Батарейные модули электромобилей работают в более суровых тепловых условиях, чем ожидают многие покупатели. Пакет может столкнуться с запуском в морозное утро, тепловыделением при быстрой зарядке, летними температурами на дороге, разбросом температур охлаждающей пластины, хранением в контейнере и длительным сроком службы внутри герметичной платформы транспортного средства. Эти изменения влияют не только на характеристики ячеек. Они также создают нагрузку на сварные швы, шины, уплотнения, клеи, изоляционные детали, корпуса модулей, датчики и разъемы.
Камера температурного циклирования дает инженерам-аккумуляторщикам контролируемый способ повторять эти условия нагрева и охлаждения до того, как модуль попадет на дорогу. Для тепловых испытаний аккумуляторов электромобилей она помогает выявить ранние признаки отказов, которые могут не проявиться во время единичной выдержки при высокой или низкой температуре. Правильно подобранная термокамера может поддерживать валидацию конструкции, входной контроль материалов, выборочный контроль производства и термоциклический скрининг напряжений для батарейных модулей, используемых в легковых автомобилях, коммерческом транспорте, системах накопления энергии и платформах силовой электроники.
Отзыв от нашего заказчика
Батарейные модули состоят из множества материалов с разными коэффициентами расширения. Алюминиевые корпуса, медные шины, никелевые контактные ленты, пластиковые держатели, заливочные компаунды, герметики, изоляционные листы, детали печатных плат и датчики температуры — все они по-разному реагируют при переходе температуры от отрицательных значений к высокому нагреву. За один цикл изменение может показаться незначительным. Но после сотен циклов небольшие перемещения превращаются в механическую усталость.
Термоциклический скрининг напряжений полезен тем, что позволяет выявить слабые места на ранней стадии. Сварной шов, прошедший первоначальный электрический тест, может показать повышенное сопротивление после многократных температурных циклов батарейного модуля. Уплотнение, которое выглядит стабильным при комнатной температуре, может сжиматься при низкой и размягчаться при высокой температуре. Разъем может пройти вибрационные испытания, но выйти из строя при добавлении теплового расширения и сжатия.
Для производителей аккумуляторов для электромобилей такой тип испытаний — это не только выполнение лабораторных требований. Это также снижение гарантийных рисков и выявление мелких проблем сборки до того, как они приведут к отказам в полевых условиях.
Камера температурного циклирования изменяет температуру воздуха вокруг образца в соответствии с заданным профилем. Испытание обычно включает точку низкой температуры, период выдержки, контролируемый подъем до точки высокой температуры, еще один период выдержки, а затем возврат к низкой температуре. Эта последовательность повторяется необходимое количество циклов.
Для циклического изменения температуры батарейного модуля камера должна делать больше, чем просто нагреваться или охлаждаться. Она должна поддерживать стабильное управление в то время, как сам образец поглощает и выделяет тепло. Тяжелый модуль, особенно с металлическими охлаждающими пластинами или плотными группами ячеек, имеет большую тепловую массу, чем мелкая электроника. Это означает, что камере требуется достаточная мощность нагрева и охлаждения, чтобы выдерживать требуемую скорость изменения температуры без значительных выбросов.
Конфигурации камер температурного циклирования LIB поддерживают диапазоны температур от -20℃, -40℃ или -70℃ до +150℃. Это делает оборудование пригодным для испытаний на холодное хранение, высокотемпературное старение, быстрое термическое циклирование и экологический скрининг напряжений. Скорости нагрева и охлаждения могут достигать 10°C/мин, а для более быстрых профилей доступна скорость 15°C/мин в зависимости от конфигурации. Для тепловых испытаний аккумуляторов электромобилей эти показатели важны, поскольку медленные и нестабильные переходы могут пропустить условия напряжений, возникающие при быстрых реальных изменениях температуры.
Хороший испытательный профиль начинается с четкой цели. Отделы НИОКР могут захотеть сравнить две компоновки модулей. Отдел контроля качества может захотеть провести скрининг производственных образцов. Испытательной лаборатории может потребоваться соблюдение условий, указанных заказчиком. Одна и та же камера для испытаний аккумуляторов может поддерживать каждый из этих случаев, но профиль цикла, точки измерения и критерии приемки должны быть разными.
Перед загрузкой батарейного модуля в камеру группа испытателей должна определить, что должно выявить испытание. Общие цели включают проверку стабильности сварных швов, сопротивления шинных соединений, надежности изоляции, дрейфа датчиков, поведения уплотнений или функционирования модуля после термического циклирования.
Для новой конструкции модуля испытание может проводиться с большим количеством датчиков и большим числом циклов. Для выборочного контроля производства акцент часто делается на повторяемости, быстрой обработке и четких критериях годен/не годен.
Диапазон температур должен отражать область применения, маршрут транспортировки и требования заказчика. Типичное испытание батарейного модуля электромобиля может использовать низкие точки, такие как -40°C, и высокие точки между +85°C и +105°C, в зависимости от расположения модуля и цели испытания. Для более жесткого скрининга более широкий диапазон камеры до +150°C оставляет место для специальных проверок материалов, клеев и компонентов.
Когда речь идет о требованиях безопасности транспортировки, для литиевых элементов и батарей часто обсуждается тепловое испытание UN 38.3 T.2. Его термический цикл использует 72 ± 2°C в течение как минимум 6 часов, затем -40 ± 2°C в течение как минимум 6 часов, с максимальным интервалом переноса 30 минут между крайними значениями температуры. Последовательность повторяется в течение 10 циклов, затем образец выдерживается в течение 24 часов при 20 ± 5°C. Для больших батарей может потребоваться более длительное время выдержки, обычно 12 часов, в зависимости от применимой интерпретации испытания и размера образца. Это отличается от общего инженерного испытания на термоциклирование, но показывает, почему важны стабильность камеры и контроль выдержки.
Скорость изменения температуры меняет уровень напряжений. Профиль 1°C/мин ближе к медленному изменению окружающей среды. Профиль 5°C/мин, 10°C/мин или 15°C/мин больше подходит для быстрого термического циклирования или ускоренного скрининга. Время выдержки должно быть достаточно длительным, чтобы температура сердцевины батарейного модуля приблизилась к целевой, а не только к температуре воздуха в камере.
Количество циклов зависит от цели. Для раннего сравнения конструкций может использоваться от 20 до 50 циклов. Для подтверждения надежности может потребоваться больше циклов, особенно если испытание сочетается с электрическими проверками до, во время и после циклирования.
Лучшие испытания на циклическое изменение температуры батарейного модуля собирают больше данных, чем просто температура камеры. Полезные измерения включают напряжение модуля, напряжение группы ячеек, температуру поверхности, показания датчиков BMS, сопротивление изоляции, сопротивление разъемов и видимую деформацию.
Кабельный порт помогает инженерам прокладывать внешние провода, не открывая дверцу. Камера температурного циклирования LIB включает стандартное тестовое отверстие Φ50 мм для подключения внешних кабелей или источников питания, что позволяет контролировать производительность образца в реальном времени, пока камера остается под контролем.
Термокамера часто наиболее ценна, когда образец все еще «работает», но проявляет ранние предупреждающие признаки. Эти признаки помогают командам исправить конструкцию или процесс до того, как проблема станет дорогостоящей.
Сварные соединения и шины пропускают большой ток в компактном пространстве. Многократное нагревание и охлаждение может создать микроскопические перемещения на границе соединения. После циклирования слабый сварной шов может показать повышенное сопротивление, локальный нагрев или видимые трещины. В модуле с большим током это не маленькая проблема. Плохое соединение может стать источником тепла и снизить долгосрочную надежность пакета.
Уплотнения и изоляционные материалы подвергаются многократному расширению и сжатию. Низкая температура может сделать некоторые полимеры жесткими, в то время как высокая может размягчить их или ускорить старение. Корпуса модулей также могут деформироваться, если толщина материала, точки крепления или внутренние напряжения не сбалансированы должным образом.
Камера для испытаний аккумуляторов помогает определить, сохраняет ли модуль изоляционные свойства, качество герметизации и механическое выравнивание после многократного воздействия циклов высоких и низких температур.
Показания BMS должны оставаться надежными при изменении температуры. Датчик температуры, который дрейфует после многократного циклирования, может повлиять на логику терморегулирования. Разъемы также могут ослабнуть или показать прерывистый контакт, когда пластик, клеммы и провода расширяются с разной скоростью.
Для тепловых испытаний аккумулятора электромобиля эти отказы часто важнее видимых повреждений. Модуль может выглядеть неизменным снаружи, но все же показывать нестабильное электрическое поведение.
English
русский
français
العربية
Deutsch
Español
한국어
italiano
tiếng việt
ไทย
Indonesia
.webp "Комплект автоматизации камеры отверждения карбонизации CO₂")
