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技术控 | 锂电池的实验室艰辛之旅

  2020年06月01日  

  5月18日,广州杨桃公园南门东侧停车场内一辆新能源汽车起火自燃。

  5月8日,湖南长沙街头一辆新能源汽车在道路中间发生自燃。

  5月4日,新疆阿克苏一小区内一辆电动汽车发生自燃。

  初夏来临,全国逐渐开启高温模式,电动汽车自燃的风险也越来越大。电动汽车电池的耐用性、恒定载荷和安全性问题都成为关注的焦点。位于德国布隆伯格的菲尼克斯电气测试实验室就此担起重任。

  我们正在努力提高蓄电池的耐用性。

  ——Michael Jonca 菲尼克斯电气电池实验室负责人

  时空之王

  “我们的工作是在生产阶段将锂离子电池人工老化。通过先进的测试方法提高这种敏感能源的耐用性,甚至超过电动车辆的使用寿命。” Michael Jonca解释道。

  ▲ 电动汽车中的锂电池

  菲尼克斯电气测试实验室是由菲尼克斯电气公司于1994年成立的一家独立的测试机构,现以Phoenix EMV-Test GmbH的名义运营。它成立的初衷是进行电磁兼容性测试(简称EMC),这是一个强制性的测试。尽管该实验室与菲尼克斯电气关系密切,独立性一直是它的一个重要特征,也是其获得成功的一大基石。而成功的另外一个重要原因就是一直秉承客户为王的理念。

  2011年起,菲尼克斯测试实验室就成为汽车公司及其800公斤重的能量存储系统不可或缺的合作伙伴。今年春天,一个占地约950平方米的现代化锂离子电池和模块测试实验室正式投入使用。现在我们就跟随Michael Jonca一起去参观这座新的测试机构。

  艰辛的电池测试之旅

  电池是理想的测试对象,但出于安全考虑,实验室可以单独处理用于测试的复合物和样本。Michael Jonca解释说:“虽然我们没有在这里测试任何破坏性场景,我们也没有故意将测试对象排除在破坏性力量之外。我们的耐用性和使用寿命测试也会使大型电池承受相当大的压力。因此,我们与当地消防队进行了非常密切的合作,他们必须在不危及实验室其他设施、员工和周围居民的情况下迅速控制住可能发生的火灾。”

  ▲ 复杂多样的测试

  大型电池块的测试需要几个月的艰苦工作,第一步是电气测试设备。在开足马力充电后,测试对象一两个小时就能充满电,然后将充放电过程重复上千次。因此,我们的实验室耗电量与菲尼克斯电气产品的实际耗电量相似。

  在测试结束后,测试对象会被放置一到两个星期再交给客户。电池中的化学反应不会很快结束,这种化学反应往往还会持续一段时间。运输途中可能会被引燃,所以不能立即交给客户。

  航运业的振动测试

  接下来的测试变得越来越机械了。我们走向下一个实验室。“这是我们的振动器,换言之这里是我们的振动室。我们会在模拟冷热交替的环境下将电池组持续摇动两周左右。” Thomas Worsch解释说。试验台有房子那么高,尺寸非常大。实验室用一台5吨重的吊车将测试对象连同它的框架一起吊到合适的位置。单是摇动钢板就有35吨重,它被安装在地基上,否则周边很大范围内的地面都会震动。

  ▲ 振动测试

  Jonca补充道:“在这里,我们也测试航运业和工业用组件,不仅仅是电池,还有整个控制柜。”试验台采用“单轴振动法”进行振动,通过改变测试对象的位置在三个不同方向进行测试。这个试验台还有一个作用,可以模拟机械冲击,比如开车越过路缘,这时测试对象的荷载高达50克。”

  ▲T-shocker模拟温度下降

  根据客户的要求,电池有时需要在菲尼克斯电气实验室中测试6个月,有时甚至需要将近一年半的时间。电池还必须经历一个痛苦的考验:T-shocker。在10到30天内,电池组必须能够承受-40°C到+75°C的温差,电池外壳需要具备非常大的强度,这些都是汽车工业非常典型的需求。

  最后一道关卡:游泳池

  如果测试对象到目前为止仍然一切良好,那么下一个即将到来的“折磨”就是将其放到游泳池中。“这个大泳池是全新的。” Jonca的声音在这个专门的游泳区回响。天花板上有一台大型吊车,它可以将电池放入冷水或温水中。“我们还可以把水加热。”每个电池组都由工程师和相关员工组成的团队负责,各自的测试程序是完全不同的。目前,实验室正在测试十二种不同的对象,也测试了十二种不同的能源。

  参观了一系列的“刑讯”实验之后,我们确信,能够安然无恙走出实验室的测试对象几乎可以轻松经历任何“酷刑”。

标签:菲尼克斯电气我要反馈
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