。此電池測試的目的是確保電池在使用壽命結束時達到所需的功率和能量，并確保電池達到其保修目標。

表征測試由許多測試組成，其中回路測試可能是表征測試中運行時間最長的部分，根據(jù)電池尺寸的不同，持續(xù)時間長達一年。

 

 

例如，常見的情況是，大型10~16kWh插電式混合動力汽車或純電動汽車的電池循環(huán)壽命測試需要400~420天才能完成，因為在充放電測試中，電能必須充滿或放電，并且在電池組的放電和充電過程中需要充電（循環(huán)）和休息時間。

在這個例子中，你可以很幸運地每天完成一個循環(huán)。例如，如果你在120V和15A（約1℃）下用10.5kWh的可用能量測試雪佛蘭Volt的電池，你需要在3到4小時內(nèi)給電池充滿電，然后再次給電池放電。

如果電池每天充放電一次，持續(xù)10年，每年365次，10年3650次。因此，即使每天進行三次循環(huán)，也需要1200多天（超過3年）才能完成此電池測試計劃！

如果測試單個細胞，特別是當細胞相對較小時，它可以每天循環(huán)多次。在設計、驗證、規(guī)劃和報告協(xié)議時，必須對最終產(chǎn)品進行循環(huán)壽命測試。因此，為了節(jié)省時間，可以直接對最終產(chǎn)品進行測試。

 

FreedomCAR電池測試手冊由先進電池聯(lián)盟于2003年制定，電池測試包括：

▎靜態(tài)容量測試-此電池測試的目的是確定特定放電速率下的電池容量。

▎容量損失–測試特定速率下不可逆容量的損失。

▎混合電源脈沖特性（HPPC）測試–測試電池或電池是否能夠達到性能目標?；旌厦}沖表征測試相對簡單，通常涉及非常短的放電時間，在充電前停滯一段時間，然后重復這些過程。

 

 

經(jīng)過這些測試，可以獲得大量數(shù)據(jù)，包括放電深度與阻抗之間的關系、脈沖功率容量、不同放電深度下的能量和功率可用性、循環(huán)過程中的功率和能量損失、電池的最大和最小放電值、運行過程中釋放的熱量等。

剩余的特性測試也應包括在設計、驗證、規(guī)劃和報告協(xié)議中：

▎自放電測試–幫助電池設計確定電池存儲過程中的能量損失。

▎冷啟動測試–測試電池在低溫下可以提供多少功率來啟動或重新啟動汽車。

▎熱性能測試——不同溫度下的功率和能量可用性。

▎能源效率測試——整體系統(tǒng)能源效率，運行過程中的能源損失。

▎循環(huán)壽命測試–在預設的運行環(huán)境中可以回收多少圖形。

▎時間壽命測試–確定電池可以運行多長時間。

這只是眾多表征測試中的一個例子。在工業(yè)和消費者應用中，有些特性測試是相似的，有些則完全不同。

基于鉛酸電池的評估測試已經(jīng)應用于鋰離子電池領域。雖然本次電池測試主要針對電池和啟動/停止電池，但對于啟動/停止鋰離子電池也是一個很好的參考。

 

安全性和濫用測試

安全和濫用電池測試涵蓋了廣泛的主題，包括單個電池或整個電池的過度充電、電池和電池的針刺測試、模擬沖擊和振動測試、在電池外殼上噴灑腐蝕性鹽溶液和礫石，以及高壓水沖擊。

并非所有應用程序都需要測試上述項目。在選擇安全和濫用測試時，測試應根據(jù)市場、應用和地理位置進行選擇。

 

 

桑迪亞國家實驗室于2006年發(fā)布的《FreedomCAR電動和混合動力電動汽車濫用測試手冊》提供了一個良好的動力電池濫用測試框架、測試條件和需要記錄的數(shù)據(jù)。

 

FreedomCAR濫用電池測試主要分為三類：

▎機械濫用測試——包括沖擊、銷、跌落、浸入、側翻、振動。

▎熱濫用測試——包括耐熱性、模擬燃料火災、高溫儲存、快速充電和快速放電、熱沖擊。

▎電氣濫用測試-過充電、高電壓、短路、過放電和電壓反轉、部分短路。

FreedomCAR電動和混合動力汽車濫用測試基于先進電池聯(lián)盟于1999年制定的第一個濫用測試指南。FreedomCAR的許多測試也包括在USCAR濫用測試中。

 

USCAR濫用測試包括：

▎機械濫用測試——沖擊、跌落、針刺、翻滾、滲透和擠壓。

▎熱濫用測試——熱輻射、耐熱性、中性隔熱、過熱/熱失控、熱沖擊、高溫儲存測試。

▎電源濫用測試——短路、部分短路、過充電、過放電、電壓反轉。

 

電化學儲能系統(tǒng)的振動試驗：

在美國和歐洲，濫用測試的結果幾乎都是使用FreedomCAR危險等級或EUCAR危險級別進行評估的（見表1）。這兩個系統(tǒng)是相同的。FreedomCAR系統(tǒng)是在EUCAR系統(tǒng)的基礎上開發(fā)的，因此本質(zhì)上，這兩個系統(tǒng)共享相同的濫用測試和評估系統(tǒng)。在實踐中，世界上大多數(shù)鋰離子電池制造商都認可這兩種評估系統(tǒng)。

評估系統(tǒng)級別在0到7之間。0級意味著對電池或電池沒有影響，而7級則被認為會導致電池系統(tǒng)爆炸或能量快速釋放。理想的結果是，在第0、1和2階段，被動保護開啟，造成輕微損壞，但沒有氣體、火災、破裂和結構松動。

4至7級更難解決，通常需要額外的系統(tǒng)保護措施。當電池氣體、電解液損失超過50%時，可以認為是4級；當測試到火焰或電池起火時，可以認為是5級；細胞破裂，但沒有物質(zhì)濺出，可以認為是6級；當電池爆炸，電池部件向外飛，核心結構倒塌時，這被認為是7級。

2014年，太平洋西北國家實驗室（PNNL）制定了與儲能系統(tǒng)安全相關的規(guī)范和標準，其中包括所有工業(yè)、電網(wǎng)、固定和家用儲能系統(tǒng)的開發(fā)、測試、認證和安裝的所有法律、法規(guī)、指南、標準和法規(guī)。

隨著鋰離子電池儲能系統(tǒng)的使用不斷增長，法律法規(guī)需要與技術相適應，本規(guī)范和標準起到了示范作用。

 

認證電池測試

認證測試主要有兩個目標：

① 證明產(chǎn)品是否適用于某一領域，如DNV測試，主要是證明電池組是否適用于海洋領域；美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）進行的電池測試，以確定電池組是否可用于機動車；保險商實驗室（UL）電池測試驗證電池是否適用于家用電器和家用生活。

② 確保運輸過程中人員和設備的安全。這主要是由聯(lián)合國關于危險貨物運輸?shù)奶岚笡Q定的，這些提案由不同國家結合本國的運輸條例實施。

 

聯(lián)合國危險貨物運輸標準：

鋰離子運輸電池測試手冊是在幾起涉及鋰離子的重大空中事故后編寫的。《聯(lián)合國危險貨物運輸手冊》第38.3節(jié)明確規(guī)定，鋰金屬和鋰離子電池在運輸前必須通過手冊中提及的測試。第38.3節(jié)描述了鋰離子電池的非常詳細的測試方法，以確保鋰離子電池運輸過程中人員和其他設備的安全。

 

 

美國運輸局（U.S.Dot）和許多其他國家只承認聯(lián)合國認證的危險貨物運輸電池測試。然而，一些國家要求電池在國內(nèi)生產(chǎn)之前必須在國內(nèi)進行測試。

聯(lián)合國手冊在電池、模塊和電池組認證測試方面各不相同，但通常包含八個項目。

并非所有八項測試都必須執(zhí)行，但必須進行評估以確定是否需要完成。例如，如果手冊指示電池沒有過充電，則可能不會進行T7過充電電池測試。

這在當時必須進行測試，后來被大多數(shù)電池公司放棄。主要原因是大多數(shù)電池和小型電池組都沒有安裝過充電保護，電池測試肯定會失敗，但后續(xù)的電池系統(tǒng)會設計和安裝適當?shù)倪^充電保護措施，因此無需對電池進行過充電測試。

同樣，對于大型電池測試，通過電池和模塊測試后不需要重新認證。對于插電式混合動力車、純電動汽車和固定設計的電池組，電池測試費用為1萬至1.5萬美元，而對于多個電池組來說則極其昂貴。這就是為什么聯(lián)合國提議不需要限制通過電池和模塊測試后認證的電池組數(shù)量。

聯(lián)合國手冊規(guī)定：當電池通過所有測試并電連接，重量超過500克或能量超過6200Wh，并采取內(nèi)部短路、過充電、過放電和過熱的保護措施時，不應進行電連接電池組的認證測試。

 

鋰離子電池保險商實驗室認證標準

安德沃斯實驗室（UL）在鋰離子電池認證測試方面非?；钴S。大多數(shù)UL認證和標準工作都集中在非動力鋰離子電池應用上，特別是在移動電源、家用電器以及工業(yè)和商業(yè)應用中。

盡管UL和國際電工委員會（IEC）在動力電池認證方面取得了長足進步，但電池制造商不愿進行認證測試。汽車工程師協(xié)會（SAE）等組織在電池生產(chǎn)后進行廣泛的電池測試，他們不愿意花費額外的錢來重復這種測試。

目前，UL仍與一些電動汽車組織合作，如SAE和IEC，但他們的認證測試代表專注于移動和家用電源。UL于2014年制定了2580電動汽車電池應用標準，以模擬濫用條件下的電池性能。

本標準包含一些動力汽車制造商和聯(lián)合國手冊要求的測試，包括一系列電氣、機械和環(huán)境測試。所以UL電池測試覆蓋范圍更廣，但尚未被制造商廣泛接受。

 

UL測試術語和適用的鋰離子電池的比較列表如下：

▎UL 1642鋰離子電池

▎UL 1973用于輕軌和固定設計應用的鋰離子電池

▎UL 1989備用電池

▎UL 2054堿性電池或鋰離子電池組/堿性電池組

▎UL 2271輕型電動汽車動力電池

▎UL 2580動力電池

▎ULCSA/EC 60950（通常與UL一起使用，2054）

▎UL/CSA/IEC 60065音頻和視頻設備用電池

 

海事證書

鋰離子電池必須通過DNV-GL、Lloyd’s和ABS認證測試，才能用于船舶應用。這些組織正處于認證船用鋰離子電池的早期階段。這三個機構已經(jīng)發(fā)布了一套新的鋰離子電池組和系統(tǒng)可靠性標準，但尚未發(fā)布電池級別的可靠性標準。

以上是所有重要的電池測試。我們還寫了一系列關于電池的操作文章，比如如何處理膨脹的電池，希望你能在這里找到有用的信息。