Danh sách kiểm tra bộ pin: Dung lượng, mức xả, tuổi thọ và độ an toàn

Một bộ pin không được phê duyệt chỉ vì điện áp và dung lượng của nó xuất hiện chính xác trên bảng thông số kỹ thuật. Gói hoàn thiện phải được kiểm tra như một hệ thống hoàn chỉnh, bao gồm các tế bào, kết nối, BMS hoặc PCM, dây dẫn, đầu nối, lớp cách điện và vỏ bọc.

Đối với các dự án OEM, việc thử nghiệm phải trả lời bốn câu hỏi:

• Liệu gói có cung cấp hiệu suất điện cần thiết không?

• Nó có thể hỗ trợ tải bình thường và tải cao điểm của thiết bị không?

• Liệu nó có ổn định trong quá trình sử dụng nhiều lần không?

• Các chức năng bảo vệ, cơ khí và an toàn của nó có đáp ứng được yêu cầu của dự án không?

Một sự xác định rõ ràng Kế hoạch kiểm tra bộ pin giúp các kỹ sư so sánh các mẫu, xác định sự khác biệt trong sản xuất và giảm nguy cơ phê duyệt một bộ pin không hoạt động chính xác trong thiết bị cuối cùng.

Trả lời nhanh: Cần bao gồm những gì khi kiểm tra bộ pin?

Kế hoạch kiểm tra gói pin OEM hoàn chỉnh có thể bao gồm:

1. Kiểm tra bề ngoài và kích thước.

2. Xác minh điện áp mạch hở và phân cực.

3. Kiểm tra công suất định mức.

4. Thử nghiệm phóng điện liên tục

5. Kiểm tra tải đỉnh và sụt áp.

6. Kiểm tra hiệu suất sạc.

7. Kiểm tra chức năng bảo vệ.

8. Kiểm tra vòng đời.

9. Giám sát sự tăng nhiệt độ.

10. Kiểm tra đầu nối, cáp và cách điện.

11. Xác nhận cơ học và môi trường.

12. Hồ sơ kiểm tra cuối cùng và xem xét truy xuất nguồn gốc.

Tiêu chí chấp nhận chính xác phụ thuộc vào cấu hình pin, loại tế bào, BMS, bộ sạc, tải thiết bị và môi trường hoạt động dự định.

1. Xác nhận thông số kỹ thuật kiểm tra trước khi kiểm tra

Việc thử nghiệm nên bắt đầu với thông số kỹ thuật đã được phê duyệt thay vì danh sách kiểm tra chung của phòng thí nghiệm.

Định nghĩa:

Kết quả thử nghiệm chỉ có ý nghĩa khi ghi lại dòng điện, điện áp, nhiệt độ, điều kiện cắt và thời gian nghỉ.

2. Kiểm tra trực quan, kích thước và phân cực

Trước khi thử nghiệm điện, hãy kiểm tra gói đã hoàn thành.

Kiểm tra:

• kích thước pin;

• cân nặng;

• tình trạng hộp hoặc túi;

• cách nhiệt;

• định tuyến dây;

• vị trí đầu nối;

• nhãn và đánh dấu;

• bộ phận dẫn điện hở;

• vết lõm, vết thủng hoặc biến dạng bất thường;

• giảm căng cáp;

• sự phân cực.

Đầu nối phải được kiểm tra theo bản vẽ đã được phê duyệt. Một gói có thể vượt qua bài kiểm tra về điện nhưng vẫn không vừa với thiết bị chủ do cáp thoát ra sai vị trí.

Đối với các yêu cầu liên quan đến vỏ bọc, hãy xem xét giải phóng ngăn chứa pin và bảo vệ cơ khí.

3. Kiểm tra điện áp mạch hở và tính liên tục

Kiểm tra điện áp mạch hở cung cấp bước kiểm tra ban đầu cho gói đã lắp ráp.

Xác minh:

• tổng điện áp gói;

• cực dương và cực âm;

• điện áp giữa các chân cần thiết;

• tính liên tục của dây điện;

• tính liên tục của dây tín hiệu hoặc dây cân bằng;

• không có hiện tượng đoản mạch bất ngờ.

Đối với gói nhiều ô, điện áp từng ô hoặc nhóm cũng có thể được kiểm tra thông qua giao diện cân bằng hoặc BMS thích hợp.

Thử nghiệm này không chứng minh được công suất hoặc hiệu suất tải. Đây là bước sàng lọc ban đầu có thể xác định các lỗi nối dây, kết nối hoặc lắp ráp trước khi bắt đầu các thử nghiệm đòi hỏi khắt khe hơn.

4. Kiểm tra dung lượng pin

Kiểm tra công suất xác định mức sạc mà gói có thể cung cấp trong các điều kiện xác định.

Một bài kiểm tra năng lực nên ghi lại:

• trạng thái sạc ban đầu;

• điện áp sạc;

• dòng điện sạc;

• thời gian nghỉ ngơi;

• dòng xả;

• điện áp cắt phóng điện;

• nhiệt độ thử nghiệm;

• đo ampe-giờ;

• đo watt-giờ;

• thiết bị thử nghiệm.

Dung lượng có thể được biểu thị bằng Ah hoặc mAh. Năng lượng có thể được biểu thị bằng Wh.

Kết quả đo được có thể thay đổi tùy theo:

• tốc độ xả;

• điện áp cắt;

• nhiệt độ;

• tuổi pin;

• cài đặt BMS;

• thời gian nghỉ ngơi;

• độ chính xác của thiết bị kiểm tra.

Để so sánh OEM, hãy sử dụng cùng một phương pháp thử nghiệm cho mọi mẫu. Không nên sử dụng con số công suất không có điều kiện thử nghiệm làm cơ sở duy nhất để đánh giá nhà cung cấp.

5. Kiểm tra hiệu suất sạc và xả

Việc sạc và xả phải được kiểm tra cùng với bộ sạc và hệ thống bảo vệ dự định nếu có thể.

Kiểm tra sạc

Xác minh:

• điện áp sạc;

• dòng sạc;

• thời gian sạc;

• chấm dứt phí;

• nhiệt độ trong quá trình sạc;

• BMS hoặc giao tiếp bộ sạc;

• hành vi cân bằng khi cần thiết.

Kiểm tra xả thải

Xác minh:

• dòng xả liên tục;

• ổn định điện áp;

• hành vi cắt đứt;

• công suất sử dụng;

• tăng nhiệt độ;

• phản ứng bảo vệ;

• phục hồi sau khi loại bỏ tải.

Thử nghiệm phải thể hiện tải thực tế của thiết bị thay vì chỉ dựa vào thử nghiệm dòng điện không đổi đơn giản.

Càng rộng hơn Hướng dẫn thiết kế bộ pin lithium-ion giải thích cách xác định các yêu cầu về điện áp, công suất, BMS và thời gian chạy trước khi thử nghiệm.

6. Kiểm tra dòng điện và điện áp đỉnh

Một số thiết bị OEM có dòng điện đạt đỉnh trong thời gian ngắn trong quá trình khởi động, truyền động, vận hành động cơ hoặc chuyển động của bộ truyền động.

Kiểm tra tải đỉnh cần ghi lại:

• dòng điện cực đại;

• thời gian cao điểm;

• điện áp trước khi tải;

• điện áp tối thiểu trong sự kiện;

• điện áp phục hồi;

• nhiệt độ đầu nối và cáp;

• BMS có kích hoạt bảo vệ hay không.

Một gói có thể có đủ công suất danh định nhưng vẫn khiến thiết bị tắt nếu điện áp giảm xuống dưới điện áp đầu vào tối thiểu của hệ thống máy chủ.

Thử nghiệm nên sử dụng đặc tính tải đỉnh thực tế bất cứ khi nào có sẵn. Nếu tải thay đổi theo thời gian, tải điện tử có thể lập trình hoặc thiết bị cuối cùng có thể cung cấp kết quả mang tính đại diện hơn so với một dòng điện không đổi.

7. Kiểm tra vòng đời

Kiểm tra vòng đời đánh giá mức độ thay đổi của bộ pin sau các chu kỳ sạc và xả lặp lại.

Một định nghĩa chu trình nên chỉ rõ:

• dòng điện sạc;

• điện áp sạc;

• thời gian nghỉ ngơi;

• dòng xả;

• cắt xả;

• nhiệt độ môi trường xung quanh;

• độ sâu xả;

• tiêu chí duy trì năng lực;

• tình trạng kết thúc thử nghiệm.

Kết quả sẽ xác định số chu kỳ đã hoàn thành và công suất đo được ở những khoảng thời gian xác định.

Kết quả vòng đời bị ảnh hưởng bởi:

• hóa học tế bào;

• tốc độ xả;

• mức phí;

• nhiệt độ hoạt động;

• độ sâu xả;

• cài đặt cắt;

• hành vi BMS;

• điều kiện cơ học.

Không so sánh giá trị vòng đời từ các nhà cung cấp khác nhau trừ khi các phương pháp thử nghiệm tương đương nhau.

8. Kiểm tra BMS và chức năng bảo vệ

Kiểm tra bảo vệ xác nhận xem pin có phản ứng thích hợp với các điều kiện điện bất thường hay không.

Tùy thuộc vào thiết kế, kiểm tra:

• bảo vệ quá tải;

• bảo vệ xả quá mức;

• bảo vệ quá dòng;

• bảo vệ ngắn mạch;

• bảo vệ quá nhiệt;

• bảo vệ sạc dưới nhiệt độ;

• phản ứng mất cân bằng điện áp di động;

• chức năng cân bằng;

• thông tin liên lạc và báo cáo trạng thái phí.

Thử nghiệm bảo vệ phải được thực hiện bằng cách sử dụng quy trình phòng thí nghiệm đã được phê duyệt và các biện pháp kiểm soát an toàn phù hợp. Việc này không được bao gồm việc rút ngắn, chọc thủng, mở hoặc cố tình lạm dụng bộ pin theo cách thủ công không an toàn.

Lựa chọn BMS hoặc PCM phải nhất quán với cấu hình ô và kiến ​​trúc thiết bị. Nhìn thấy PCM so với BMS dành cho Pin LiPo để phân biệt hệ thống bảo vệ.

9. Kiểm tra độ tăng nhiệt độ

Cần theo dõi nhiệt độ trong thời gian:

• sạc bình thường;

• xả liên tục;

• xả đỉnh;

• hoạt động lặp đi lặp lại;

• sử dụng thiết bị tải cao;

• thử nghiệm vòng đời.

Đo nhiệt độ tại các vị trí liên quan như:

• tế bào;

• BMS;

• đầu nối;

• thiết bị đầu cuối cáp;

• bề mặt vỏ bọc;

• các thành phần thiết bị lân cận.

Ghi lại nhiệt độ môi trường, dòng tải, thời gian thử nghiệm và vị trí cảm biến. Kết quả nhiệt độ không có điều kiện kiểm tra sẽ khó diễn giải.

10. Kiểm tra đầu nối, cáp và cách điện

Đầu nối và cáp là một phần của đường dẫn điện của pin và phải được đưa vào thử nghiệm.

Kiểm tra:

• cực kết nối;

• gán pin;

• liên hệ liên tục;

• chiều dài cáp;

• máy đo dây;

• giảm căng cáp;

• giao phối và duy trì;

• sụt áp;

• tăng nhiệt độ;

• tình trạng cách nhiệt.

Để biết các yêu cầu về cáp hoặc đầu nối tùy chỉnh, hãy xem Cách chọn đầu nối cho bộ pin lithium tùy chỉnh.

11. Kiểm tra cơ học và môi trường

Tùy thuộc vào ứng dụng, thử nghiệm OEM có thể bao gồm:

• rung động;

• sốc cơ học;

• giữ đầu nối;

• uốn cáp;

• bao vây phù hợp;

• mô phỏng vận tải;

• tiếp xúc với nhiệt độ;

• tiếp xúc với độ ẩm;

• đánh giá bụi hoặc độ ẩm.

Phương pháp thử nghiệm cụ thể phải phù hợp với môi trường hoạt động của sản phẩm. Một thiết bị cầm tay, đeo được, sản phẩm y tế và hệ thống công nghiệp có thể yêu cầu xác nhận cơ học khác nhau.

Việc kiểm tra phải được thực hiện trên cấu hình pin đã hoàn thiện, bao gồm cả lớp cách điện, đầu nối, BMS và vỏ bọc đã được phê duyệt.

12. Kiểm tra an toàn và tình trạng bất thường

Việc kiểm tra độ an toàn của bộ pin nên tập trung vào các rủi ro liên quan đến hệ thống hoàn thiện.

Ôn tập:

• phản ứng quá tải;

• phản ứng xả quá mức;

• phản ứng hiện tại quá mức;

• phản ứng nhiệt độ bất thường;

• tình trạng cách nhiệt;

• hành vi của ban bảo vệ;

• cực kết nối;

• tính nhất quán của điện áp di động;

• hư hỏng cơ học sau khi kiểm tra xác nhận đã được phê duyệt.

Việc kiểm tra an toàn phải được thực hiện bởi nhân viên có trình độ với thiết bị và quy trình phù hợp. Nhóm OEM không nên cố gắng thử nghiệm phá hủy pin hoặc mở các gói bị hỏng hoặc phồng theo cách thủ công.

Kết quả kiểm tra an toàn phải được giữ tách biệt khỏi tài liệu vận chuyển và quy định. Kiểm tra hiệu suất, kiểm tra an toàn và tài liệu vận chuyển không tự động thể hiện cùng một yêu cầu.

13. Kiểm tra pin trong thiết bị cuối cùng

Kiểm tra trên băng ghế là quan trọng nhưng pin cũng cần được kiểm tra trên sản phẩm thực tế.

Kiểm tra cấp thiết bị có thể tiết lộ:

• tổn thất chuyển đổi;

• dòng điện cực đại bất ngờ;

• nhiễu đầu nối;

• các vấn đề về điện từ hoặc liên lạc;

• tích tụ nhiệt;

• áp suất bao vây;

• tắt điện áp thấp sớm;

• thời gian chạy khác với ước tính lý thuyết.

Kiểm tra cấp độ thiết bị thực tế có thể bao gồm:

• chế độ hoạt động bình thường;

• chế độ tải tối đa;

• khởi động và tắt máy;

• chu kỳ chờ và ngủ;

• sạc trong khi cài đặt;

• sử dụng nhiều lần;

• điều kiện nhiệt độ thực tế.

Để phê duyệt mẫu trước khi sản xuất, xem Cách xác thực mẫu pin LiPo tùy chỉnh trước khi sản xuất hàng loạt.

14. Hồ sơ kiểm tra và tiêu chí chấp nhận

Mỗi bài kiểm tra quan trọng nên có một bản ghi xác định.

Hồ sơ kiểm tra phải bao gồm:

• mẫu pin hoặc số dự án;

• số sê-ri mẫu;

• thông tin di động và BMS;

• ngày thi;

• thiết bị thử nghiệm;

• người vận hành hoặc phòng thí nghiệm;

• nhiệt độ thử nghiệm;

• điều kiện sạc và xả;

• kết quả đo được;

• giới hạn chấp nhận;

• trạng thái đạt/không đạt;

• nhận xét và sai lệch.

Tiêu chí chấp nhận phải được thống nhất trước khi thử nghiệm. Nếu không, kết quả tương tự có thể được nhà cung cấp pin và người mua OEM đánh giá khác nhau.

Một mẫu không nên được phê duyệt chỉ vì nó 'trông bình thường'. Dữ liệu về điện, tình trạng cơ học, hành vi bảo vệ và tài liệu phải được xem xét cùng nhau.

15. Danh sách kiểm tra bộ pin

Đặc điểm kỹ thuật

• Phạm vi điện áp được xác định.

• Công suất định mức và mục tiêu năng lượng được xác định.

• Dòng điện liên tục và dòng điện cực đại được ghi lại.

• Điều kiện sạc và xả được chỉ định.

• Nhiệt độ thử nghiệm được ghi lại.

• BMS và chức năng bảo vệ được xác định.

Kiểm tra điện

• Điện áp mạch hở.

• Tính phân cực và tính liên tục.

• Công suất định mức.

• Đo năng lượng.

• Xả liên tục.

• Hiệu suất tải cao điểm.

• Độ sụt điện áp.

• Hành vi sạc.

• Phản ứng bảo vệ.

• Chức năng liên lạc hoặc cân bằng nếu có.

Kiểm tra cơ khí và an toàn

• Kích thước và trọng lượng.

• Tình trạng đầu nối và cáp.

• Cách nhiệt.

• Nhiệt độ tăng.

• Bao vây phù hợp.

• Rung hoặc xác nhận cơ học khi cần thiết.

• Bảo vệ tình trạng bất thường.

• Ngoại hình và ghi nhãn.

Tài liệu

• Phương pháp thử nghiệm.

• Thiết bị thử nghiệm.

• Điều kiện thử nghiệm.

• Kết quả đo được.

• Giới hạn chấp nhận

• Nhận dạng mẫu.

• Hồ sơ truy xuất nguồn gốc.

• Hồ sơ sai lệch và hành động khắc phục.

Câu hỏi thường gặp

Kiểm tra bộ pin quan trọng nhất là gì?

Không có thử nghiệm đơn lẻ nào chứng minh được chất lượng hoàn chỉnh của bộ pin. Công suất, mức xả, sạc, bảo vệ, nhiệt độ, tình trạng cơ học và hiệu suất ở cấp độ thiết bị phải được đánh giá cùng nhau.

Dung lượng pin lithium được kiểm tra như thế nào?

Gói được sạc trong các điều kiện xác định và sau đó phóng điện ở dòng điện xác định cho đến khi điện áp cắt xác định. Ah hoặc Wh được phân phối được ghi lại cùng với nhiệt độ, dòng điện, điện áp và thời gian thử nghiệm.

Bao lâu thì nên thực hiện kiểm tra vòng đời?

Thử nghiệm vòng đời phải được xác định trong dự án OEM theo ứng dụng dự định và yêu cầu về trình độ của nhà cung cấp. Nó thường được sử dụng để xác minh thiết kế, đánh giá chất lượng hoặc giám sát chất lượng định kỳ hơn là cho mỗi lô hàng.

Tại sao việc kiểm tra độ sụt điện áp lại quan trọng?

Độ võng điện áp cho thấy gói hoạt động như thế nào khi có tải. Độ võng quá mức có thể khiến thiết bị bị reset, giảm hiệu suất động cơ hoặc bảo vệ điện áp thấp sớm ngay cả khi gói có đủ công suất danh nghĩa.

Kiểm tra dung lượng có chứng minh được pin an toàn không?

Không. Công suất chỉ đo điện tích hoặc năng lượng được cung cấp trong các điều kiện xác định. An toàn cũng yêu cầu đánh giá chức năng bảo vệ, nhiệt độ, cách nhiệt, cơ học và cấp độ hệ thống.

Bộ pin có thể vượt qua thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nhưng lại thất bại trong thiết bị không?

Đúng. Thiết bị có thể có cấu hình tải khác, tổn thất bộ chuyển đổi, cách bố trí đầu nối, môi trường nhiệt hoặc giới hạn điện áp thấp. Do đó, việc kiểm tra bên trong thiết bị đã hoàn thiện là rất quan trọng.

Phần kết luận

Kiểm tra bộ pin phải xác minh nhiều hơn điện áp và dung lượng danh định. Kế hoạch kiểm tra OEM phải bao gồm việc sạc, xả liên tục và xả đỉnh, độ sụt điện áp, vòng đời, chức năng bảo vệ, nhiệt độ, đầu nối, cách điện, độ vừa khít cơ học và hoạt động ở cấp độ thiết bị.

Quy trình đáng tin cậy nhất kết hợp các điều kiện thử nghiệm được xác định, giới hạn chấp nhận được ghi lại, thiết bị nhất quán và hồ sơ có thể theo dõi. Các mẫu phải được so sánh bằng các phương pháp giống nhau và gói cuối cùng phải được xác nhận trong sản phẩm thực tế trước khi đưa vào sản xuất.

Đối với các dự án OEM yêu cầu thiết kế pin tùy chỉnh, tích hợp BMS, cấu hình đầu nối và xác thực mẫu, hãy liên hệ với ZERNE để được hỗ trợ gói pin lithium tùy chỉnh.