動力用バッテリーの基本的なテスト原理と方法は何ですか?

動力用バッテリーの基本的なテスト原理と方法は何ですか?

動力電池試験の基本原理と方法

化学電源の基本的な電気化学的特性には、容量、電圧、内部抵抗、自己放電、保存性能、高温および低温性能などが含まれます。典型的な二次化学電源として、動力電池には充放電性能、サイクル性能、内圧なども含まれます。したがって、単一動力電池セルの主な性能試験内容には、充放電性能試験、放電性能試験、放電容量およびレート性能試験、高温および低温性能試験、エネルギーおよび比エネルギー試験、電力および比電力試験、貯蔵性能、および自己放電試験、寿命試験、内部抵抗試験、内圧試験、安全性試験など-

実車応用の観点から、電気自動車に適用される電源電池パックを試験対象として、静容量検出、動的容量検出、静止試験、始動電力試験、急速充電能力試験、サイクル寿命試験、安全性試験、電池振動試験、ピーク電力検出、部分放電検出、最大勾配電力試験、熱性能試験など、車両用途に適した一連の試験を実施します。

(1) 静電容量の検出 このテストの主な目的は、車両が実際に使用されているときにパワーバッテリーパックが十分な充電とエネルギーを持っており、さまざまな所定の放電率と温度下で正常に動作できるかどうかを判断することです。主な試験方法は定温条件下での緩速放電試験であり、動力用電池パックの電圧が設定値まで低下するか、動力用電池パック内の単セルの均一性（電圧差）が設定値に達した時点で放電を終了します。

(2) 動的容量の検出電気自動車の運転中、パワーバッテリーの動作温度と放電率は動的に変化します。このテストは主に、動的放電条件下でのパワー バッテリー パックの能力を検出します。これは主に、さまざまな温度および放電速度でのエネルギーと容量に反映されます。主な試験方法は、所定の電流プロファイル、または車両のアプリケーションから実際に収集された電流プロファイルを使用して、パワーバッテリーパックの放電性能試験を実行することです。試験の終了条件は試験条件や動力電池の特性に応じて調整されますが、基本的には電圧が一定値まで低下するという基準に従います。この方法は、電気自動車の実際のアプリケーションのニーズをより直接的かつ正確に反映できます。

(3) 静音試験このテストの目的は、一定期間使用されなかったときのパワー バッテリ パックの容量損失を検出することです。これは、電気自動車が一定期間運転されず、バッテリが回路を開いたままになっている状況をシミュレートするために使用されます。{0}}静止テストは、自己放電および保存性能テストとしても知られています。-これは、開回路状態にあるときに特定の環境条件下で蓄電量を維持するバッテリーの能力を指します。-

(4) パワーテストの開始 自動車の始動電力は比較的大きいため、さまざまな温度条件下での自動車の始動に適応するために、低温 ($−18\\text{ 度 }$) と高温 ($50\\text{ 度 }$) でパワーバッテリーパックの始動電力テストが実施されます。このテストは、室温での測定に加えて、さまざまな充電状態でのバッテリーの放電能力を決定するために、通常、SOC 値も設定されます。一般的なテストは、$90\\%$、$50\\%$、および $20\\%$ SOC で実施される電力テストです。

(5) 急速充電能力試験このテストの目的は、パワー バッテリー パックに対して高レート充電テストを実行することでバッテリーの急速充電機能をテストし、その効率、発熱、その他の特性への影響を調べることです。{0}急速充電の場合、USABC 標準は、バッテリー SOC が $15\\text{min}$ 以内に $40\\%$ から $80\\%$ に回復することを目指しています。現在、日本のCHAdeMO協会が定めた基準では、電気自動車用パワーバッテリーパックを約$10\\text{min}$で充電すると、車両の走行距離が$50\\text{km}$保証されることが求められています。 $30\\text{min}$ 以上充電すると、$100\\text{km}$ の走行が保証されます。

(6) サイクル寿命試験バッテリーのサイクル寿命は、バッテリー使用の経済的実行可能性に直接影響します。バッテリーの実際の容量が初期容量または定格容量の $80\\%$ を下回る場合、動力バッテリーは寿命に達したと見なされます。この試験では、一定の条件下で充放電を繰り返し、サイクル数を寿命の指標とするのが主な試験方法です。電源電池の寿命のテスト期間は比較的長いため、通常、テストは数か月、場合によっては 1 年間続きます。そのため、実際の運用では、テストサイクル数を求め、容量劣化を測定し、そのデータをもとに線形外挿してテストする方法がよく使われます。研究分野では、動力電池寿命試験時間を短縮するために、動力電池や動力電池パックの寿命試験において、試験温度や充放電速度を高めて電池の劣化を促進する研究も行われています。

(7) 安全性試験電池の安全性能とは、蓄電池の保管および使用によって引き起こされる可能性のある人や機器への潜在的な危害の評価を指します。特にバッテリーが乱用されると、特定のエネルギーが入力されると、バッテリーの内部構成材料が物理的または化学反応を起こし、大量の熱が発生します。放熱が間に合わないとバッテリーが熱暴走する恐れがあります。熱暴走によりバッテリーが膨張、可燃性ガスが発生し、破裂、亀裂、発火を伴うなど、安全上の事故を引き起こす可能性があります。多くの化学電源の中でも、リチウム-イオン電池の安全性は特に重要です。動力用電池の共通安全性試験項目を表 6-1 に示します。

表 6-1 動力用電池の共通安全性試験項目

(8) 電池の振動試験このテストの目的は、道路によって引き起こされる頻繁な振動や衝撃が、動力バッテリーおよび動力バッテリーパックの性能と寿命に及ぼす影響を検出することです。電池振動試験は主に動力電池（パック）の振動耐久性を検査し、動力電池（パック）の構造設計改善の指針として使用します。振動試験における振動には、正弦波振動とランダム振動の 2 種類があります。パワーバッテリーパックは主に車両で使用されるため、バッテリーの実際の動作条件をより適切にシミュレートするためにランダム振動が一般に採用されます。

上記は、電源バッテリー (パック) をテストするための一般的な要件の一部です。テストの特定のパラメーターと要件は、電源バッテリーの種類によって異なります。表6-2は、電気自動車で使用されるリチウムイオン電池パックおよびシステムの安全性能要件と試験方法を示しています。

表 6-2 電気自動車のリチウムイオン電池パックおよびシステムの安全性能要件と試験方法

注: 表 6-2 では、主に GB/T 31467.3-2015、GB/T 2423.43-2008、GB/T 2423.56-2018、および GB/T 28046.1-2011 を参照しています。