Контрольный список тестирования аккумуляторной батареи: емкость, разрядка, срок службы и безопасность

Аккумулятор не должен быть одобрен только потому, что его напряжение и емкость указаны в технических характеристиках правильно. Готовый комплект должен быть протестирован как целостная система, включая элементы, соединения, BMS или PCM, провода, разъемы, изоляцию и корпус.

Для OEM-проектов тестирование должно ответить на четыре вопроса:

• Обеспечивает ли блок требуемые электрические характеристики?

• Выдерживает ли он нормальные и пиковые нагрузки устройства?

• Остается ли он стабильным при многократном использовании?

• Соответствуют ли его защитные, механические и защитные функции требованиям проекта?

Четко определенный План тестирования аккумуляторных батарей помогает инженерам сравнивать образцы, выявлять производственные отклонения и снижать риск одобрения блока, который не будет работать должным образом в конечном устройстве.

Быстрый ответ: что должно быть включено в тестирование аккумуляторной батареи?

Полный план испытаний аккумуляторной батареи OEM может включать:

1. Проверка внешнего вида и размеров.

2. Проверка напряжения холостого хода и полярности.

3. Проверка номинальной мощности.

4. Непрерывное испытание на разряд.

5. Испытание на пиковую нагрузку и провал напряжения.

6. Тестирование производительности зарядки.

7. Тестирование функций защиты.

8. Тестирование срока службы.

9. Мониторинг повышения температуры.

10. Проверка разъема, кабеля и изоляции.

11. Механическая и экологическая валидация.

12. Окончательные протоколы испытаний и проверка прослеживаемости.

Точные критерии приемки зависят от конфигурации аккумулятора, типа элемента, BMS, зарядного устройства, нагрузки устройства и предполагаемой рабочей среды.

1. Подтвердите спецификацию теста перед тестированием.

Тестирование следует начинать с утвержденной спецификации, а не с общего лабораторного контрольного списка.

Определять:

Результаты испытаний имеют смысл только тогда, когда записаны ток, напряжение, температура, условия отключения и периоды покоя.

2. Визуальный контроль размеров и полярности.

Перед электрическими испытаниями осмотрите готовую упаковку.

Проверять:

• размеры батареи;

• масса;

• состояние чехла или сумки;

• изоляция;

• прокладка проводов;

• положение разъема;

• этикетки и маркировка;

• открытые проводящие части;

• вмятины, проколы или аномальная деформация;

• защита от натяжения кабеля;

• полярность.

Разъем необходимо сверить с утвержденным чертежом. Пакет может пройти электрическое испытание, но все равно не подойти к главному устройству, поскольку кабель выходит из неправильного положения.

Требования к корпусу см. Зазор в батарейном отсеке и механическая защита.

3. Проверка напряжения холостого хода и непрерывности

Испытание напряжения холостого хода обеспечивает первоначальную проверку собранного блока.

Проверять:

• общее напряжение батареи;

• положительная и отрицательная полярность;

• напряжение между необходимыми выводами;

• целостность силовых проводов;

• целостность сигнальных или балансовых проводов;

• отсутствие неожиданных коротких замыканий.

Для блоков с несколькими ячейками напряжения отдельных ячеек или групп также можно проверить через соответствующий интерфейс BMS или балансный интерфейс.

Этот тест не подтверждает емкость или производительность нагрузки. Это начальный этап проверки, который позволяет выявить ошибки проводки, подключения или сборки перед началом более сложных испытаний.

4. Проверка емкости аккумулятора

Тестирование емкости определяет, какой заряд может обеспечить аккумулятор в определенных условиях.

Тест производительности должен документировать:

• исходное состояние заряда;

• напряжение заряда;

• зарядный ток;

• время отдыха;

• ток разряда;

• напряжение отсечки разряда;

• температура испытания;

• измеренные ампер-часы;

• измеренные ватт-часы;

• испытательное оборудование.

Емкость может быть выражена в Ач или мАч. Энергия может быть выражена в Втч.

Результат измерения может варьироваться в зависимости от:

• скорость разряда;

• напряжение отсечки;

• температура;

• возраст батареи;

• настройки БМС;

• время отдыха;

• точность проверки оборудования.

Для сравнения OEM используйте один и тот же метод испытаний для каждого образца. Показатель мощности без учета условий испытаний не должен использоваться в качестве единственной основы для оценки поставщика.

5. Тестирование характеристик зарядки и разрядки.

Зарядку и разрядку следует проверять вместе с предполагаемым зарядным устройством и системой защиты, где это возможно.

Чеки начисления

Проверять:

• зарядное напряжение;

• зарядный ток;

• время зарядки;

• прекращение заряда;

• температура во время зарядки;

• Связь BMS или зарядного устройства;

• балансирование поведения там, где это необходимо.

Выписные чеки

Проверять:

• непрерывный ток разряда;

• стабильность напряжения;

• поведение отключения;

• полезная емкость;

• повышение температуры;

• защитная реакция;

• восстановление после снятия нагрузки.

Тест должен отражать реальную нагрузку устройства, а не полагаться только на простой тест постоянным током.

Чем шире В руководстве по проектированию литий-ионных аккумуляторных батарей объясняется, как перед тестированием определяются требования к напряжению, емкости, BMS и времени автономной работы.

6. Тестирование пикового тока и провала напряжения

Некоторые OEM-устройства потребляют кратковременные пики тока во время запуска, передачи, работы двигателя или движения привода.

Тестирование при пиковой нагрузке должно фиксировать:

• пиковый ток;

• пиковая продолжительность;

• напряжение перед нагрузкой;

• минимальное напряжение во время мероприятия;

• восстанавливающееся напряжение;

• температура разъема и кабеля;

• активирует ли BMS защиту.

Блок может иметь достаточную номинальную емкость, но при этом вызывать отключение устройства, если напряжение падает ниже минимального входного напряжения хост-системы.

При тестировании следует использовать фактический профиль пиковой нагрузки, когда он доступен. Если нагрузка меняется со временем, программируемая электронная нагрузка или конечное устройство могут обеспечить более репрезентативные результаты, чем один постоянный ток.

7. Тестирование срока службы

Тестирование срока службы оценивает, как меняется аккумуляторная батарея после повторяющихся циклов зарядки и разрядки.

В определении цикла должно быть указано:

• зарядный ток;

• напряжение заряда;

• период отдыха;

• ток разряда;

• отключение разряда;

• температура окружающей среды;

• глубина разгрузки;

• критерий сохранения мощности;

• состояние окончания теста.

Результат должен идентифицировать количество завершенных циклов и измеренную мощность через определенные промежутки времени.

На результаты жизненного цикла влияют:

• клеточная химия;

• скорость разряда;

• процентная ставка;

• рабочая температура;

• глубина разгрузки;

• настройки отсечки;

• поведение BMS;

• механические условия.

Не сравнивайте значения срока службы от разных поставщиков, если только методы испытаний не эквивалентны.

8. BMS и тестирование функций защиты

Тестирование защиты подтверждает, реагирует ли батарея соответствующим образом на аномальные электрические условия.

В зависимости от конструкции проверьте:

• защита от перезаряда;

• защита от переразряда;

• защита от перегрузки по току;

• защита от короткого замыкания;

• защита от перегрева;

• защита от перегрева при зарядке;

• реакция на дисбаланс напряжения ячейки;

• функция балансировки;

• коммуникация и отчетность о состоянии.

Тестирование защиты должно проводиться с использованием утвержденной лабораторной процедуры и соответствующих мер безопасности. Это не должно включать небезопасное ручное замыкание, прокалывание, открытие или принудительное использование аккумуляторной батареи.

Выбор BMS или PCM должен соответствовать конфигурации соты и архитектуре устройства. Видеть PCM и BMS для LiPo аккумуляторов по различию систем защиты.

9. Тестирование на повышение температуры

Температуру следует контролировать во время:

• обычная зарядка;

• непрерывная разгрузка;

• пиковый разряд;

• повторная операция;

• использование устройства с высокой нагрузкой;

• циклическое тестирование.

Измерьте температуру в соответствующих местах, таких как:

• клетки;

• БМС;

• разъем;

• кабельные наконечники;

• поверхность корпуса;

• близлежащие компоненты устройства.

Запишите температуру окружающей среды, ток нагрузки, продолжительность испытания и местоположение датчика. Результат измерения температуры без условий испытаний трудно интерпретировать.

10. Проверка разъема, кабеля и изоляции.

Разъем и кабель являются частью электрической цепи аккумулятора и должны быть включены в тестирование.

Проверять:

• полярность разъема;

• назначение контактов;

• непрерывность контактов;

• длина кабеля;

• калибр проволоки;

• защита от натяжения кабеля;

• спаривание и удержание;

• падение напряжения;

• повышение температуры;

• состояние изоляции.

Требования к индивидуальному кабелю или разъему см. Как выбрать разъем для индивидуального литиевого аккумулятора.

11. Механические и экологические испытания

В зависимости от применения OEM-тестирование может включать в себя:

• вибрация;

• механический удар;

• удержание разъема;

• изгиб кабеля;

• корпус подходит;

• транспортное моделирование;

• температурное воздействие;

• воздействие влаги;

• оценка пыли или влаги.

Конкретный метод тестирования должен соответствовать операционной среде продукта. Носимое портативное устройство, медицинское изделие и промышленная система могут потребовать различной механической проверки.

Испытания следует проводить на готовой конфигурации батареи, включая утвержденную изоляцию, разъем, BMS и корпус.

12. Проверка безопасности и нештатных условий

Тестирование безопасности аккумуляторной батареи должно быть сосредоточено на рисках, связанных с готовой системой.

Обзор:

• реакция на перезарядку;

• реакция на чрезмерную разрядку;

• чрезмерная токовая реакция;

• аномальная температурная реакция;

• состояние изоляции;

• поведение платы защиты;

• полярность разъема;

• постоянство напряжения ячейки;

• механические повреждения после утвержденных проверочных испытаний.

Испытания безопасности должны проводиться квалифицированным персоналом с использованием соответствующего оборудования и процедур. OEM-командам не следует проводить разрушительные эксперименты с батареями или вручную открывать поврежденные или вздутые аккумуляторы.

Результаты испытаний на безопасность следует хранить отдельно от транспортной и нормативной документации. Тест производительности, тест безопасности и транспортный документ не представляют собой автоматически одно и то же требование.

13. Проверьте батарею на конечном устройстве.

Стендовые испытания важны, но батарею также следует тестировать в реальном изделии.

Тестирование на уровне устройства может выявить:

• потери преобразователя;

• неожиданные пиковые токи;

• помехи в разъеме;

• проблемы с электромагнитной связью или связью;

• термическое накопление;

• давление корпуса;

• преждевременное отключение по низкому напряжению;

• время выполнения отличается от теоретической оценки.

Практический тест на уровне устройства может включать в себя:

• нормальный режим работы;

• режим максимальной нагрузки;

• запуск и выключение;

• циклы ожидания и сна;

• зарядка во время установки;

• неоднократное использование;

• реалистичные температурные условия.

Для получения одобрения предсерийного образца см. Как проверить изготовленный на заказ образец LiPo-батареи перед массовым производством.

14. Протоколы испытаний и критерии приемки

Каждое важное испытание должно иметь определенную запись.

Протокол испытаний должен включать:

• модель аккумулятора или номер проекта;

• серийный номер образца;

• информация о ячейке и BMS;

• дата испытания;

• испытательное оборудование;

• оператор или лаборатория;

• температура испытания;

• условия зарядки и разрядки;

• измеренный результат;

• предел приема;

• статус «пройден/не пройден»;

• замечания и отклонения.

Критерии приемки должны быть согласованы до начала испытаний. В противном случае один и тот же результат может быть оценен по-разному поставщиком батареи и покупателем OEM.

Образец не должен быть одобрен только потому, что он «выглядит нормально». Электрические данные, механическое состояние, защитное поведение и документация должны рассматриваться вместе.

15. Контрольный список тестирования аккумуляторной батареи

Спецификация

• Определен диапазон напряжения.

• Определены номинальная мощность и целевые энергетические показатели.

• Документируется непрерывный и пиковый ток.

• Условия заряда и разряда указаны.

• Регистрируется температура испытания.

• Определены функции BMS и защиты.

Электрические испытания

• Напряжение холостого хода.

• Полярность и непрерывность.

• Номинальная мощность.

• Измерение энергии.

• Непрерывная разрядка.

• Производительность при пиковой нагрузке.

• Просадка напряжения.

• Поведение при зарядке.

• Реакция защиты.

• Функция связи или балансировки, где это применимо.

Механические испытания и испытания на безопасность

• Размеры и вес.

• Состояние разъема и кабеля.

• Изоляция.

• Повышение температуры.

• Корпус подходит.

• При необходимости вибрационная или механическая проверка.

• Защита от нештатных ситуаций.

• Внешний вид и маркировка.

Документация

• Метод испытания.

• Испытательное оборудование.

• Условия испытаний.

• Результаты измерений.

• Ограничения приема.

• Образец идентификации.

• Запись прослеживаемости.

• Учет отклонений и корректирующих действий.

Часто задаваемые вопросы

Какой самый важный тест аккумуляторной батареи?

Не существует единого теста, подтверждающего полное качество аккумуляторной батареи. Емкость, разрядку, зарядку, защиту, температуру, механическое состояние и производительность на уровне устройства следует оценивать вместе.

Как проверяется емкость литиевого аккумулятора?

Аккумулятор заряжается при определенных условиях, а затем разряжается заданным током до определенного напряжения отсечки. Подаваемый Ач или Втч регистрируется вместе с температурой, током, напряжением и продолжительностью испытания.

Как часто следует проводить испытания на срок службы?

Испытания на срок службы должны быть определены во время проекта OEM в соответствии с предполагаемым применением и квалификационными требованиями поставщика. Обычно он используется для проверки конструкции, квалификации или периодического контроля качества, а не для каждой поставки.

Почему важно проводить тестирование на провал напряжения?

Провал напряжения показывает, как аккумулятор ведет себя под нагрузкой. Чрезмерное провисание может привести к сбросу устройства, потере производительности двигателя или преждевременной защите от низкого напряжения, даже если аккумулятор имеет достаточную номинальную мощность.

Доказывает ли проверка емкости, что аккумулятор безопасен?

Нет. Емкость измеряет только доставленный заряд или энергию при определенных условиях. Безопасность также требует оценки функций защиты, температуры, изоляции, механического и системного уровня.

Может ли аккумуляторная батарея пройти лабораторные испытания, но выйти из строя в устройстве?

Да. Устройство может иметь другой профиль нагрузки, потери преобразователя, расположение разъемов, тепловую среду или ограничение по низкому напряжению. Поэтому тестирование внутри готового устройства очень важно.

Заключение

Тестирование аккумуляторной батареи должно проверять напряжение и емкость, превышающие номинальные. План испытаний OEM должен охватывать зарядку, непрерывную и пиковую разрядку, провалы напряжения, срок службы, функции защиты, температуру, разъемы, изоляцию, механическую посадку и работу на уровне устройства.

Самый надежный процесс сочетает в себе определенные условия испытаний, документированные пределы приемки, согласованное оборудование и отслеживаемые записи. Образцы следует сравнивать с использованием одних и тех же методов, а окончательную упаковку следует проверять на реальном продукте перед выпуском в производство.

Для OEM-проектов, требующих индивидуальной разработки аккумуляторов, интеграции BMS, конфигурации разъемов и проверки образцов, свяжитесь с ZERNE для получения поддержки индивидуального литиевого аккумуляторного блока.