Perché le batterie necessitano di test di congelamento?

Hai notato l'aumento del numero di veicoli elettrici sulle strade?

Con lo sviluppo delle nuove tecnologie energetiche e il miglioramento della consapevolezza ambientale, i veicoli elettrici sono ormai una vista comune nella vita quotidiana. Ti sei mai chiesto perché i veicoli elettrici si caricano più lentamente e si scaricano più rapidamente in inverno? Questo influisce sulla vita della batteria? Perché alcuni veicoli elettrici hanno anche prestazioni stabili in ambienti con temperature di -20℃?

Questo è strettamente legato a una fase chiave nella ricerca e sviluppo: il test della batteria a basse temperature. Cos'è il test della batteria a basse temperature? Perché viene fatto? Cosa succede quando la batteria si congela? Come viene condotto il test di congelamento? Questo articolo rivela il mistero dei test delle batterie per te.

Perché congelare la batteria?

Il test di congelamento della batteria serve a simulare l'ambiente a bassa temperatura che potrebbe essere incontrato durante l'uso reale. In Nord America, nell'Europa del Nord, in Russia e in altri luoghi, la temperatura in inverno è molto bassa, il che può rendere difficile l'avvio dei veicoli elettrici. Nei veicoli di trasporto a catena del freddo e in alcuni equipaggiamenti di esplorazione polare, il sistema della batteria può guastarsi o addirittura cortocircuitarsi a causa delle basse temperature.

Per prevenire che questi problemi si verifichino durante l'uso, i ricercatori e sviluppatori devono comprendere in anticipo le loro prestazioni a basse temperature. È necessario valutare la resistenza al freddo dei materiali, la durata della batteria, le reazioni chimiche interne e i valori critici di temperatura bassa.

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Cosa succede quando la batteria si congela?

Come si comporta una batteria in ambienti a bassa temperatura? Ecco i principali effetti:

Ricarica lenta

Quando si carica un'auto elettrica in inverno, ci vuole molto tempo per caricarla completamente, perché la bassa temperatura influisce sulla velocità di carica della batteria. A basse temperature, la viscosità dell'elettrolito aumenta, la resistenza al movimento degli ioni di litio nell'elettrolito cresce e l'efficienza di carica della batteria diminuisce. Se la carica continua in un ambiente a bassa temperatura, potrebbe verificarsi la deposizione di metallo di litio, danneggiando la batteria e persino causando un surriscaldamento termico.

Scarica accelerata

Forse hai notato che la potenza della batteria diminuisce molto dopo aver guidato un'auto elettrica per una breve distanza in inverno. La ragione per cui la batteria può fornire energia è che una reazione chimica avviene al suo interno, convertendo l'energia chimica in energia elettrica. Dopo che la batteria è connessa al circuito esterno, gli ioni di litio si sposteranno dall'elettrodo negativo e raggiungeranno l'elettrodo positivo attraverso il circuito esterno, creando così una corrente. A basse temperature, la migrazione degli ioni di litio viene ostacolata, la resistenza interna della batteria aumenta, la tensione durante la scarica diminuisce e la potenza disponibile si riduce.

Rischi per la sicurezza

A temperature estremamente basse, l'elettrolito potrebbe cristallizzarsi o precipitare parzialmente litio, o potrebbero verificarsi danni strutturali come gonfiore, perdite, cortocircuiti, ecc. Incontrare questi problemi in un'auto in movimento metterà seriamente a rischio la sicurezza della vita del conducente e dei passeggeri.

Prestazioni della batteria a diverse basse temperature

Le batterie hanno prestazioni diverse in base ai diversi intervalli di basse temperature. I test in diverse zone di temperatura possono aiutare i ricercatori e sviluppatori a ottimizzare le formule delle batterie e a valutare la stabilità del confezionamento delle celle della batteria.

Intervallo di temperatura	Prestazioni della batteria
0℃ ~ -10℃	Leggero calo delle prestazioni, ancora operativo
-10℃ ~ -20℃	Perdita di capacità evidente, tensione di avvio insufficiente, tempo di scarica più breve
-20℃ ~ -40℃	La maggior parte delle batterie al litio non funziona correttamente; sono necessarie batterie speciali per basse temperature.
-40℃ ~ -80℃	Gamma di test estrema per applicazioni aerospaziali, militari e altri ambienti difficili

Standard di test di congelamento delle batterie

Per verificare l'affidabilità delle batterie e facilitare il confronto e la certificazione, molti paesi e regioni hanno emesso standard di test di congelamento delle batterie.

IEC 62660

La Commissione Elettrotecnica Internazionale ha emesso lo standard IEC 62660 nel 2010, che si applica a tutte le celle agli ioni di litio utilizzate nei sistemi di alimentazione dei veicoli elettrici. Stabilisce che debbano essere effettuati test di capacità della batteria, test di ritenzione della tensione e test della vita ciclica a -20°C. Vengono inoltre stabiliti l'ambiente di test, i metodi di test e gli standard di qualificazione delle batterie.

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

La Society of Automotive Engineers (SAE) ha rilasciato il SAE J2929 nel 2008 e lo ha revisionato nel 2020. Questo standard si applica ai sistemi di batterie dei veicoli elettrici e ibridi venduti negli Stati Uniti. Richiede una simulazione ambientale dell'intero sistema di batterie, compresi il funzionamento a bassa temperatura, la ricarica a bassa temperatura e le modalità di guasto a bassa temperatura. Si consiglia che la temperatura di prova venga controllata a -30°C per simulare la temperatura invernale del Nord America.

NASA-STD-4009

La NASA (National Aeronautics and Space Administration) ha revisionato lo standard NASA-STD-4009 nel 2021. Questo standard si applica ai sistemi di batterie per veicoli spaziali, satelliti e attrezzature per l'esplorazione dello spazio profondo. È necessario eseguire test a -60°C o anche a temperature inferiori per valutare la tenuta, la capacità di controllo termico e la stabilità elettrochimica del sistema di batterie a temperature estremamente basse.

GB/T 31467

L'Amministrazione Statale per la Regolamentazione del Mercato della Cina ha rilasciato lo standard GB/T 31467 nel 2015. Questo standard si applica ai sistemi di batterie al litio per veicoli elettrici. È richiesto che la batteria subisca test di capacità, potenza e prestazioni di carica e scarica a -20°C, e sono specificati il metodo di test e l'errore della scatola di controllo della temperatura (±2°C).

Nome dello standard	Paese/Organizzazione	Requisiti di temperatura	Applicazione principale	Anno di rilascio
IEC 62660	Internazionale / IEC	-20℃	Test di prestazioni e sicurezza delle celle singole dei veicoli elettrici (EV)	Dal 2010
UN 38.3	Nazioni Unite / UNECE	Ciclaggio a -40℃	Test di adattabilità al trasporto e sicurezza delle batterie	Dal 1999
GB/T 31467	Cina	-20℃	Test di prestazioni e sicurezza dei pacchi batteria dei veicoli elettrici (EV)	Dal 2015
SAE J2929	USA / SAE	-30℃	Sicurezza e prestazioni dei sistemi dei pacchi batteria	Dal 2008
NASA-STD-4009	USA / NASA	-60℃ e inferiori	Test speciali delle batterie per applicazioni aerospaziali	Edizione 2021

Come viene eseguito il test di congelamento della batteria?

Di seguito sono riportate le procedure di base e le precauzioni per il test di congelamento delle batterie.

Preparate i campioni.

È necessario selezionare celle e pacchi batteria rappresentativi e ispezionare attentamente i campioni per assicurarsi che siano privi di difetti evidenti, come rigonfiamenti o perdite.

Registra lo stato iniziale

Per comodità di confronto, registra la tensione iniziale, la resistenza, lo stato di carica e altri dati della batteria. Se si desidera eseguire un test ciclico, è necessario registrare anche i dati dell’ultimo test.

Imposta un ambiente a bassa temperatura

Secondo gli standard di prova corrispondenti, imposta la temperatura target sul touch screen della camera di prova delle batterie, che di solito è -20 o -40℃. Se si tratta di una batteria per uso aeronautico, deve essere impostata a circa -70℃. Per evitare shock termici, è necessario impostare una velocità di raffreddamento ragionevole.

Raffreddamento lento

Posizionare la batteria nella camera di prova e chiudere la porta, assicurando una conduzione termica uniforme attraverso il supporto del campione. Attendere che la temperatura nella camera ambientale scenda fino alla temperatura target. Evitare di aprire e chiudere frequentemente la porta durante questo processo.

Mantieni la temperatura costante

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℃.

Test

Eseguire test di scarica, test di carica e test di ciclo in condizioni di bassa temperatura. Registrare la capacità della batteria, la tensione, la resistenza interna, la velocità di scarica e altri dati. Confrontare con i parametri a temperatura ambiente.

Riscaldamento

Dopo il test, riscaldare lentamente la batteria fino alla temperatura ambiente. È importante notare che la batteria non deve essere esposta direttamente alla temperatura ambiente, poiché ciò può causare condensa o danni da stress termico. Quindi eseguire un controllo di sicurezza della batteria per verificare eventuali rigonfiamenti, perdite o altri problemi.

Nota

• Assicurarsi che la batteria campione non presenti danni evidenti
• Non caricare a temperature estremamente basse
• Prima della scarica, è necessario mantenere la temperatura costante abbastanza a lungo per evitare un raffreddamento irregolare della cella della batteria
• Qualcuno deve essere presente durante il test

Prestazioni di diversi tipi di batterie nei test di congelamento

I diversi tipi di batterie hanno prestazioni differenti e si comportano in modo diverso in ambienti a bassa temperatura.

Tipo di batteria	Caratteristiche a bassa temperatura
Batteria al litio ternaria	Alta densità energetica ma scarse prestazioni a basse temperature; rapido decadimento della capacità; adatto ai climi temperati
Batteria al litio ferro-fosfato (LFP)	Alta sicurezza, migliori prestazioni a basse temperature; può scaricare a -20℃, ma ha una densità energetica inferiore
Batteria allo stato solido	Nuova tecnologia di batterie con buona stabilità a basse temperature; la commercializzazione è ancora in corso
Batteria nickel-metallo idruro (NiMH)	Perdita significativa di capacità a basse temperature; adatto a dispositivi a bassa potenza
Batteria agli ioni di sodio	In fase di sviluppo; i primi dati mostrano prestazioni a basse temperature migliori rispetto alle batterie al litio tradizionali

Come scegliere una camera di prova per batterie?

Se acquisti una camera per batterie allo scopo di testare batterie per veicoli elettrici, come dovresti sceglierla? Devi considerare i seguenti fattori:

Voce	Descrizione
Intervallo di temperatura	Consigliato: -70℃ a +100℃ (copre ambienti estremi)
Precisione del controllo della temperatura	At least ±0.5℃ (depending on testing standard)
Uniformità della temperatura	≤±2℃ to ensure consistent data for multiple battery samples
Velocità di raffreddamento	Recommended ≥1℃/min; some standards require ≥5℃/min
Registrazione dei dati	Dovrebbe registrare automaticamente temperatura, tensione, tempo e altri dati di test
Compatibilità	Supporta tester per batterie, interfacce di comunicazione, moduli di monitoraggio dei gas, ecc.
Sistema di sicurezza	Dotato di allarme per sovratemperatura, protezione da interruzione di corrente, rilevamento perdite, ecc.
Assistenza post-vendita e personalizzazione	Supporta personalizzazione, consegna rapida e consulenza tecnica

Conclusione

I test delle batterie sono necessari per garantire la sicurezza di apparecchiature e personale. Generalmente, vengono utilizzate camere di prova per batterie appositamente progettate per simulare ambienti applicativi reali e testare le prestazioni delle batterie a diverse temperature. Se cercate un produttore affidabile di camere di prova per batterie, LNEYA è lieta di offrirvi soluzioni personalizzate e supporto tecnico.

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