تست باتری خودرو برقی یکی از حیاتیترین مراحل در طراحی، تولید و بازیافت خودروهای الکتریکی است و مستقیماً روی ایمنی، طول عمر و برد خودرو تأثیر میگذارد. در این مقاله به زبان ساده، مهمترین روشها و تجهیزات تست باتری EV بررسی میشود.
تست باتری خودرو برقی چیست؟
تست باتری EV یا تست باتری لیتیوم یون به مجموعهای از آزمونهای الکتریکی، حرارتی، مکانیکی و ایمنی گفته میشود که روی سلول، ماژول و پَک باتری انجام میشود. هدف از این تست بررسی عملکرد، ظرفیت، مقاومت داخلی و ایمنی باتری است. این تستها از مرحله تحقیق و توسعه تا خط تولید و حتی در فاز «دومین استفاده» و بازیافت باتری ادامه دارند.
تصویر نمونه تست باتری EV
در تصویر زیر یک خط تست باتری خودرو برقی با منبع تغذیه دوسویه و رک تست اختصاصی مشاهده میشود که برای شارژ/دشارژ سلولها و ماژولها با توان بالا استفاده میشود.
نقش منابع تغذیه دوسویه در تست باتری
در تست باتری EV باید امکان شارژ و دشارژ کنترلشده وجود داشته باشد و انرژی برگشتی باتری تا حد امکان به شبکه بازگردانده شود. منبع تغذیههای دوسویه و بارهای الکترونیکی احیاکننده مانند EA 10000 و EA-BT 20000 میتوانند با راندمان بازیابی انرژی تا حدود ۹۶٪، هزینه انرژی و سرمایش را بهطور چشمگیری کاهش دهند.sinexcel-re+2
تست OCV و درجهبندی سلولها (Battery Grading)
یکی از مهمترین مراحل کنترل کیفیت، درجهبندی سلولها بر اساس ولتاژ مدار باز (OCV) و رفتار آن در طول زمان است. با اندازهگیری دقیق OCV در بازه زمانی چند روز تا چند هفته، سلولهای با میکروشورت، آلودگی داخلی یا نقص ساختاری شناسایی و از سلولهای درجه A با طول عمر و راندمان بالاتر جدا میشوند.tek+2
اندازهگیری مقاومت جوش تب و باسبار
در پَکهای باتری، صدها جوش بین تب سلولها و باسبارها وجود دارد و هر جوش معیوب میتواند باعث افزایش مقاومت، تولید حرارت و خطر فرار حرارتی شود. با استفاده از DMM دقیق و منبع جریان یا SMU (مانند سری Keithley 2400)، مقاومت این جوشها در محدوده میکرو اهم اندازهگیری میشود تا عیوب بهصورت سریع و خودکار در خط تولید شناسایی شوند.large-battery+2
تستهای حرارتی و ایمنی باتری
عملکرد باتریهای لیتیومیون شدیداً تابع دما است و آزمونهای حرارتی بخشی از استانداردهای ایمنی بینالمللی مانند UL 2580 و UN38.3 محسوب میشوند. دیتالاگرهای دما و سیستمهای سوئیچینگ چندکاناله مانند Keithley 3706A امکان مانیتورینگ همزمان دمای داخلی سلول، سطح ماژول و دمای محیط را برای پیشبینی فرار حرارتی و اعتبارسنجی سیستم مدیریت حرارت فراهم میکنند.swri+2
سنجش خوددشارژی با تست OCV طولانیمدت
خوددشارژی (Self-Discharge) (خوددشارژی پدیدهای است که در آن باتری حتی وقتی به هیچ مصرفکنندهای وصل نیست، بهتدریج شارژ خود را از دست میدهد. این موضوع به واکنشهای شیمیایی داخلی و نشتیهای بسیار کوچک جریان در داخل سلول مربوط است.) یکی از شاخصهای پنهان کیفیت باتری است و در سلولهای معیوب به دلیل میکروشورتها و نقص جداکننده، سرعت بالاتری دارد. با ثبت روند کاهش ولتاژ مدار باز در بازه زمانی طولانی، باتریهایی که در آینده باعث عدم تعادل پَک و کاهش برد خودرو میشوند، قبل از مونتاژ نهایی حذف میگردند.tek+2
تست Formation، Aging و سیکلزدن باتری
مرحله Formation و Aging یکی از مهمترین بخشهای پایانی ساخت سلولهای لیتیوم‑یونی است. در این مرحله باتری برای اولین بار تحت شارژ و دشارژ کنترلشده قرار میگیرد تا ساختار شیمیایی داخلی آن «شکل بگیرد» و پایدار شود. سپس لایه SEI (لایه بینسطحی جامد) روی الکترودها تشکیل و پایدار میشود و همین لایه است که تا حد زیادی روی طول عمر، ظرفیت مفید و ایمنی باتری در آینده تأثیر میگذارد.
در فاز Formation معمولاً چند چرخه شارژ/دشارژ با جریانها و پروفایلهای دقیق روی سلول اجرا میشود تا واکنشهای اولیه کامل و عیوب زودهنگام آشکار شود. بعد از آن، فاز Aging یا پیرسازی انجام میشود. یعنی سلولها برای مدت مشخصی در شرایط کنترلشده (دما، حالت شارژ مشخص) نگه داشته میشوند. هدف از اینکار مشاهده رفتار آنها در زمان، میزان افت ظرفیت اولیه و پایداری ولتاژ است. خروجی این دو مرحله تعیین میکند که سلول در چه گِریدی (A ،B و…) طبقهبندی شود و آیا مناسب استفاده در پکهای خودرو برقی هست یا خیر
در مرحله Formation و Aging، ساختار شیمیایی لایه SEI روی الکترودها شکل میگیرد و این مرحله کیفیت و طول عمر نهایی باتری را تعیین میکند. SMUهای توانمند مانند سری 2400 با قابلیت کدنویسی و کنترل دقیق جریان، امکان اجرای پروفایلهای پیچیده شارژ/دشارژ، سیکلزدن طولانیمدت و مدلسازی رفتار باتری در سناریوهای واقعی رانندگی را فراهم میکنند.tek+2
اندازهگیری مقاومت داخلی DC (DCIR)
مقاومت داخلی باتری مستقیماً روی افت ولتاژ تحت بار، تلفات حرارتی و راندمان تأثیر میگذارد و یکی از کلیدیترین پارامترهای سنجش سلامت (SOH) است. با اعمال پله جریان کنترلشده و اندازهگیری پاسخ ولتاژ، DCIR محاسبه میشود. سپس سلولهای با مقاومت بالا که مستعد گرم شدن و کاهش عملکرد هستند از فرایند تولید حذف میشوند.
تست عایق و ایزولاسیون در پَک باتری
هرگونه اتصال کوتاه داخلی یا شکست عایق بین قطبهای باتری و بدنه خودرو میتواند باعث شوک الکتریکی یا حریق شود. تجهیزات منبع/اندازهگیری ولتاژ بالا مانند SMU سری 2470 با اعمال ولتاژ تا حدود ۱ kV و اندازهگیری مقاومت، کیفیت عایق مواد و ایزولاسیون سلولها نسبت به زمین را کنترل میکنند.
استانداردهای مهم تست باتری EV
برای باتریهای خودرو برقی، استانداردهای متعددی وجود دارد. از جمله UL 2580 برای ایمنی پَک است. تست UN38.3 برای حملونقل است و مجموعهای از تستهای IEC برای ارزیابی شرایط بحرانی (Overcharge، Short Circuit تعریف شده است. رعایت این استانداردها علاوه بر کاهش ریسک، پیشنیاز ورود به بازارهای جهانی و دریافت تأییدیه از مراجع آزمون معتبر است.
