מהם עקרונות ושיטות הבדיקה הבסיסיות לסוללות מתח?

מהם עקרונות ושיטות הבדיקה הבסיסיות לסוללות מתח?

עקרונות ושיטות בסיסיות של בדיקת סוללות חשמל

המאפיינים האלקטרוכימיים הבסיסיים של מקורות כוח כימיים כוללים קיבולת, מתח, התנגדות פנימית, פריקה עצמית-, ביצועי אחסון, ביצועי טמפרטורות גבוהות ונמוכות וכו'. כמקור כוח כימי משני טיפוסי, סוללות חשמל כוללות גם ביצועי טעינה ופריקה, ביצועי מחזור, לחץ פנימי וכו'. לכן, התוכן העיקרי של בדיקות הביצועים עבור תא סוללה יחיד כולל: בדיקת ביצועי טעינה ופריקה, בדיקת ביצועי טעינה ופריקה גבוהה, בדיקת ביצועי טעינה ופריקה גבוהה, בדיקת ביצועי פריקה, ביצועי פריקה, ביצועי פריקה, בדיקות אנרגיה ואנרגיה ספציפית, בדיקות כוח והספק ספציפי, ביצועי אחסון ובדיקת-פריקה עצמית, בדיקת חיים, בדיקת התנגדות פנימית, בדיקת לחץ פנימית ובדיקות בטיחות וכו'.

מנקודת המבט של יישום הרכב בפועל, מבוצעות סדרה של בדיקות המתאימות לשימוש ברכב כאשר ערכת הסוללה הכוח מיושמת על רכבים חשמליים כאובייקט הבדיקה, כגון: זיהוי קיבולת סטטית, זיהוי קיבולת דינמית, בדיקת כוח שקט, בדיקת כוח התנעה, בדיקת יכולת טעינה מהירה, בדיקת חיי מחזור, בדיקת בטיחות, בדיקת רעידות סוללה, זיהוי שיא הספק, בדיקת ביצועי פריקה חלקית וכו'.

(1) זיהוי קיבולת סטטית המטרה העיקרית של בדיקה זו היא לקבוע שלמארז הסוללות הכוח יש מספיק טעינה ואנרגיה כאשר הרכב נמצא בשימוש בפועל, והוא יכול לעבוד כרגיל תחת קצבי פריקה וטמפרטורות שונים שנקבעו מראש. שיטת הבדיקה העיקרית היא בדיקת פריקה איטית בתנאי טמפרטורה קבועים, והפריקה מסתיימת כאשר המתח של ערכת הסוללות הכוח יורד לערך מוגדר או העקביות של התאים הבודדים בתוך ערכת סוללת החשמל (הפרש מתח) מגיעה לערך מוגדר.

(2) זיהוי קיבולת דינמיתבמהלך פעולתו של רכב חשמלי, טמפרטורת הפעולה וקצב הפריקה של סוללת החשמל הם דינמיים. בדיקה זו מאתרת בעיקר את היכולת של ערכת סוללות החשמל בתנאי פריקה דינמיים, המתבטאת בעיקר באנרגיה ובקיבולת בטמפרטורות ובקצבי פריקה שונים. שיטת הבדיקה העיקרית היא ביצוע בדיקת ביצועי פריקה של ערכת הסוללה החשמלית באמצעות פרופיל זרם קבוע מראש או פרופיל זרם שנאסף בפועל מהאפליקציה של הרכב. מצב הסיום של הבדיקה מותאם לפי תנאי הבדיקה ומאפייני סוללת הכוח, אך בעצם עוקב אחר תקן ירידת המתח לערך מסוים. שיטה זו יכולה לשקף בצורה ישירה ומדויקת יותר את צרכי היישום בפועל של כלי רכב חשמליים.

(3) מבחן שקטמטרת בדיקה זו היא לזהות את אובדן הקיבולת של ערכת הסוללות החשמליות כאשר היא אינה בשימוש למשך תקופה, המשמשת לדמות מצב שבו הרכב החשמלי אינו נוהג במשך תקופה מסוימת והסוללה נותרת פתוחה-. מבחן השקט ידוע גם בתור מבחן הפריקה העצמית וביצועי האחסון, המתייחס ליכולתה של הסוללה לשמור על הטעינה המאוחסנת שלה בתנאים סביבתיים מסוימים כשהיא במעגל פתוח-.

(4) בדיקת כוח הפעלה מכיוון שכוח ההתנעה של מכונית גדול יחסית, על מנת להתאים את עצמו להתנעה של המכונית בתנאי טמפרטורה שונים, נערכים בדיקות כוח התנעה על ערכת הסוללה החשמלית בטמפרטורה נמוכה ($−18\\text{ מעלות }$) ובטמפרטורה גבוהה ($50\\text{ מעלות }$). בדיקה זו, בנוסף לנמדדה בטמפרטורת החדר, מוגדרת בדרך כלל גם עם ערך SOC על מנת לקבוע את יכולת הפריקה של הסוללה במצבי טעינה שונים. בדיקות נפוצות הן מבחני כוח שנערכו ב-$90\\%$, $50\\%$ ו-$20\\%$ SOC.

(5) בדיקת יכולת טעינה מהירהמטרת בדיקה זו היא לבדוק את יכולת הטעינה המהירה של הסוללה על ידי ביצוע בדיקות טעינה- גבוהות על ערכת הסוללה הכוחנית, ולבחון את יעילותה, ייצור החום והשפעתה על מאפיינים אחרים. לטעינה מהירה, תקן USABC שואף ש-SOC הסוללה יתאושש מ-$40\\%$ ל-$80\\%$ תוך $15\\text{min}$. נכון לעכשיו, התקן שנקבע על ידי איגוד CHAdeMO היפני דורש שטעינת ערכת הסוללות של הרכב החשמלי תמורת כ-$10\\text{min}$ יכולה להבטיח שהרכב נוסע 50$\\text{km}$; טעינה של יותר מ-$30\\text{min}$ יכולה להבטיח שהרכב נוסע 100$\\text{km}$.

(6) מבחן חיי מחזורחיי המחזור של הסוללה משפיעים ישירות על הכדאיות הכלכלית של השימוש בסוללה. כאשר הקיבולת האמיתית של הסוללה נמוכה מ-$80\\%$ מהקיבולת ההתחלתית או הקיבולת המדורגת, סוללת החשמל נחשבת כאילו הגיעה לסוף חייה. השיטה העיקרית המשמשת בבדיקה זו היא ביצוע מחזורי טעינה ופריקה בתנאים מסוימים, תוך שימוש במספר המחזורים כמדד חייו. מכיוון שתקופת הבדיקה של חיי סוללת החשמל היא ארוכה יחסית, הבדיקה נמשכת בדרך כלל מספר חודשים או אפילו שנה. לכן, בפעולה המעשית, שיטות לקביעת מספר מחזורי הבדיקה, מדידת הפחתת הקיבולת ולאחר מכן ביצוע אקסטרפולציה ליניארית על סמך נתונים אלה משמשות לעתים קרובות לבדיקה. בתחום המחקר, על מנת לקצר את זמן בדיקת חיי הסוללה, נערכים גם מחקרים על האצת הזדקנות הסוללה על ידי הגדלת טמפרטורת הבדיקה וקצבי טעינה/פריקה לבדיקת אורך החיים של סוללות מתח וערכות סוללות.

(7) מבחן בטיחותביצועי בטיחות הסוללה מתייחסים להערכת הנזק הפוטנציאלי לאנשים ולציוד שעלול להיגרם מאחסון ושימוש בסוללות אחסון. במיוחד כאשר הסוללה מנוצלת לרעה, הזנת אנרגיה ספציפית גורמת לחומרים המרכיבים הפנימיים של הסוללה לעבור תגובות פיזיקליות או כימיות היוצרות כמות גדולה של חום. אם לא ניתן לפזר את החום בזמן, זה עלול להוביל לבריחה תרמית של הסוללה. בריחת תרמית עלולה לגרום לסוללה להתנפח, ליצור גז דליק, להיקרע, להיסדק ולהיות מלווה בשריפה, ולגרום לתאונות בטיחות. בין מקורות כוח כימיים רבים, הבטיחות של סוללות ליתיום-יון חשובה במיוחד. פריטי בדיקות בטיחות נפוצים עבור סוללות חשמל מוצגים בטבלה 6-1.

טבלה 6-1 פריטי בדיקת בטיחות נפוצים עבור סוללות חשמל

(8) בדיקת רטט סוללהמטרת בדיקה זו היא לזהות את ההשפעה של רעידות וזעזועים תכופים הנגרמים על ידי כבישים על הביצועים והחיים של סוללות חשמל וערכות סוללות כוח. מבחן הרטט של הסוללה בוחן בעיקר את עמידות הרטט של סוללת החשמל (חבילה) ומשתמש בכך כבסיס כדי להנחות את שיפור התכנון המבני של סוללת החשמל (מארז). ישנם שני סוגים של רטט בבדיקת רטט: רטט סינוסואידי או רטט אקראי. מכיוון שחבילות סוללות כוח משמשות בעיקר בכלי רכב, רטט אקראי מאומץ בדרך כלל כדי לדמות טוב יותר את תנאי הפעולה בפועל של הסוללה.

האמור לעיל הם רק כמה דרישות כלליות לבדיקת סוללות כוח (חבילות). הפרמטרים והדרישות הספציפיות של הבדיקה ישתנו בהתאם לסוג סוללת החשמל. טבלה 6-2 מציגה את דרישות ביצועי הבטיחות ושיטות הבדיקה עבור ערכות סוללות ליתיום-יון ומערכות המשמשות בכלי רכב חשמליים.

טבלה 6-2 דרישות ביצועי בטיחות ושיטות בדיקה עבור ערכות ומערכות סוללות ליתיום-יון בכלי רכב חשמליים

הערה: טבלה 6-2 מתייחסת בעיקר ל-GB/T 31467.3-2015, GB/T 2423.43-2008, GB/T 2423.56-2018 ו-GB/T 28046.1-2011.