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新能源电动汽车电池安全性能检验

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  • 发布时间:2017/11/2 16:45:11
  • 作者:银河电气

  电池的安全性能对电动汽车平稳可靠运行具有很大的影响,因此必须对电池进行详细的安全性能检验。电动汽车电池安全性能检验包括过充过放测试、短路测试、高温测试、钻孔测试、力学性能测试、抗腐蚀性能测试等项目。

电动汽车电池耐过充过放能力的测试

  对密闭性二次电池来说,在过充过放的情况下,都会引起气体在密闭容器内的迅速积累,从而导致内压迅速上升,如果安全阀不能及时开启,可能会使电池发生爆裂。在通常情况下,安全阀在一定压力作用下会开启释放掉多余的气体,气体泄出后,会导致电液量减少,严重时使得电液干涸,电池性能恶化,直至失效。并且,在气体泄出过程中带出一定量的电解液,而一般的电解液均是浓酸或浓碱,对用电器有腐蚀作用。因此,一个性能优良的电动汽车电池应有良好的耐过充能力,绝对不能有爆裂的现象出现,并且在一定的过充放程度下,不能出现泄漏现象,电池外形也不应发生变化。

  电池在设计中,一般采用负极过量的方式来避免气体在电池内部的过度积累。为避免过放电时反极现象的出现,一般是在正极中接入反极物质,实行反极保护。

  进行过充电测试时,可根据具体的电池种类及型号选用适当的条件。以MH-Ni电池为例,过充电流的选择可根据恒流源的输出功率确定,对一些大容量的电池(D型、SC型),一般的恒流源都不能输出1C的大电流,并且,在大电流情况下,应考虑有足够的安全防护措施。对于容量相对较小的电池,则可选用较大的电流倍率。不同的放电制度下,判断电池过充电能力的标准也相应的有一定的区别,实际工作中采用以下两种过充制度。

  01) 以0.1C的电流恒流充电28天,试验过程中电池不得爆炸泄漏,并且充电后以0.2C放电其容量应不低于标称容量。

  02) 以1C的电流恒流充电5h,试验过程中前75min应无泄漏现象,此后允许有泄漏现象发生,但不得爆炸,并且充电后以0.2C放电,其容量应不低于其标称容量。

  在充电过程中,对泄漏的检测可通过封口处滴加酚酞液来进行检定。溶液变红或有气泡产生均视为发生泄漏。

  对电池进行过放电测试时,首先应将电池充足电,然后选择适当的条件进行放电。常用测试条件有以下两个。

  01) 将电池与一标准电阻(10Ω左右,根据电池型号选用)串联,连续放电24h,电池在放电过程中应无爆炸、无泄漏,在过放电后电池的容量应不低于标称容量的90%。

  02) 将电池首先以1C放电到0V,再以0.2C放电至0V,然后以1C的电流强制过放电6h,电池应无爆炸,但允许有泄漏或变形,测试后电池不能再被使用。

  对于一次电池,一般都采用第一种方式测试其耐漏液的能力。

电动汽车电池短路测试

  电动汽车电池在短路情况下,会产生很大的电流,瞬间就可以使电池温度升高,甚至可使电解液沸腾或使密封圈熔化。因此,在短路测试中,电池可能会出现喷碱、泄漏等情况。通常应有较好的防护措施。常见的测试条件为将电池充足电,在室温下将电池两极短接1h,允许有泄漏发生,但电池不得起火或爆炸。

电动汽车电池耐高温测试

  一般电池都禁止投入火中,因为较高温度下,电池会发生一定变化,并可能出现爆炸等情况,因此,有必要对电池在适当温度下的安全性能进行测试。一般的测试温度区间分为高温区与低温区,高温区即投入火中进行测试,低温区为100~200℃。常见的低温区测试条件如下。

  01) 满充态的电池投人沸水中(100℃)保持2h,电池应无爆炸、泄漏。

  02) 满充态的电池置人150℃的恒温箱中10min,电池应无爆炸、泄漏。

  通过低温区的测试后的电池内阻及开路电压均会发生一定的变化,但电池应仍能继续使用。

  电池在高温区的测试是具有破坏性的,测试后的电池将不能继续使用,电池投入火中后,温度可达800℃,密封圈及电池内的其他塑料都会全部熔化,并且会着火,允许有气体析出,但不得发生爆炸。

电动汽车电池钻孔实验

  电动汽车电池在受到外界尖锐物体的冲击时,可能会将外壳刺破,如刺入物为导电性的,则正负极片之间会发生短路,带来一定的危险,因此,对在一些特殊场合使用的电池还应进行钻孔实验,电池在进行钻孔测试前应处于满充态。钻孔可采用钻床,钻头应为导电性的。测试条件如下:钻头直径为φ1.0mm,将电池从直径方向钻穿,钻穿后电池应不爆炸,但允许有漏液、发热。

电动汽车电池力学性能

  力学性能包括耐碰撞、耐冲击和耐振试验等,常用的力学性能测试方法有碰撞试验和振动试验等。

01碰撞试验

  碰撞试验条件见下表。

项目 最大加速度/m*s-2 相应脉冲时间/m 波形 相应速度变化/ m*s-1 碰撞次数/次 试验量/g
方法1 98 16 半正弦波脉冲 1 10 10
方法2 1470 2 2 150

  先将电池充电,试验后以0.2C电流恒电流放电,方法一要求试验后放电容量不低于标称容量;方法二要求试验后电池容量亏试验前无明显区别。试验后电池不变形,不泄漏。

  用作碰撞试验的样品电池应按半数垂直轴向,半数平行轴向固定在冲击台上进行试验。

  力学性能检测也可以做简单碰撞试验,即可将电池随机地以不同方向从1m高处跌落至2cm厚的橡木板上4次。试验后从视觉上观察电池外形应无变化及漏液现象,此外电池电压、电池内阻均不应发生变化。

02振动试验

  振动试验是将电池充电后按下列条件进行。试验后以0.2C电流恒流放电的放电容量与试验前应无明显区别,电池不得变形或泄漏。振动试验条件如下。

电动汽车电池振动试验

图1:电动汽车电池振动试验

  其试验样品应半数按垂直轴向,半数按平行轴向进行振动试验,电池应该用专门的夹具固定。

  最小加速度:2.94m*S-2(0.3g);

  最大加速度:98m*S-2(10g);

  波形:简单谐波运动(如图1);

  频率:10~500Hz;

  时间:15min;

  测试次数:3次。

电动汽车电池抗腐蚀性能测试

  常用的腐蚀测试方法有电化学测试方法、盐雾试验法等。

  试验在盐雾箱中进行。将电池暴露于测试箱中,喷入经雾化的试验溶液,细雾在自重作用下均匀地沉降在试样表面,试验溶液为5%NaCl(质量百分数)溶液,其中总固体含量不超过20/(μg/g),pH6.5~7.2。试验时盐雾箱内温度恒定保持(35±1)℃。电池在盐雾箱内保持的时间为48h。

  试验后电池的容量应无明显差别,在电池的顶部(封口处)和底部允许有少量锈迹,但应无穿孔或非常明显的点蚀。电池不得泄漏、爆炸。