16 - TESTY LITHIOVÝCH BATERIÍ

Cílem environmentálních zkoušek baterií je ověřit jejich chování při působení různých vlivů okolního prostředí a zjistit, zda si zachovají bezpečnost, funkčnost a výkon po celou dobu své životnosti. Ověřuje se odolnost článků, stacků (sestava vzájemně propojených článků) a modulů vůči vysokým a nízkým teplotám, teplotním změnám, vlhkosti, dlouhodobému klimatickému namáhání, korozi, vniknutí pevných částic a vody.

Při zkouškách klimatického zatížení baterií v klimatických komorách se sleduje vliv vysokých a nízkých teplot v rozsahu od –40 °C do 75 °C na jejich funkčnost, kapacitu, výkon a životnost. Baterie lze během testování řízeně nabíjet i vybíjet a průběžně monitorovat jejich elektrické parametry, zejména napětí jednotlivých článků, izolační odpor a další provozní charakteristiky.

K testování baterií při současném působení vibrací a klimatického zatížení slouží elektrodynamické vibrační systémy vybavené klimatickými komorami. Zkoušky ověřují, zda si baterie zachová mechanickou integritu, elektrickou funkčnost a bezpečnost i při působení vibrací a extrémních teplot. Sleduje se zejména případné poškození pouzdra, deformace a uvolnění spojů, změny elektrických parametrů, jako jsou napětí, kapacita nebo vnitřní odpor, i výskyt nežádoucích jevů, například přehřívání, zkratu nebo úniku elektrolytu.

Korozní zkoušky v solných komorách ověřují odolnost baterií a jejich komponentů vůči působení solné mlhy, která simuluje korozní prostředí při dlouhodobém provozu. Sleduje se zejména odolnost pouzder, elektrických kontaktů, konektorů a dalších kovových částí vůči korozi.

Zkoušky stupně krytí IP ověřují odolnost baterií a bateriových systémů proti vniknutí pevných částic a vody. Simulují podmínky, kterým jsou baterie vystaveny během provozu, například působení prachu, deště, stříkající vody, vysokotlakého ostřiku nebo dočasného ponoření. Po zkouškách se hodnotí zachování těsnosti, elektrické funkčnosti, bezpečnosti a dalších provozních parametrů baterie.

Cílem mechanických zkoušek baterií je ověřit odolnost článků vůči lokálnímu mechanickému namáhání, ke kterému může dojít při nehodě a deformaci bateriového systému. Při statických zkouškách stlačením (Static Crush Test) je baterie kontrolovaně zatěžována kovovým impaktorem pomalou rychlostí a definovanou silou. K provedení zkoušky slouží zařízení pro statickou zkoušku stlačením (Static Crush Device). Při dynamických zkouškách nárazem (Dynamic Crush Test) dochází k prudkému nárazu kovovým impaktorem do článku nebo stacku z různých směrů.

Při statických a dynamických zkouškách se sleduje poškození krytu a vnitřních částí baterie, změny napětí, izolačního odporu a dalších elektrických charakteristik. Současně se monitorují bezpečnostní ukazatele, jako je nárůst teploty, vznik zkratu, únik elektrolytu nebo riziko tepelného úniku.

Dynamické testy jsou zaznamenávány vysokorychlostní kamerou. Při statických i dynamických zkouškách je baterie současně monitorována termokamerou, která umožňuje lokalizovat místo vzniku vnitřního zkratu a sledovat vývoj teploty. Napětí jednotlivých článků je průběžně monitorováno voltmetrem a na vybraných místech baterie jsou rozmístěny termočlánky pro měření teploty.  

Do této skupiny mechanických zkoušek baterií patří zkouška vnitřního zkratu propíchnutím (Nail Penetration Test), při které se speciální jehlou řízeně naruší struktura bateriového článku a dochází k vnitřnímu zkratu. Mechanické zkoušky se provádějí v reakčním kontejneru.

Elektrické zkoušky baterií ověřují elektrické vlastnosti a funkčnost bateriových článků, stacků a modulů. Používají se při nich zejména elektrické cyklery, které umožňují přesně řídit nabíjecí a vybíjecí proud, napětí i průběh celé zkoušky. 

Při zkoušce přebití (Overcharging Test) je baterie záměrně vystavena nabíjení nad stanovené provozní limity, aby se ověřila její bezpečnost a chování při poruchovém stavu. 

Při zkoušce hlubokého vybití (Deep Discharging Test) je naopak baterie vybíjena pomocí aktivní zátěže pod stanovenou minimální úroveň napětí, tedy za hranici běžného provozního rozsahu.

Zkoušky přehřátí (Overheating Test) ověřují chování baterie a její bezpečnost při tepelném namáhání nad běžné provozní podmínky. Baterie umístěná v reakčním kontejneru je zahřívána pomocí tepelné destičky na předem stanovenou teplotu. V průběhu zkoušky se sleduje teplota, článkové napětí a případné projevy selhání, jako jsou deformace, únik plynů, požár nebo tepelný únik.

Zkoušky zkratem (Short Circuit Test) ověřují chování baterie při zkratování jejích vývodů. Kladný a záporný pól baterie se propojí vodičem s velmi nízkým odporem, čímž vznikne řízený vnější zkrat. Sleduje se zejména zkratový proud, nárůst teploty a případný vznik požáru nebo tepelného úniku. 

Zkoušky tepelné exploze (Thermal Explosion Test) ověřují chování baterie při kritickém selhání a vzniku neřízené exotermické reakce. Baterie je při testu záměrně uvedena do stavu, při kterém dojde k tepelnému úniku. Teplota uvnitř článku následně rychle roste v důsledku vlastní chemické reakce a dochází k rychlému uvolňování energie, plynů a tepla. Sleduje se maximální dosažená teplota, rychlost šíření tepla, množství uvolněných plynů a další projevy selhání baterie.

Zkoušky výkonu (Performance Test) ověřují, jakých parametrů je baterie schopna dosáhnout v různých provozních podmínkách. Cílem je zjistit například maximální dostupný výkon, kapacitu, účinnost nebo schopnost rychlého nabíjení a vybíjení. Zkouška se provádí pomocí elektrického cykleru.

Zkoušky cyklické životnosti (Endurance Test) sledují, jak dlouho si baterie udrží své vlastnosti při opakovaném používání. Simulují reálný provoz, při kterém se baterie podle předem stanoveného profilu opakovaně nabíjí a vybíjí. Během testu se pomocí elektrického cykleru provádí stovky až tisíce nabíjecích a vybíjecích cyklů. 

Monitoruje se postupný pokles kapacity, změna vnitřního odporu, ztráta výkonu nebo počet cyklů do dosažení stanovené hranice degradace. Na začátku testu a po uskutečnění předem definovaného počtu cyklů se provádí referenční výkonová zkouška (Reference Performance Test), která měří aktuální schopnosti baterie a slouží ke sledování změn parametrů baterie v průběhu její životnosti.

Před samotnou výkonovou zkouškou může být baterie vystavena předchozímu teplotnímu zatížení v teplotní šokové komoře. Cílem je ověřit vliv rychlých změn teplot na její následné elektrické parametry.