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Warum benötigen Batterien Gefrierprüfungen?
Hast du die zunehmende Zahl von Elektrofahrzeugen auf den Straßen bemerkt?
Mit der Entwicklung neuer Energietechnologien und der Verbesserung des Umweltbewusstseins sind batteriebetriebene Fahrzeuge heute ein alltäglicher Anblick. Hast du dich schon einmal gefragt, warum Elektrofahrzeuge im Winter langsamer aufladen und schneller entladen? Beeinflusst das die Lebensdauer der Batterie? Warum haben einige Elektrofahrzeuge auch bei -20℃ stabile Leistung?
Dies steht in engem Zusammenhang mit einem wichtigen Schritt in der Forschung und Entwicklung: dem Batterie-Test bei niedrigen Temperaturen. Was ist der Batterie-Test bei niedrigen Temperaturen? Warum wird er durchgeführt? Was passiert, wenn die Batterie einfriert? Wie wird der Gefrier-Test durchgeführt? Dieser Artikel enthüllt das Geheimnis der Batterietests für dich.
Warum friert man die Batterie ein?
Der Batteriefrier-Test dient dazu, die niedrigen Umgebungsbedingungen zu simulieren, die im realen Einsatz auftreten können. In Nordamerika, Nordeuropa, Russland und anderen Regionen sind die Wintertemperaturen sehr niedrig, was es Elektrofahrzeugen erschwert, zu starten. In der Kaltkettenlogistik und einigen Polar-Erkundungsgeräten kann das Batteriesystem aufgrund niedriger Temperaturen ausfallen oder sogar einen Kurzschluss verursachen.
Um diese Probleme während der Nutzung zu vermeiden, müssen die F&E-Mitarbeiter ihre Leistung bei niedrigen Temperaturen im Voraus verstehen. Die Kältebeständigkeit der Materialien, die Lebensdauer der Batterien, interne chemische Reaktionen und kritische Niedrigtemperaturwerte müssen bewertet werden.
Was passiert, wenn die Batterie einfriert?
Wie verhält sich eine Batterie in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen? Hier sind die Hauptwirkungen:
Langsame Ladegeschwindigkeit
Beim Laden eines Elektroautos im Winter dauert es lange, bis es vollständig aufgeladen ist, da die niedrige Temperatur die Ladegeschwindigkeit der Batterie beeinflusst. Bei niedrigen Temperaturen erhöht sich die Viskosität des Elektrolyten, der Widerstand gegen die Bewegung der Lithium-Ionen im Elektrolyten steigt und die Ladeeffizienz der Batterie sinkt. Wenn das Laden in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen fortgesetzt wird, kann es zur Ablagerung von Lithiummetall kommen, was die Batterie beschädigen und sogar zu einem thermischen Durchgehen führen kann.
Beschleunigte Entladung
Vielleicht haben Sie bemerkt, dass die Batterieleistung nach einer kurzen Fahrt mit dem Elektroauto im Winter stark sinkt. Der Grund, warum die Batterie Energie liefern kann, liegt darin, dass im Inneren eine chemische Reaktion stattfindet, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Nachdem die Batterie mit dem externen Stromkreis verbunden ist, bewegen sich Lithium-Ionen vom negativen Elektroden und erreichen die positive Elektrode über den externen Stromkreis, wodurch ein Strom erzeugt wird. Bei niedrigen Temperaturen wird die Migration der Lithium-Ionen behindert, der Innenwiderstand der Batterie steigt, die Spannung sinkt während der Entladung und die verfügbare Leistung verringert sich.
Sicherheitsrisiken
Bei extrem niedrigen Temperaturen kann der Elektrolyt kristallisieren oder Lithium teilweise ausfällen, oder es kann zu strukturellen Schäden wie Aufblähung, Leckage, Kurzschluss usw. kommen. Das Auftreten dieser Probleme in einem fahrenden Auto stellt eine große Gefahr für die Lebenssicherheit des Fahrers und der Passagiere dar.
Batterieleistung bei verschiedenen niedrigen Temperaturen
Batterien haben unterschiedliche Leistungen in verschiedenen niedrigen Temperaturbereichen. Tests in verschiedenen Temperaturzonen können den F&E-Mitarbeitern helfen, die Batteriezusammensetzungen zu optimieren und die Stabilität der Zellverpackung der Batterie zu bewerten.
| Temperaturbereich | Batterieleistung |
| 0℃ ~ -10℃ | Leichter Leistungsabfall, noch funktionsfähig |
| -10℃ ~ -20℃ | Erheblicher Kapazitätsverlust, unzureichende Startspannung, kürzere Entladezeit |
| -20℃ ~ -40℃ | Die meisten Lithium-Batterien können nicht ordnungsgemäß funktionieren; spezielle Niedrigtemperatur-Batterien sind erforderlich. |
| -40℃ ~ -80℃ | Extremer Testbereich für Luft- und Raumfahrt, Militär und andere Anwendungen in extremen Umgebungen |
Batterie-Frier-Teststandards
Um die Zuverlässigkeit von Batterien zu überprüfen und den Vergleich sowie die Zertifizierung zu erleichtern, haben viele Länder und Regionen Batteriefrier-Teststandards erlassen.
IEC 62660
Die Internationale Elektrotechnische Kommission veröffentlichte 2010 den IEC 62660-Standard, der für alle Lithium-Ionen-Zellen gilt, die in Energiesystemen von Elektrofahrzeugen verwendet werden. Es wird festgelegt, dass Kapazitätstests, Spannungsbeibehaltungstests und Zykluslebensdauertests bei -20°C durchgeführt werden sollen. Der Testumgebungsbereich, die Testmethoden und die Qualifikationsstandards für Batterien werden ebenfalls festgelegt.
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
Die Society of Automotive Engineers (SAE) veröffentlichte den SAE J2929 im Jahr 2008 und überarbeitete ihn im Jahr 2020. Dieser Standard gilt für Batteriesysteme von Elektro- und Hybridfahrzeugen, die in den USA verkauft werden. Er erfordert eine Umweltsimulation des gesamten Batteriesystems, einschließlich des Betriebs bei niedrigen Temperaturen, der Ladung bei niedrigen Temperaturen und der Fehlerarten bei niedrigen Temperaturen. Es wird empfohlen, dass die Testtemperatur auf -30°C kontrolliert wird, um die Wintertemperaturen in Nordamerika zu simulieren.
NASA-STD-4009
Die NASA (National Aeronautics and Space Administration) hat den Standard NASA-STD-4009 im Jahr 2021 überarbeitet. Dieser Standard gilt für Batteriesysteme für Raumfahrzeuge, Satelliten und Deep-Space-Explorationsausrüstungen. Es wird verlangt, Tests bei -60°C oder sogar niedriger durchzuführen, um die Dichtheit, die Wärmebehandlungsfähigkeit und die elektrochemische Stabilität des Batteriesystems bei extrem niedrigen Temperaturen zu bewerten.
GB/T 31467
Die staatliche Marktregulierungsbehörde Chinas veröffentlichte 2015 den Standard GB/T 31467. Dieser Standard gilt für Lithium-Ionen-Strombatteriesysteme für Elektrofahrzeuge. Es wird verlangt, dass die Batterie Kapazitäts-, Leistungs- sowie Lade- und Entladeleistungstests bei -20°C unterzogen wird, wobei die Testmethoden und die Fehlergrenze des Temperaturkontrollkastens (±2°C) angegeben sind.
| Standardname | Land/Organisation | Temperaturanforderung | Hauptanwendung | Erscheinungsjahr |
| IEC 62660 | International / IEC | -20℃ | Leistungs- und Sicherheitstests von EV-Einzellen | Seit 2010 |
| UN 38.3 | Vereinte Nationen / UNECE | -40℃ Zyklen | Transportanpassungs- und Sicherheitstests von Batterien | Seit 1999 |
| GB/T 31467 | China | -20℃ | Leistungs- und Sicherheitstests von EV-Batteriepacks | Seit 2015 |
| SAE J2929 | USA / SAE | -30℃ | Sicherheit und Leistung von Batteriepacksystemen | Seit 2008 |
| NASA-STD-4009 | USA / NASA | -60℃ und darunter | Spezielle Batterietests für Luft- und Raumfahrtanwendungen | 2021 Ausgabe |
Wie wird der Gefriertest der Batterie durchgeführt?
Im Folgenden sind die grundlegenden Verfahren und Vorsichtsmaßnahmen für den Gefriertest von Batterien aufgeführt.
Bereiten Sie die Proben vor.
Es ist erforderlich, repräsentative Zellen und Batteriepacks auszuwählen und die Proben sorgfältig zu prüfen, um sicherzustellen, dass sie frei von offensichtlichen Mängeln wie Aufblähungen und Leckagen sind.
Den Anfangszustand aufzeichnen
Zur Vergleichbarkeit sollten die Anfangsspannung, der Widerstand, der Ladezustand und weitere Daten der Batterie aufgezeichnet werden. Wenn ein Zyklustest durchgeführt werden soll, müssen auch die Daten des letzten Tests protokolliert werden.
Stellen Sie eine Umgebung mit niedriger Temperatur ein
Gemäß den entsprechenden Teststandards stellen Sie die Zieltemperatur am Touchscreen der Batterietestkammer ein, die in der Regel -20 oder -40℃ beträgt. Handelt es sich um eine Batterie für die Luftfahrt, muss sie auf etwa -70℃ eingestellt werden. Um einen thermischen Schock zu vermeiden, sollte eine angemessene Abkühlrate eingestellt werden.
Langsame Abkühlung
Legen Sie die Batterie in die Prüfkammer und schließen Sie die Tür, wobei eine gleichmäßige Wärmeleitung über den Probenhalter sichergestellt wird. Warten Sie, bis die Temperatur in der Umwelttestkammer auf die Zieltemperatur abgesunken ist. Vermeiden Sie während dieses Vorgangs ein häufiges Öffnen und Schließen der Tür.
Konstante Temperatur aufrechterhalten
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℃.
Prüfung
Führen Sie Entladetest, Ladetest und Zyklustest unter Niedrigtemperaturbedingungen durch. Zeichnen Sie Batteriekapazität, Spannung, Innenwiderstand, Entladerate und weitere Daten auf. Vergleichen Sie diese mit den Parametern bei Raumtemperatur.
Heizen
Nach dem Test die Batterie langsam auf Raumtemperatur erwärmen. Es ist zu beachten, dass die Batterie nicht direkt der Umgebungstemperatur ausgesetzt werden darf, da dies Kondensation oder thermische Spannungsbeschädigungen verursachen kann. Führen Sie anschließend eine Sicherheitsprüfung der Batterie durch, um Aufblähungen, Leckagen und andere Probleme zu überprüfen.
Hinweis
• Stellen Sie sicher, dass die Probebatterie keine offensichtlichen Schäden aufweist
• Nicht bei extrem niedrigen Temperaturen aufladen
• Vor der Entladung muss die Temperatur lange genug konstant gehalten werden, um eine ungleichmäßige Kühlung der Batteriezelle zu vermeiden
• Während des Tests muss jemand anwesend sein
Leistung verschiedener Batterietypen bei Gefriertests
Verschiedene Batterietypen haben unterschiedliche Leistungen und verhalten sich in Niedrigtemperaturumgebungen unterschiedlich.
| Batterietyp | Kälteeigenschaften |
| Ternäre Lithiumbatterie | Hohe Energiedichte, aber schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen; schnelle Kapazitätsabnahme; geeignet für gemäßigte Klimazonen |
| Lithium-Eisenphosphat-Batterie (LFP) | Hohe Sicherheit, bessere Leistung bei niedrigen Temperaturen; Entladung bei -20℃ möglich, aber geringere Energiedichte |
| Festkörperbatterie | Neue Batterietechnologie mit guter Kältestabilität; Kommerzialisierung noch im Gange |
| Nickel-Metallhydrid-Batterie (NiMH) | Erheblicher Kapazitätsverlust bei niedrigen Temperaturen; geeignet für Geräte mit geringer Leistung |
| Natrium-Ionen-Batterie | In Entwicklung; erste Daten zeigen eine bessere Kälteleistung als herkömmliche Lithiumbatterien |
Wie wählt man eine Batterietestkammer aus?
Wenn Sie eine Batteriekammer zum Testen von Elektrofahrzeugbatterien kaufen, wie sollten Sie wählen? Sie müssen folgende Faktoren berücksichtigen:
| Artikel | Beschreibung |
| Temperaturbereich | Empfohlen: -70℃ bis +100℃ (für extreme Umgebungen geeignet) |
| Genauigkeit der Temperaturregelung | At least ±0.5℃ (depending on testing standard) |
| Temperaturgleichmäßigkeit | ≤±2℃ to ensure consistent data for multiple battery samples |
| Abkühlrate | Recommended ≥1℃/min; some standards require ≥5℃/min |
| Datenprotokollierung | Soll Temperatur, Spannung, Zeit und andere Testdaten automatisch aufzeichnen |
| Kompatibilität | Unterstützt Batterietester, Kommunikationsschnittstellen, Gasüberwachungsmodule usw. |
| Sicherheitssystem | Ausgestattet mit Übertemperaturalarm, Stromausfallschutz, Leckageerkennung usw. |
| After-Sales-Service & Anpassung | Unterstützt Anpassung, schnelle Lieferung und technische Beratung |
Schlussfolgerung
Batterietests sind notwendig, um die Sicherheit von Geräten und Personal zu gewährleisten. In der Regel werden speziell entwickelte Batterietestkammern verwendet, um reale Einsatzumgebungen zu simulieren und die Leistung von Batterien bei unterschiedlichen Temperaturen zu prüfen. Wenn Sie einen zuverlässigen Hersteller von Batterietestkammern suchen, stellt LNEYA gerne maßgeschneiderte Lösungen und technischen Support bereit.
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