Lista kontrolna testowania zestawu akumulatorów: pojemność, rozładowanie, żywotność i bezpieczeństwo

Zestaw baterii nie powinien być zatwierdzany tylko dlatego, że jego napięcie i pojemność są prawidłowe w arkuszu specyfikacji. Gotowy pakiet należy przetestować jako kompletny system, obejmujący ogniwa, połączenia, BMS lub PCM, przewody, złącza, izolację i obudowę.

W przypadku projektów OEM testowanie powinno odpowiedzieć na cztery pytania:

• Czy pakiet zapewnia wymaganą wydajność elektryczną?

• Czy może obsłużyć normalne i szczytowe obciążenia urządzenia?

• Czy pozostaje stabilny podczas wielokrotnego użycia?

• Czy jego funkcje ochronne, mechaniczne i bezpieczeństwa spełniają wymagania projektu?

Dobrze zdefiniowany Plan testowania pakietu baterii pomaga inżynierom porównać próbki, zidentyfikować odchylenia w produkcji i zmniejszyć ryzyko zatwierdzenia pakietu, który nie będzie działał prawidłowo w urządzeniu końcowym.

Szybka odpowiedź: Co powinno obejmować testowanie zestawu akumulatorów?

Kompletny plan testów zestawu akumulatorów OEM może obejmować:

1. Kontrola wyglądu i wymiarów.

2. Weryfikacja napięcia w obwodzie otwartym i polaryzacji.

3. Testowanie wydajności znamionowej.

4. Ciągłe testowanie rozładowania.

5. Testowanie obciążenia szczytowego i zapadu napięcia.

6. Testowanie wydajności ładowania.

7. Testowanie funkcji ochronnych.

8. Testowanie cyklu życia.

9. Monitorowanie wzrostu temperatury.

10. Kontrola złącza, kabla i izolacji.

11. Walidacja mechaniczna i środowiskowa.

12. Końcowe zapisy testów i przegląd identyfikowalności.

Dokładne kryteria akceptacji zależą od konfiguracji akumulatora, typu ogniwa, BMS, ładowarki, obciążenia urządzenia i planowanego środowiska pracy.

1. Potwierdź specyfikację testu przed testowaniem

Testowanie należy rozpocząć od zatwierdzonej specyfikacji, a nie od ogólnej laboratoryjnej listy kontrolnej.

Określić:

Wyniki testów są miarodajne tylko wtedy, gdy rejestrowane są natężenie prądu, napięcie, temperatura, warunki odcięcia i okresy spoczynku.

2. Kontrola wizualna, wymiarowa i polaryzacji

Przed testowaniem elektrycznym sprawdź gotowy pakiet.

Sprawdzać:

• wymiary baterii;

• waga;

• stan etui lub torebki;

• izolacja;

• prowadzenie przewodów;

• pozycja złącza;

• etykiety i oznaczenia;

• odsłonięte części przewodzące;

• wgniecenia, przebicia lub nietypowe odkształcenia;

• odciążenie kabla;

• biegunowość.

Złącze należy sprawdzić z zatwierdzonym rysunkiem. Pakiet może przejść test elektryczny, ale nadal nie będzie pasować do urządzenia głównego, ponieważ kabel wychodzi z niewłaściwej pozycji.

Aby zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi obudowy, przejrzyj prześwit komory baterii i ochrona mechaniczna.

3. Testowanie napięcia i ciągłości obwodu otwartego

Testowanie napięcia w obwodzie otwartym zapewnia wstępną kontrolę zmontowanego pakietu.

Zweryfikować:

• całkowite napięcie pakietu;

• polaryzacja dodatnia i ujemna;

• napięcie między wymaganymi pinami;

• ciągłość przewodów zasilających;

• ciągłość przewodów sygnałowych lub balansowych;

• brak nieoczekiwanych zwarć.

W przypadku pakietów wieloogniwowych napięcia poszczególnych ogniw lub grup można również sprawdzić za pomocą odpowiedniego interfejsu BMS lub interfejsu wagi.

Ten test nie sprawdza wydajności ani wydajności obciążenia. Jest to wstępny etap kontroli, który może wykryć błędy w okablowaniu, połączeniach lub montażu przed rozpoczęciem bardziej wymagających testów.

4. Testowanie pojemności baterii

Testowanie pojemności określa, ile ładunku może dostarczyć pakiet w określonych warunkach.

Test wydajności powinien dokumentować:

• początkowy stan naładowania;

• napięcie ładowania;

• prąd ładowania;

• czas odpoczynku;

• prąd rozładowania;

• napięcie odcięcia rozładowania;

• temperatura badania;

• zmierzone amperogodziny;

• zmierzone watogodziny;

• sprzęt testowy.

Pojemność może być wyrażona w Ah lub mAh. Energię można wyrazić w Wh.

Zmierzony wynik może się różnić w zależności od:

• szybkość rozładowania;

• napięcie odcięcia;

• temperatura;

• wiek baterii;

• ustawienia BMS;

• czas odpoczynku;

• dokładność sprzętu testowego.

Do porównania OEM należy zastosować tę samą metodę testową dla każdej próbki. Dane dotyczące wydajności bez warunków testowych nie powinny być wykorzystywane jako jedyna podstawa oceny dostawcy.

5. Testowanie wydajności ładowania i rozładowania

Jeśli to możliwe, ładowanie i rozładowywanie należy testować łącznie z zamierzoną ładowarką i systemem zabezpieczającym.

Kontrole ładowania

Zweryfikować:

• napięcie ładowania;

• prąd ładowania;

• czas ładowania;

• zakończenie ładowania;

• temperatura podczas ładowania;

• Komunikacja BMS lub ładowarka;

• zachowanie równowagi tam, gdzie jest to wymagane.

Kontrole wypisów

Zweryfikować:

• ciągły prąd rozładowania;

• stabilność napięcia;

• zachowanie odcięcia;

• pojemność użytkowa;

• wzrost temperatury;

• odpowiedź ochronna;

• odzyskiwanie po usunięciu obciążenia.

Test powinien odzwierciedlać rzeczywiste obciążenie urządzenia, a nie polegać wyłącznie na prostym teście prądem stałym.

Im szerszy Przewodnik projektowania akumulatorów litowo-jonowych wyjaśnia, w jaki sposób przed testowaniem określane są wymagania dotyczące napięcia, pojemności, BMS i czasu pracy.

6. Testowanie prądu szczytowego i zapadu napięcia

Niektóre urządzenia OEM pobierają krótkotrwałe szczyty prądu podczas uruchamiania, transmisji, pracy silnika lub ruchu siłownika.

Testy obciążenia szczytowego powinny rejestrować:

• prąd szczytowy;

• czas trwania szczytu;

• napięcie przed obciążeniem;

• minimalne napięcie podczas zdarzenia;

• napięcie odzyskiwania;

• temperatura złącza i kabla;

• czy BMS aktywuje zabezpieczenie.

Pakiet może mieć wystarczającą pojemność nominalną, ale nadal powodować wyłączenie urządzenia, jeśli napięcie spadnie poniżej minimalnego napięcia wejściowego systemu hosta.

W badaniu należy wykorzystać rzeczywisty profil obciążenia szczytowego, jeśli jest on dostępny. Jeśli obciążenie zmienia się w czasie, programowalne obciążenie elektroniczne lub urządzenie końcowe może zapewnić bardziej reprezentatywne wyniki niż pojedynczy prąd stały.

7. Testowanie cyklu życia

Testy cyklu życia oceniają, jak zmienia się akumulator po wielokrotnych cyklach ładowania i rozładowania.

Definicja cyklu powinna określać:

• prąd ładowania;

• napięcie ładowania;

• okres odpoczynku;

• prąd rozładowania;

• odcięcie rozładowania;

• temperatura otoczenia;

• głębokość rozładowania;

• kryterium utrzymania wydajności;

• warunek końca testu.

Wynik powinien określać liczbę wykonanych cykli oraz zmierzoną pojemność w określonych odstępach czasu.

Na wyniki cyklu życia wpływają:

• chemia komórkowa;

• szybkość rozładowania;

• stawka opłaty;

• temperatura robocza;

• głębokość rozładowania;

• ustawienia odcięcia;

• zachowanie BMS-a;

• warunki mechaniczne.

Nie porównuj wartości cyklu życia od różnych dostawców, chyba że metody testowe są równoważne.

8. BMS i testowanie funkcji ochronnych

Testy zabezpieczeń potwierdzają, czy akumulator odpowiednio reaguje na nietypowe warunki elektryczne.

W zależności od projektu przetestuj:

• ochrona przed przeładowaniem;

• ochrona przed nadmiernym rozładowaniem;

• zabezpieczenie nadprądowe;

• ochrona przed zwarciem;

• ochrona przed przegrzaniem;

• zabezpieczenie przed ładowaniem w zbyt niskiej temperaturze;

• reakcja na brak równowagi napięcia ogniwa;

• funkcja równoważąca;

• raportowanie stanu naładowania i komunikacji.

Testy zabezpieczeń należy przeprowadzać, stosując zatwierdzoną procedurę laboratoryjną i odpowiednie środki bezpieczeństwa. Nie powinno to obejmować niebezpiecznego ręcznego zwarcia, przekłucia, otwarcia lub wymuszonego nadużycia pakietu baterii.

Wybór BMS lub PCM powinien być spójny z konfiguracją komórki i architekturą urządzenia. Widzieć PCM kontra BMS dla akumulatorów LiPo w celu wyróżnienia systemu zabezpieczającego.

9. Test wzrostu temperatury

Temperaturę należy monitorować podczas:

• normalne ładowanie;

• ciągłe rozładowanie;

• szczytowe rozładowanie;

• powtarzana operacja;

• użytkowanie urządzenia przy dużym obciążeniu;

• badanie cyklu życia.

Zmierz temperaturę w odpowiednich miejscach, takich jak:

• komórki;

• BMS;

• złącze;

• końcówki kablowe;

• powierzchnia obudowy;

• pobliskie elementy urządzenia.

Zapisz temperaturę otoczenia, prąd obciążenia, czas trwania testu i lokalizację czujnika. Wynik temperatury bez warunków testowych jest trudny do interpretacji.

10. Testowanie złączy, kabli i izolacji

Złącze i kabel stanowią część ścieżki elektrycznej akumulatora i powinny zostać uwzględnione w testowaniu.

Sprawdzać:

• polaryzacja złącza;

• przypisanie pinów;

• ciągłość kontaktu;

• długość kabla;

• miernik drutu;

• odciążenie kabla;

• krycie i utrzymanie;

• spadek napięcia;

• wzrost temperatury;

• stan izolacji.

Aby zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi niestandardowych kabli lub złączy, zobacz Jak wybrać złącze dla niestandardowego zestawu baterii litowych.

11. Testy mechaniczne i środowiskowe

W zależności od zastosowania testy OEM mogą obejmować:

• wibracja;

• wstrząs mechaniczny;

• utrzymanie złącza;

• zginanie kabla;

• dopasowanie obudowy;

• symulacja transportu;

• ekspozycja na temperaturę;

• narażenie na wilgoć;

• ocena zapylenia lub wilgoci.

Konkretna metoda testowa musi być dostosowana do środowiska operacyjnego produktu. Urządzenie przenośne, produkt medyczny i system przemysłowy mogą wymagać innej walidacji mechanicznej.

Testy należy przeprowadzić na gotowej konfiguracji akumulatora, łącznie z zatwierdzoną izolacją, złączem, systemem BMS i obudową.

12. Kontrole bezpieczeństwa i nietypowych warunków

Testy bezpieczeństwa zestawu akumulatorów powinny koncentrować się na ryzyku związanym z gotowym systemem.

Recenzja:

• reakcja na przeładowanie;

• reakcja na nadmierne rozładowanie;

• nadmierna odpowiedź prądowa;

• nieprawidłowa reakcja temperaturowa;

• stan izolacji;

• zachowanie płyty zabezpieczającej;

• polaryzacja złącza;

• zgodność napięcia ogniwa;

• uszkodzeń mechanicznych po zatwierdzonych testach walidacyjnych.

Testy bezpieczeństwa powinny być przeprowadzane przez wykwalifikowany personel dysponujący odpowiednim sprzętem i procedurami. Zespoły OEM nie powinny podejmować destrukcyjnych eksperymentów z akumulatorami ani ręcznie otwierać uszkodzonych lub spuchniętych opakowań.

Wyniki testów bezpieczeństwa należy przechowywać oddzielnie od dokumentacji transportowej i regulacyjnej. Test wydajności, test bezpieczeństwa i dokument transportowy nie stanowią automatycznie tego samego wymagania.

13. Przetestuj baterię w urządzeniu końcowym

Testy na stanowisku laboratoryjnym są ważne, ale akumulator należy również przetestować w rzeczywistym produkcie.

Testowanie na poziomie urządzenia może ujawnić:

• straty konwertera;

• nieoczekiwane prądy szczytowe;

• zakłócenia złącza;

• problemy elektromagnetyczne lub komunikacyjne;

• akumulacja termiczna;

• ciśnienie w obudowie;

• przedwczesne wyłączenie przy niskim napięciu;

• czas pracy inny niż szacunkowy teoretyczny.

Praktyczny test na poziomie urządzenia może obejmować:

• normalny tryb pracy;

• tryb maksymalnego obciążenia;

• uruchamianie i wyłączanie;

• cykle czuwania i snu;

• ładowanie podczas instalacji;

• wielokrotne użycie;

• realistyczne warunki temperaturowe.

Aby zapoznać się z zatwierdzeniem próbki przedprodukcyjnej, zobacz Jak sprawdzić niestandardową próbkę baterii LiPo przed masową produkcją.

14. Zapisy testów i kryteria akceptacji

Każdy ważny test powinien mieć zdefiniowany zapis.

Protokół testu powinien zawierać:

• model baterii lub numer projektu;

• przykładowy numer seryjny;

• informacje o komórkach i BMS;

• data testu;

• sprzęt testowy;

• operator lub laboratorium;

• temperatura badania;

• warunki ładowania i rozładowania;

• zmierzony wynik;

• limit akceptacji;

• stan pozytywny/negatywny;

• komentarze i odstępstwa.

Kryteria akceptacji należy uzgodnić przed badaniem. W przeciwnym razie ten sam wynik może zostać odmiennie oceniony przez dostawcę baterii i nabywcę OEM.

Próbka nie powinna być zatwierdzana wyłącznie dlatego, że „wygląda normalnie”. Dane elektryczne, stan mechaniczny, stopień ochrony i dokumentacja powinny być sprawdzane łącznie.

15. Lista kontrolna testowania pakietu akumulatorów

Specyfikacja

• Zakres napięcia jest zdefiniowany.

• Zdefiniowano pojemność znamionową i cel energetyczny.

• Dokumentowany jest prąd ciągły i szczytowy.

• Określono warunki ładowania i rozładowania.

• Rejestrowana jest temperatura badania.

• Zidentyfikowano funkcje BMS i zabezpieczające.

Testy elektryczne

• Napięcie obwodu otwartego.

• Polaryzacja i ciągłość.

• Pojemność znamionowa.

• Pomiar energii.

• Ciągłe rozładowanie.

• Wydajność przy obciążeniu szczytowym.

• Spadek napięcia.

• Zachowanie podczas ładowania.

• Odpowiedź ochrony.

• W stosownych przypadkach funkcja komunikacji lub równoważenia.

Testy mechaniczne i bezpieczeństwa

• Wymiary i waga.

• Stan złącza i kabla.

• Izolacja.

• Wzrost temperatury.

• Obudowa pasuje.

• W razie potrzeby weryfikacja wibracyjna lub mechaniczna.

• Ochrona przed nietypowymi warunkami.

• Wygląd i oznakowanie.

Dokumentacja

• Metoda testowa.

• Sprzęt testowy.

• Warunki testowe.

• Zmierzone wyniki.

• Limity akceptacji.

• Identyfikacja próbki.

• Zapis identyfikowalności.

• Rejestr odchyleń i działań naprawczych.

Często zadawane pytania

Jaki jest najważniejszy test akumulatora?

Nie ma jednego testu potwierdzającego całkowitą jakość akumulatora. Pojemność, rozładowanie, ładowanie, ochrona, temperatura, stan mechaniczny i wydajność na poziomie urządzenia należy oceniać łącznie.

W jaki sposób testowana jest pojemność akumulatora litowego?

Pakiet jest ładowany w określonych warunkach, a następnie rozładowywany określonym prądem aż do określonego napięcia odcięcia. Dostarczona Ah lub Wh jest rejestrowana wraz z temperaturą, prądem, napięciem i czasem trwania testu.

Jak często należy przeprowadzać badania cyklu życia?

Testy cyklu życia powinny zostać zdefiniowane w trakcie projektu OEM zgodnie z zamierzonym zastosowaniem i wymaganiami kwalifikacyjnymi dostawcy. Zwykle służy do weryfikacji projektu, kwalifikacji lub okresowego monitorowania jakości, a nie każdej wysyłki.

Dlaczego badanie zapadów napięcia jest ważne?

Zapad napięcia pokazuje, jak pakiet zachowuje się pod obciążeniem. Nadmierny zwis może powodować resetowanie urządzenia, utratę wydajności silnika lub przedwczesne zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem, nawet jeśli pakiet ma wystarczającą pojemność nominalną.

Czy test pojemności dowodzi, że bateria jest bezpieczna?

Nie. Pojemność mierzy jedynie dostarczony ładunek lub energię w określonych warunkach. Bezpieczeństwo wymaga również oceny funkcji zabezpieczającej, temperatury, izolacji, mechaniki i poziomu systemu.

Czy akumulator może przejść testy laboratoryjne, ale nie spełnia wymagań urządzenia?

Tak. Urządzenie może mieć inny profil obciążenia, straty w konwerterze, układ złączy, środowisko termiczne lub limit niskiego napięcia. Dlatego ważne jest przeprowadzenie testów wewnątrz gotowego urządzenia.

Wniosek

Testowanie zestawu akumulatorów powinno zweryfikować napięcie i pojemność wykraczające poza nominalne. Plan testów OEM powinien obejmować ładowanie, ciągłe i szczytowe rozładowanie, zapad napięcia, cykl życia, funkcje zabezpieczające, temperaturę, złącza, izolację, dopasowanie mechaniczne i działanie na poziomie urządzenia.

Najbardziej niezawodny proces łączy w sobie zdefiniowane warunki testowe, udokumentowane limity akceptacji, spójne wyposażenie i identyfikowalne zapisy. Próbki należy porównywać tymi samymi metodami, a ostateczne opakowanie powinno zostać poddane walidacji w odniesieniu do rzeczywistego produktu przed dopuszczeniem do produkcji.

W przypadku projektów OEM wymagających niestandardowego projektu baterii, integracji z BMS, konfiguracji złączy i walidacji próbek, skontaktuj się z firmą ZERNE w celu uzyskania pomocy technicznej dotyczącej niestandardowego zestawu baterii litowych.