Lista di controllo per il test della batteria: capacità, scarica, durata del ciclo e sicurezza

Un pacco batteria non dovrebbe essere approvato solo perché il suo voltaggio e la sua capacità appaiono corretti su una scheda tecnica. Il pacchetto finito deve essere testato come sistema completo, comprese celle, connessioni, BMS o PCM, cavi, connettori, isolamento e involucro.

Per i progetti OEM, i test dovrebbero rispondere a quattro domande:

• Il pacco fornisce le prestazioni elettriche richieste?

• Può supportare i carichi normali e di picco del dispositivo?

• Rimane stabile durante l'uso ripetuto?

• Le sue funzioni di protezione, meccaniche e di sicurezza soddisfano i requisiti del progetto?

Una cosa ben definita Il piano di test del pacco batteria aiuta gli ingegneri a confrontare i campioni, identificare le variazioni di produzione e ridurre il rischio di approvare un pacco che non funziona correttamente nel dispositivo finale.

Risposta rapida: cosa dovrebbe essere incluso nel test della batteria?

Un piano di test completo del pacco batteria OEM può includere:

1. Aspetto e controllo dimensionale.

2. Verifica della tensione e della polarità a circuito aperto.

3. Test della capacità nominale.

4. Test di scarica continua.

5. Test di carico di picco e di abbassamento di tensione.

6. Test delle prestazioni di ricarica.

7. Test della funzione di protezione.

8. Test di durata del ciclo.

9. Monitoraggio dell'aumento della temperatura.

10. Ispezione di connettori, cavi e isolamenti.

11. Validazione meccanica e ambientale.

12. Registri dei test finali e revisione della tracciabilità.

Gli esatti criteri di accettazione dipendono dalla configurazione della batteria, dal tipo di cella, dal BMS, dal caricabatterie, dal carico del dispositivo e dall'ambiente operativo previsto.

1. Confermare le specifiche del test prima del test

I test dovrebbero iniziare con una specifica approvata piuttosto che con una generica lista di controllo di laboratorio.

Definire:

I risultati dei test sono significativi solo quando vengono registrati la corrente, la tensione, la temperatura, le condizioni di interruzione e i periodi di riposo.

2. Ispezione visiva, dimensionale e di polarità

Prima del test elettrico, ispezionare il pacco finito.

Controllo:

• dimensioni della batteria;

• peso;

• condizione della custodia o della custodia;

• isolamento;

• instradamento dei cavi;

• posizione del connettore;

• etichette e contrassegni;

• parti conduttrici esposte;

• ammaccature, forature o deformazioni anomale;

• pressacavo per cavi;

• polarità.

Il connettore deve essere controllato rispetto al disegno approvato. Un pacco potrebbe superare un test elettrico ma non riuscire comunque ad adattarsi al dispositivo host perché il cavo esce dalla posizione sbagliata.

Per i requisiti relativi alla custodia, rivedere spazio libero del vano batteria e protezione meccanica.

3. Test di tensione e continuità a circuito aperto

Il test della tensione a circuito aperto fornisce un controllo iniziale del pacco assemblato.

Verificare:

• tensione totale del pacco;

• polarità positiva e negativa;

• tensione tra i pin richiesti;

• continuità dei cavi di alimentazione;

• continuità dei cavi di segnale o di bilanciamento;

• assenza di cortocircuiti imprevisti.

Per i pacchi multicella, le tensioni delle singole celle o dei gruppi possono essere controllate anche tramite l'appropriato BMS o l'interfaccia di bilanciamento.

Questo test non dimostra la capacità o le prestazioni di carico. Si tratta di una fase di screening iniziale in grado di identificare errori di cablaggio, connessione o assemblaggio prima che inizino test più impegnativi.

4. Test della capacità della batteria

Il test della capacità determina la quantità di carica che il pacco può erogare in condizioni definite.

Un test di capacità dovrebbe documentare:

• stato di carica iniziale;

• tensione di carica;

• corrente di carica;

• tempo di riposo;

• corrente di scarica;

• tensione di interruzione della scarica;

• temperatura di prova;

• amperora misurati;

• wattora misurati;

• apparecchiature di prova.

La capacità può essere espressa in Ah o mAh. L'energia può essere espressa in Wh.

Il risultato misurato può variare con:

• velocità di scarico;

• tensione di interruzione;

• temperatura;

• età della batteria;

• Impostazioni BMS;

• tempo di riposo;

• precisione delle apparecchiature di prova.

Per il confronto OEM, utilizzare lo stesso metodo di test per ogni campione. Un valore di capacità senza condizioni di test non dovrebbe essere utilizzato come unica base per la valutazione del fornitore.

5. Test delle prestazioni di carica e scarica

La carica e la scarica dovrebbero essere testate insieme al caricabatterie e al sistema di protezione previsti, ove possibile.

Verifiche di carica

Verificare:

• tensione di carica;

• corrente di carica;

• tempo di ricarica;

• terminazione della carica;

• temperatura durante la ricarica;

• Comunicazione BMS o caricabatterie;

• comportamento di bilanciamento ove richiesto.

Controlli sulle dimissioni

Verificare:

• corrente di scarica continua;

• stabilità della tensione;

• comportamento di interruzione;

• capacità utilizzabile;

• aumento della temperatura;

• risposta di protezione;

• recupero dopo la rimozione del carico.

Il test dovrebbe rappresentare il carico effettivo del dispositivo anziché basarsi solo su un semplice test a corrente costante.

Il più ampio La guida alla progettazione del pacco batterie agli ioni di litio spiega come vengono definiti i requisiti di tensione, capacità, BMS e autonomia prima del test.

6. Test della corrente di picco e del calo di tensione

Alcuni dispositivi OEM assorbono picchi di corrente di breve durata durante l'avvio, la trasmissione, il funzionamento del motore o il movimento dell'attuatore.

I test di carico di punta dovrebbero registrare:

• corrente di picco;

• durata del picco;

• tensione prima del carico;

• tensione minima durante l'evento;

• tensione di recupero;

• temperatura del connettore e del cavo;

• se il BMS attiva la protezione.

Un pacchetto può avere una capacità nominale sufficiente ma causare comunque lo spegnimento del dispositivo se la tensione scende al di sotto della tensione di ingresso minima del sistema host.

Il test dovrebbe utilizzare il profilo di carico di picco effettivo ogniqualvolta sia disponibile. Se il carico varia nel tempo, un carico elettronico programmabile o il dispositivo finale possono fornire risultati più rappresentativi di una singola corrente costante.

7. Test della durata del ciclo

Il test della durata del ciclo valuta come cambia il pacco batteria dopo ripetuti cicli di carica e scarica.

Una definizione di ciclo dovrebbe specificare:

• corrente di carica;

• tensione di carica;

• periodo di riposo;

• corrente di scarica;

• interruzione dello scarico;

• temperatura ambiente;

• profondità di scarico;

• criterio di mantenimento della capacità;

• condizione di fine prova.

Il risultato dovrebbe identificare il numero di cicli completati e la capacità misurata a intervalli definiti.

I risultati del ciclo di vita sono influenzati da:

• chimica cellulare;

• velocità di scarico;

• tasso di addebito;

• temperatura operativa;

• profondità di scarico;

• impostazioni di taglio;

• Comportamento del BMS;

• condizioni meccaniche.

Non confrontare i valori della durata del ciclo di fornitori diversi a meno che i metodi di prova non siano equivalenti.

8. BMS e test delle funzioni di protezione

I test di protezione confermano se la batteria risponde adeguatamente a condizioni elettriche anomale.

A seconda del design, provare:

• protezione da sovraccarico;

• protezione da scarica eccessiva;

• protezione da sovracorrente;

• protezione da cortocircuito;

• protezione da sovratemperatura;

• protezione di carica a bassa temperatura;

• risposta allo squilibrio della tensione cellulare;

• funzione di bilanciamento;

• comunicazione e reporting sullo stato di carica.

I test di protezione devono essere eseguiti utilizzando una procedura di laboratorio approvata e adeguati controlli di sicurezza. Non dovrebbe comportare cortocircuiti manuali pericolosi, forature, aperture o abusi forzati della batteria.

La scelta del BMS o del PCM deve essere coerente con la configurazione della cella e l'architettura del dispositivo. Vedere PCM vs. BMS per batterie LiPo per la distinzione del sistema di protezione.

9. Test di aumento della temperatura

La temperatura deve essere monitorata durante:

• ricarica normale;

• scarico continuo;

• picco di scarico;

• operazione ripetuta;

• utilizzo del dispositivo a carico elevato;

• test di durata del ciclo.

Misurare la temperatura in luoghi rilevanti, come:

• cellule;

• BMS;

• connettore;

• terminali per cavi;

• superficie dell'involucro;

• componenti del dispositivo vicini.

Registra la temperatura ambiente, la corrente di carico, la durata del test e la posizione del sensore. Un risultato della temperatura senza condizioni di test è difficile da interpretare.

10. Test di connettori, cavi e isolamento

Il connettore e il cavo fanno parte del percorso elettrico della batteria e devono essere inclusi nei test.

Controllo:

• polarità del connettore;

• assegnazione dei pin;

• continuità dei contatti;

• lunghezza del cavo;

• calibro del filo;

• pressacavo per cavi;

• accoppiamento e ritenzione;

• caduta di tensione;

• aumento della temperatura;

• condizione di isolamento.

Per i requisiti di cavi o connettori personalizzati, vedere Come scegliere un connettore per un pacco batteria al litio personalizzato.

11. Prove meccaniche e ambientali

A seconda dell'applicazione, i test OEM possono includere:

• vibrazione;

• shock meccanico;

• ritenzione del connettore;

• piegatura del cavo;

• adattamento della custodia;

• simulazione dei trasporti;

• esposizione alla temperatura;

• esposizione all'umidità;

• valutazione della polvere o dell'umidità.

Il metodo di test specifico deve corrispondere all'ambiente operativo del prodotto. Un dispositivo indossabile, portatile, un prodotto medico e un sistema industriale possono richiedere una validazione meccanica diversa.

I test devono essere eseguiti sulla configurazione finita della batteria, compreso l'isolamento, il connettore, il BMS e l'involucro approvati.

12. Controlli di sicurezza e condizioni anomale

I test di sicurezza del pacco batteria dovrebbero concentrarsi sui rischi relativi al sistema finito.

Revisione:

• risposta al sovraccarico;

• risposta di scarica eccessiva;

• risposta di corrente eccessiva;

• risposta anomala della temperatura;

• condizione di isolamento;

• comportamento del comitato di protezione;

• polarità del connettore;

• consistenza della tensione delle celle;

• danni meccanici dopo test di validazione approvati.

I test di sicurezza devono essere condotti da personale qualificato con attrezzature e procedure adeguate. I team OEM non devono tentare esperimenti distruttivi sulle batterie o aprire manualmente confezioni danneggiate o gonfie.

I risultati dei test di sicurezza devono essere tenuti separati dalla documentazione normativa e di trasporto. Un test di prestazione, un test di sicurezza e un documento di trasporto non rappresentano automaticamente lo stesso requisito.

13. Testare la batteria nel dispositivo finale

Il test al banco è importante, ma la batteria dovrebbe essere testata anche sul prodotto reale.

I test a livello di dispositivo possono rivelare:

• perdite del convertitore;

• correnti di picco inaspettate;

• interferenza del connettore;

• problemi elettromagnetici o di comunicazione;

• accumulo termico;

• pressione della custodia;

• spegnimento prematuro a bassa tensione;

• autonomia diversa dalla stima teorica.

Un test pratico a livello di dispositivo può includere:

• modalità operativa normale;

• modalità di carico massimo;

• avvio e spegnimento;

• cicli di standby e di sonno;

• ricarica durante l'installazione;

• uso ripetuto;

• condizioni di temperatura realistiche.

Per l'approvazione dei campioni di pre-produzione, vedere Come convalidare un campione di batteria LiPo personalizzato prima della produzione di massa.

14. Registrazioni dei test e criteri di accettazione

Ogni test importante dovrebbe avere un record definito.

Un record di prova dovrebbe includere:

• modello della batteria o numero di progetto;

• numero di serie del campione;

• informazioni sulla cella e sul BMS;

• data della prova;

• apparecchiature di prova;

• operatore o laboratorio;

• temperatura di prova;

• condizioni di carica e scarica;

• risultato misurato;

• limite di accettazione;

• stato superato/fallito;

• commenti e deviazioni.

I criteri di accettazione dovrebbero essere concordati prima del test. Altrimenti, lo stesso risultato potrebbe essere giudicato diversamente dal fornitore della batteria e dall'acquirente OEM.

Un campione non dovrebbe essere approvato solo perché 'sembra normale'. I dati elettrici, le condizioni meccaniche, il comportamento di protezione e la documentazione dovrebbero essere esaminati insieme.

15. Lista di controllo per il test della batteria

Specifica

• L'intervallo di tensione è definito.

• Sono definiti la capacità nominale e l'obiettivo energetico.

• La corrente continua e quella di picco sono documentate.

• Le condizioni di carica e scarica sono specificate.

• La temperatura di prova viene registrata.

• Vengono identificati il ​​BMS e le funzioni di protezione.

Prove elettriche

• Tensione a circuito aperto.

• Polarità e continuità.

• Capacità nominale.

• Misurazione dell'energia.

• Scarico continuo.

• Prestazioni ai picchi di carico.

• Abbassamento di tensione.

• Comportamento in carica.

• Risposta di protezione.

• Funzione di comunicazione o bilanciamento ove applicabile.

Prove meccaniche e di sicurezza

• Dimensioni e peso.

• Condizioni del connettore e del cavo.

• Isolamento.

• Aumento della temperatura.

• Adatta alla custodia.

• Vibrazione o validazione meccanica ove richiesto.

• Protezione da condizioni anomale.

• Aspetto ed etichettatura.

Documentazione

• Metodo di prova.

• Attrezzatura di prova.

• Condizioni di prova.

• Risultati misurati.

• Limiti di accettazione.

• Identificazione del campione.

• Registro di tracciabilità.

• Registro delle deviazioni e delle azioni correttive.

Domande frequenti

Qual è il test più importante della batteria?

Non esiste un singolo test che dimostri la qualità completa della batteria. Capacità, scarica, carica, protezione, temperatura, condizioni meccaniche e prestazioni a livello di dispositivo devono essere valutate insieme.

Come viene testata la capacità della batteria al litio?

Il pacco viene caricato in condizioni definite e quindi scaricato a una corrente specifica fino a una tensione di interruzione definita. Gli Ah o Wh erogati vengono registrati insieme alla temperatura, alla corrente, alla tensione e alla durata del test.

Con quale frequenza è opportuno eseguire i test sulla durata del ciclo?

I test sulla durata del ciclo dovrebbero essere definiti durante il progetto OEM in base all'applicazione prevista e ai requisiti di qualificazione del fornitore. Viene normalmente utilizzato per la verifica della progettazione, la qualificazione o il monitoraggio periodico della qualità piuttosto che per ogni spedizione.

Perché il test del calo di tensione è importante?

L'abbassamento di tensione mostra come si comporta il pacco sotto carico. Un abbassamento eccessivo può causare il ripristino del dispositivo, la perdita di prestazioni del motore o una protezione prematura da bassa tensione anche quando il pacco ha una capacità nominale sufficiente.

Un test di capacità dimostra che una batteria è sicura?

No. La capacità misura solo la carica o l'energia erogata in condizioni definite. La sicurezza richiede anche una valutazione delle funzioni di protezione, della temperatura, dell'isolamento, della meccanica e del sistema.

Può una batteria superare i test di laboratorio ma fallire nel dispositivo?

SÌ. Il dispositivo può avere un profilo di carico, una perdita del convertitore, una disposizione dei connettori, un ambiente termico o un limite di bassa tensione diversi. È quindi importante eseguire il test all'interno del dispositivo finito.

Conclusione

Il test del pacco batteria dovrebbe verificare una tensione e una capacità superiori a quelle nominali. Un piano di test OEM dovrebbe coprire la carica, la scarica continua e di picco, l'abbassamento di tensione, la durata del ciclo, le funzioni di protezione, la temperatura, i connettori, l'isolamento, l'adattamento meccanico e il funzionamento a livello di dispositivo.

Il processo più affidabile combina condizioni di test definite, limiti di accettazione documentati, apparecchiature coerenti e registrazioni tracciabili. I campioni dovrebbero essere confrontati utilizzando gli stessi metodi e la confezione finale dovrebbe essere convalidata nel prodotto reale prima del rilascio in produzione.

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