Why Do Batteries Need Freezing Tests

Вы заметили растущее количество электрических автомобилей на дорогах?

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.

<trp-post-container data-trp-post-id='14464'>Why Do Batteries Need Freezing Tests</trp-post-container>（images 1）

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

The United Nations Economic Commission issued UN 38.3 in 1999, and this standard is continuously updated. It applies to all lithium batteries and finished battery packs used for international transportation, including electric vehicles, mobile phones, power tools, etc. The battery must be stored at -40°C±2°C for 6 hours, followed by +75°C±2°C for another 6 hours, repeating the cycle 10 times over 5 days. During the test, the battery does not leak, swell, catch fire, explode, and meet the rated voltage requirements to be qualified.

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	Основное применение	Год выпуска
IEC 62660	Международный / IEC	-20℃	Испытания производительности и безопасности отдельных элементов электромобилей (EV)	С 2010 года
UN 38.3	Организация Объединённых Наций / UNECE	Циклическое испытание при -40℃	Испытания адаптивности к транспортировке и безопасности аккумуляторов	С 1999 года
GB/T 31467	Китай	-20℃	Испытания производительности и безопасности аккумуляторных блоков электромобилей (EV)	С 2015 года
SAE J2929	USA / SAE	-30℃	Безопасность и производительность систем аккумуляторных блоков	С 2008 года
NASA-STD-4009	USA / NASA	-60℃ и ниже	Специальные испытания аккумуляторов для аэрокосмических приложений	Издание 2021 года

Как проводится испытание на замораживание аккумулятора?

Ниже приведены основные процедуры и меры предосторожности для испытания аккумуляторов на замораживание.

Подготовьте образцы.

еобходимо выбрать репрезентативные элементы и аккумуляторные блоки, а также тщательно проверить образцы, чтобы убедиться в отсутствии очевидных дефектов, таких как вздутие и утечка.

Зафиксируйте исходное состояние

Для удобства сравнения зафиксируйте начальное напряжение, сопротивление, уровень заряда и другие данные аккумулятора. Если планируется проведение циклического теста, также необходимо зафиксировать данные последнего испытания.

Создайте среду с низкой температурой

В соответствии с соответствующими стандартами испытаний установите целевую температуру на сенсорном экране испытательной камеры для аккумуляторов, которая обычно составляет -20 или -40℃. Если это аккумулятор для авиации, необходимо установить около -70℃. Чтобы избежать теплового удара, нужно задать разумную скорость охлаждения.

Медленное охлаждение

Поместите аккумулятор в испытательную камеру и закройте дверь, обеспечив равномерную теплопередачу через держатель образца. Дождитесь, пока температура в камере не снизится до целевого значения. Избегайте частого открытия и закрытия двери во время этого процесса.

Поддерживайте постоянную температуру

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℃.

Тестирование

Проведите разрядный тест, тест на заряд и циклический тест при низкотемпературных условиях. Запишите ёмкость аккумулятора, напряжение, внутреннее сопротивление, скорость разряда и другие данные. Сравните с параметрами при комнатной температуре.

Отопление

После испытания постепенно нагрейте аккумулятор до комнатной температуры. Следует отметить, что нельзя подвергать аккумулятор прямому воздействию температуры окружающей среды, так как это может вызвать конденсацию или повреждение из-за термического напряжения. Затем проведите проверку безопасности аккумулятора на наличие вздутия, утечек и других проблем.

Примечание

• Убедитесь, что образец батареи не имеет очевидных повреждений
• Не заряжайте при экстремально низких температурах
• Перед разрядкой необходимо поддерживать постоянную температуру достаточно долго, чтобы избежать неравномерного охлаждения ячейки батареи
• Во время теста должен присутствовать кто-то

Эффективность различных типов батарей в испытаниях на замораживание

Разные типы батарей имеют различную производительность и ведут себя по-разному в условиях низких температур.

Тип батареи	Характеристики при низкой температуре
Тернарная литиевая батарея	Высокая энергетическая плотность, но плохая производительность при низких температурах; быстрая потеря ёмкости; подходит для умеренного климата
Литий-железо-фосфатная батарея (LFP)	Высокая безопасность, лучшая производительность при низких температурах; может разряжаться при -20℃, но имеет более низкую энергетическую плотность
Твердотельная батарея	Новая батарейная технология с хорошей стабильностью при низких температурах; коммерциализация все еще в процессе
Никель-металлогидридная батарея (NiMH)	Значительная потеря ёмкости при низких температурах; подходит для маломощных устройств
Натрий-ионная батарея	Находится в разработке; предварительные данные показывают лучшую низкотемпературную производительность по сравнению с традиционными литиевыми батареями

Как выбрать камеру для испытаний батарей?

Если вы покупаете камеру для испытаний аккумуляторов электромобилей, как следует выбирать? Необходимо учитывать следующие факторы:

Пункт	Описание
Диапазон температур	Рекомендуется: от -70℃ до +100℃ (подходит для экстремальных условий)
Точность контроля температуры	At least ±0.5℃ (depending on testing standard)
Равномерность температуры	≤±2℃ to ensure consistent data for multiple battery samples
Скорость охлаждения	Recommended ≥1℃/min; some standards require ≥5℃/min
Регистрация данных	Должно автоматически записывать температуру, напряжение, время и другие данные испытаний
Совместимость	Поддерживает тестеры аккумуляторов, коммуникационные интерфейсы, модули газового контроля и т. д.
Система безопасности	Оснащён сигнализацией при перегреве, защитой от отключения питания, обнаружением утечек и др.
Послепродажное обслуживание и настройка под заказ	Поддерживает настройку под заказ, быструю доставку и технические консультации

Заключение

Тестирование батарей необходимо для обеспечения безопасности оборудования и персонала. Обычно используются специально разработанные камеры для испытаний батарей, чтобы имитировать реальные условия эксплуатации и проверять характеристики батарей при различных температурах. Если вы ищете надежного производителя камер для испытаний батарей, LNEYA с радостью предоставит вам индивидуальные решения и техническую поддержку.

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