不同种类的动力电池包体的内部检测项目和步骤大致相同,磷酸铁锂离子电池作为目前市场上常用的一种动力电池,下面以此电池为例进行电池包体测试说明。
1.常温放电能力
标准要求:110%E≥放电容量≥95%E。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.5C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时180min。②搁置5min。③0.5C恒流放电至2.0V,限时150min。④搁置10min。
2.低温-20℃放电性能
标准要求:放电容量≥70%E。
检测仪器:二次检测柜、低温测试柜。
检测方法:①0.2C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时370min。②搁置16-20h。③0.2C恒流放电至2.0V,限时350min。
3.高温55℃放电性能
标准要求:放电容量≥95%E。
检测仪器:二次检测柜、高温检测柜。
检测方法:①0.2C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时370min。②搁置5h。③0.2C恒流放电至2.0V,限时350min。
4.5C循环性能
标准要求:0.5C充5C放50周,要求容量保持力≥95%(必测项)300周循环容量保持力≥85%(可选项)。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.5C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时180min。②搁置15min。③5C恒流放电至2.0V,限时30min。④搁置30min。⑤循环操作前四步。
5.10C循环性能
标准要求:0.5C充10C放50周,要求容量保持力≥90%(必测项)300周循环容量保持力≥80%(可选项)。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.5C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时180min。②搁置15min。③10C恒流放电至2.0V,限时30min。④搁置30min。⑤循环操作前四步。
6.15C循环性能
标准要求:0.5C充15C放50周,要求容量保持力≥85%(必测项)300周循环容量保持力≥75%(可选项)。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.5C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时180min。②搁置15min。③15C恒流放电至2.0V,限时30min。④搁置30min。⑤循环操作前四步。
7.20C循环性能
标准要求:0.5C充20C放50周,要求容量保持力≥80%(必测项)300周循环容量保持力≥70%(可选项)。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.5C恒压充电至3.650V,截止电流0.03C,限时180min。②搁置15min。③20C恒流放电至2.0V,限时30min。④搁置30min。⑤循环操作前四步。
8.常温倍率放电性能
标准要求:按1C率充满电后,在常温25℃±5℃下分别以0.2C\0.5C\1C\2C\5C\10C\15C\20C恒流放电至终止电压。0.2C放电容量≥98%E,0.5C放电容量≥95%E,1C放电容量≥93%E,2C放电容量≥90%E,5C放电容量≥88%E,10C放电容量≥85%E,15C放电容量≥80%E,20C放电容量≥80%E。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.5C恒压充电至3.65V,截止电流0.03C,限时180min。②分别以0.2C\0.5C\1C\2C\5C\10C\15C\20C放电至规定下限电压,0.2C放电限时350min,0.5C放电限时150min,1C放电限时90min,2C放电限时60min,5C及以上放电限时为30min。
9.常温荷电保持及恢复能力
标准要求:单个电池在25℃±5℃条件下以0.2C恒流恒压充电至规定上限电压(3.65V),截止电流0.01C后停止。静置1h。在25℃±5℃下贮存28d;荷电保持能力:在同一温度下以0.2C恒流放电至终止电压(2.0V),记录放电容量。容量恢复力:电池充电后,在25℃±5℃以0.2C恒流放电至终止电压(2.0V),记录放电容量要求容量保持力≥80%E,容量恢复力≥90E。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.2C恒压充电至规定上限电压,截止电流0.01C,限时370min。②静置后贮存28d。③0.2C恒流放电至规定下限电压,限时350min。④搁置5min。⑤0.2C恒压充电至规定上限电压,限时370min。⑥搁置5min。⑦0.2C恒流放电至规定下限电压,限时350min。
10.高温荷电保持及恢复能力
标准要求:单个电池在25℃±5℃条件下以0.2C恒流恒压充电至规定上限电压(3.65V),截止电流0.01C后停止。静置1h。在55℃±2℃下贮存7d;荷电保持能力:在55℃±2℃下以1C恒流放电至终止电压(2.0V),记录放电容量。容量恢复力:电池充满电,在25℃±5℃搁置5h后,以0.2C恒流放电至终止电压(2.0V),记录放电容量,要求容量保持力≥80%E,容量恢复力≥90E。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.2C恒压充电至规定上限电压,截止电流0.01C,限时370min。②静置后贮存7d。③0.2C恒流放电至规定下限电压,限时350min。④搁置5min。⑤0.2C恒压充电至规定上限电压,限时370min。⑥搁置5h。⑦0.2C恒流放电至规定下限电压,限时350min。
11.贮存试验
标准要求:单个电池充满电后在25℃±5℃下以0.2C恒流放电2h,在25℃±5℃下贮存90d后,以0.2C恒流恒压充电至规定上限电压(3.65V),截止电流0.01C,再以0.2C恒流放电至终止电压(2.0V),记录容量。要求贮存后容量≥95%E。
检测仪器:二次检测柜。
检测方法:①0.2C恒流放电至规定下限电压,限时350min。②贮存。③0.2C恒压充电至规定上限电压,截止电流0.01C,限时370min。④搁置5min。⑤0.2C恒流放电至规定下限电压,限时350min。
12.电池耐震动试验(www.xing528.com)
标准要求:单个电池充满电后,紧固至振动台上,按下述条件进行试验:(1)振动方向:上下振动;(2)振动频率:10Hz~55Hz;(3)最大加速度:30m/s2;(4)振动时间:2h;(5)放电:以1C恒流放电至规定下限电压。测试后放电容量损失率应≤5%,不允许出现电压异常、电池外壳变形、漏液等现象。
检测仪器:二次检测柜、震动测试台。
检测方法:1C恒流放电至规定下限电压,限时90min。
13.安全性测试
目的:对电池可能造成人或设备的伤害的评估。
电池的安全性能是指电池在使用及搁置期间对人和装备可能造成伤害的评估,尤其是电池在滥用时,由于特定的能量输入,导致电池内部组成物质发生物理或化学反应而产生大量的热量,如热量不能及时散佚,可能导致电池热失控。热失控会使电池发生损坏,如猛烈的泄气、破裂、并伴随起火,造成安全事故。期中,锂离子电池的安全性尤为重要。表2-4为电池安全测试的通用项目。
表2-4 动力电池安全性测试项目
动力电池包的安全测试一般在DV/PV(设计验证/生产验证)阶段进行,以下是关于磷酸铁锂电池安全性测试的一些举例。
(1)针刺测试。
标准要求:单个电池充满电后,在25℃±5℃下搁置1h,将直径为Φ3mm~5mm的钢针从垂直于电池最大面迅速贯穿(钢针停留在电池中),电池应不爆炸、不起火。(图2-49)
检测仪器:针刺设备
检测方法:被测试电池测试前按标准充满电。
图2-49 动力电池针刺测试
(2)短路测试。
标准要求:按标准充满电后,将正负极用内阻小于50mΩ的电线接通,直至电池温度下降到比峰值至少低10℃时,结束试验,将正负极断开,电池应不冒烟、不起火、不爆炸,电池外部温度要求≤150℃。
检测仪器:短路设备
检测方法:被测试电池测试前按标准充满电。
(3)外部火烧。
标准要求:590℃火烧持续130秒,电池无爆炸、起火、燃烧并且无火苗残留。(图2-50)
检测方法:被测试电池测试前按标准充满电。
图2-50 动力电池外部火烧测试
(4)跌落测试(高空坠落测试)。
标准要求:单个电池充满电后,在20℃±5℃下搁置1h后,在同样条件下,自1.5m高处跌落至木板上,试验过程中,电池应不爆炸、不起火。(图2-51)
检测方法:被测试电池测试前按标准充满电。
电池安全性测试
图2-51 动力电池跌落测试
(5)挤压测试。
标准要求:单个电池充满电后,在25℃±5℃下搁置1h,施力板垂直于电池的最小面向电池中心挤压,挤压面积不小于20mm2,挤压程度直至电池壳体破裂或内部短路(电压为0)为止,试验过程电池应不起火、不爆炸。(图2-52)
检测仪器:挤压试验机。
检测方法:被测试电池测试前按标准充满电。
图2-52 动力电池挤压试验机
(6)重物冲击测试。
标准要求:将被测试电池放置于测试平台上,将一直径为15.5-16.0mm的铁棒横向搁在被测电池侧面。一重为9.1~10.0kg重物自被测试电池竖直上方(610±25)mm处掉落于铁棒和被测电池的相交点上,电池应不爆炸、不起火。(图2-53)
检测仪器:重物冲击试验机。
检测方法:被测试电池测试前按标准充满电。
图2-53 动力电池重物冲击试验机
(7)过放电性能测试。
标准要求:单个电池充电后,在25℃±5℃下以0.1C恒流放电至0V,试验过程中,电池应不爆炸、不起火、不漏液。
检测方法:0.1C恒流放电至0V,不限时。
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