С развитием новых энергетических технологий и улучшением осведомленности об окружающей среде, автомобили на батареях стали обычным явлением в повседневной жизни. Вы когда-нибудь задумывались, почему электрические автомобили заряжаются медленнее и быстрее разряжаются зимой? Влияет ли это на срок службы аккумулятора? Почему некоторые электрические автомобили также демонстрируют стабильную работу при температуре -20℃?

Это тесно связано с ключевым этапом в НИОКР: тестированием аккумуляторов при низких температурах. Что такое тестирование аккумуляторов при низких температурах? Зачем это нужно? Что происходит, когда аккумулятор замерзает? Как проводится тест замерзания? Эта статья раскрывает тайны тестирования аккумуляторов для вас.

Зачем замораживать аккумулятор?

Тестирование на замерзание аккумулятора предназначено для имитации низкотемпературных условий, которые могут возникнуть при реальном использовании. В Северной Америке, Северной Европе, России и других местах зимой температура очень низкая, что может затруднить запуск электрических автомобилей. В холодной цепи транспортного оборудования и некотором полярном исследовательском оборудовании аккумуляторная система может выйти из строя или даже замкнуться из-за низких температур.

Чтобы предотвратить эти проблемы при эксплуатации, исследовательско-разработочные специалисты должны заранее понять их работу при низких температурах. Оценить холодостойкость материалов, срок службы аккумуляторов, внутренние химические реакции и критические значения для низких температур.

Что происходит, когда аккумулятор замерзает?

Как ведет себя аккумулятор в условиях низкой температуры? Вот основные эффекты:

Медленная зарядка

При зарядке электромобиля зимой процесс полного заряда занимает много времени, потому что низкая температура влияет на скорость зарядки аккумулятора. При низких температурах увеличивается вязкость электролита, сопротивление движению литиевых ионов в электролите возрастает, и эффективность зарядки аккумулятора снижается. Если зарядка продолжается в условиях низкой температуры, может произойти осаждение литиевого металла, что, в свою очередь, повредит аккумулятор и даже приведет к термическому бегству.

Ускоренное разрядка

Возможно, вы заметили, что заряд аккумулятора значительно снижается после того, как проедете на электромобиле на небольшое расстояние зимой. Причина, по которой аккумулятор может подавать энергию, заключается в том, что внутри происходит химическая реакция, преобразующая химическую энергию в электрическую. После того как аккумулятор подключен к внешней цепи, литиевые ионы выходят из отрицательного электрода и достигают положительного электрода через внешнюю цепь, создавая таким образом ток. При низких температурах миграция литиевых ионов замедляется, внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается, напряжение при разрядке становится ниже, а доступная мощность снижается.

Опасности для безопасности

При экстремально низких температурах электролит может кристаллизоваться или частично осаждать литий, а также может произойти структурное повреждение, такое как вздутие, утечка, короткое замыкание и т. д. Столкновение с этими проблемами в движущемся автомобиле значительно угрожает жизни водителя и пассажиров.

Производительность аккумулятора при различных низких температурах

Аккумуляторы имеют различную производительность в разных диапазонах низких температур. Тестирование в различных температурных зонах помогает исследовательско-разработочным специалистам оптимизировать формулы аккумуляторов и оценивать стабильность упаковки ячеек аккумуляторов.

Диапазон температур	Производительность аккумулятора
0℃ ~ -10℃	Незначительное снижение производительности, все еще работоспособно
-10℃ ~ -20℃	Заметная потеря ёмкости, недостаточное напряжение для запуска, более короткое время разрядки
-20℃ ~ -40℃	Большинство литиевых аккумуляторов не могут работать должным образом; требуется специальный аккумулятор для низких температур
-40℃ ~ -80℃	Экстремальный диапазон испытаний для аэрокосмических, военных и других приложений в суровых условиях

Стандарты тестирования на замерзание аккумуляторов

Для проверки надежности аккумуляторов и облегчения их сравнения и сертификации многие страны и регионы разработали стандарты тестирования на замерзание аккумуляторов.

IEC 62660

Международная электротехническая комиссия выпустила стандарт IEC 62660 в 2010 году, который применяется ко всем литий-ионным ячейкам, используемым в энергетических системах электромобилей. Стандарт предписывает проведение тестирования емкости аккумуляторов, тестирования удержания напряжения и тестирования циклической жизни при -20°C. Описание тестовой среды, методов тестирования и стандартов квалификации аккумуляторов также изложены в стандарте.

UN 38.3

Экономическая комиссия Организации Объединенных Наций выпустила стандарт UN 38.3 в 1999 году, который продолжает обновляться. Этот стандарт применяется ко всем литиевым аккумуляторам и готовым аккумуляторным блокам, используемым для международных перевозок, включая электромобили, мобильные телефоны, электроинструменты и т. д. Аккумулятор должен быть хранен при температуре -40°C±2°C в течение 6 часов, а затем при +75°C±2°C еще 6 часов, повторяя этот цикл 10 раз в течение 5 дней. Во время теста аккумулятор не должен протекать, вздуваться, воспламеняться, взрываться и должен соответствовать требованиям номинального напряжения для прохождения квалификации.

SAE J2929

Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE) выпустило стандарт SAE J2929 в 2008 году и обновило его в 2020 году. Этот стандарт применяется к аккумуляторным системам электрических и гибридных автомобилей, продаваемых в США. Он требует экологического моделирования всей аккумуляторной системы, включая эксплуатацию при низких температурах, зарядку при низких температурах и режимы отказа при низких температурах. Рекомендуется, чтобы температура тестирования контролировалась на уровне -30°C для имитации зимних температур в Северной Америке.

NASA-STD-4009

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) обновило стандарт NASA-STD-4009 в 2021 году. Этот стандарт применяется к аккумуляторным системам для космических аппаратов, спутников и оборудования для глубококосмических исследований. Требуется проводить тестирование при -60°C или даже ниже для оценки герметичности, теплового контроля и электрохимической стабильности аккумуляторной системы при экстремально низких температурах.

GB/T 31467

Государственная администрация по регулированию рынка Китая выпустила стандарт GB/T 31467 в 2015 году. Этот стандарт применяется к литий-ионным аккумуляторным системам для электромобилей. Требуется провести тесты на емкость, мощность и характеристики зарядки и разрядки при -20°C, при этом методы тестирования и погрешность термоконтроля (±2°C) указаны.

Название стандарта	Страна/Организация	Требования к температуре	Main Application	Release Year
IEC 62660	International / IEC	-20℃	Performance and safety testing of EV single cells	Since 2010
UN 38.3	United Nations / UNECE	-40℃ cycling	Transportation adaptability and safety testing of batteries	Since 1999
GB/T 31467	Китай	-20℃	Performance and safety testing of EV battery packs	Since 2015
SAE J2929	USA / SAE	-30℃	Safety and performance of battery pack systems	Since 2008
NASA-STD-4009	USA / NASA	-60℃ and below	Special battery testing for aerospace applications	2021 Edition

How is the battery freezing test conducted?

The following are the basic procedures and precautions for battery freezing testing.

Prepare samples

It is necessary to select representative cells and battery packs, and inspect the samples carefully to ensure that they are free from obvious defects, such as bulging and leakage.

Record the initial state

For the convenience of comparison, record the initial voltage, resistance, state of charge and other data of the battery. If you want to perform a cycle test, you also need to record the data of the last test.

Set a low temperature environment

According to the corresponding test standards, set the target temperature on the touch screen of the battery test box, which is generally -20 and -40℃. If it is a battery used for aviation, it needs to be set to about -70℃. To avoid thermal shock, you need to set a reasonable cooling rate.

Slow cooling

Place the battery in the test box and close the door, ensuring even thermal conduction through the sample holder. Wait for the temperature in the environmental test box to drop to the target temperature. Avoid frequent opening and closing of the box door during this process.

Maintain constant temperature

After reaching the target temperature, the sample needs to be placed in a constant temperature environment for at least 6 hours according to the requirements of the standard. During this period, the temperature fluctuation curve needs to be recorded to keep the temperature uniformity within ±2℃.

Testing

Perform discharge test, charge test and cycle test under low temperature conditions. Record battery capacity, voltage, internal resistance, discharge rate and other data. Compare with parameters at room temperature.

Отопление

After the test, slowly warm the battery to room temperature. It should be noted that the battery do not expose it directly to ambient room temperature, which will cause condensation or thermal stress damage. Then perform a safety check on the battery to check for bulging, leakage and other problems.

Note

• Make sure that the sample battery has no obvious damage
• Do not charge at extremely low temperatures
• Before discharging, it is necessary to maintain a constant temperature for a long enough time to avoid uneven cooling of the battery cell
• Someone must be present during the test

Performance of different types of batteries in freezing tests

Different types of batteries have different performance and behave differently in low temperature environments.

Battery Type	Low-Temperature Characteristics
Ternary Lithium Battery	High energy density but poor low-temp performance; fast capacity fade; suitable for temperate climates
Lithium Iron Phosphate (LFP) Battery	High safety, better low-temp performance; can discharge at -20℃, but has lower energy density
Solid-State Battery	New battery technology with good low-temp stability; commercialization is still in progress
Nickel-Metal Hydride (NiMH) Battery	Significant capacity loss at low temperatures; suitable for low-power devices
Sodium-Ion Battery	Under development; early data shows better low-temp performance than traditional lithium batteries

How to choose a battery test chamber?

If you buy a battery chamber for the purpose of testing electric vehicle batteries, how should you choose? You need to consider the following factors:

Item	Описание
Диапазон температур	Recommended: -70℃ to +100℃ (covers extreme environments)
Точность контроля температуры	At least ±0.5℃ (depending on testing standard)
Temperature Uniformity	≤±2℃ to ensure consistent data for multiple battery samples
Cooling Rate	Recommended ≥1℃/min; some standards require ≥5℃/min
Data Logging	Should automatically record temperature, voltage, time, and other test data
Compatibility	Supports battery testers, communication interfaces, gas monitoring modules, etc.
Safety System	Equipped with over-temp alarm, power failure protection, leakage detection, etc.
After-sales & Customization	Supports customization, fast delivery, and technical consultation

Заключение

Battery testing is necessary to ensure the safety of equipment and personnel. Generally, specially designed battery test chambers are used to simulate real-world application environments to test the performance of batteries at different temperatures. If you are looking for a reliable battery test chamber manufacturer, LNEYA is happy to provide you with customized solutions and technical support.

Свяжитесь с LNEYA сегодня, чтобы ознакомиться с полным ассортиментом индивидуально настроенных камер для тестирования аккумуляторов, разработанных с учетом ваших потребностей.