Hiệu suất an toàn của pin có tác động đáng kể đến hoạt động trơn tru và đáng tin cậy của xe điện, do đó việc thử nghiệm hiệu suất an toàn chi tiết của pin là cần thiết. Bài thử bao gồm thử nghiệm quá sạc và xả, thử nghiệm ngắn mạch, nhiệt độ cao, tác động đâm kim, hiệu suất cơ học, khả năng chống ăn mòn...
1. Thử nghiệm quá tải và xả
Đối với pin thứ cấp dán nhãn kín, việc sạc và xả quá ngưỡng có thể gây ra sự tích tụ khí nhanh chóng trong hộp kín, dẫn đến áp suất bên trong tăng nhanh. Nếu không mở van an toàn kịp thời có thể khiến ắc quy bị nổ. Trong trường hợp bình thường, van an toàn sẽ mở dưới một áp suất nhất định để giải phóng khí dư. Sau khi khí thoát ra sẽ dẫn đến lượng chất điện phân giảm, trong trường hợp nghiêm trọng sẽ làm khô chất điện phân, làm giảm hiệu suất của pin và cuối cùng là hỏng. Hơn nữa, trong quá trình giải phóng khí, một lượng chất điện phân nhất định sẽ được thực hiện và hầu hết các chất điện phân là axit hoặc bazơ đậm đặc, có tác dụng ăn mòn các thiết bị điện.
Do đó, ắc quy xe điện hiệu suất cao phải có khả năng chống sạc quá ngưỡng tốt, ít bị nổ và ít bị rò rỉ khi sạc quá ngưỡng và xả ở một mức độ nhất định. Hình dạng của pin cũng ít có khả năng thay đổi hơn.
Trong thiết kế pin, người ta thường sử dụng một điện cực âm dư thừa để tránh sự tích tụ quá nhiều khí bên trong pin. Để tránh xảy ra hiện tượng phân cực ngược trong quá trình phóng điện quá ngưỡng, bảo vệ phân cực ngược thường được thực hiện bằng cách thêm vật liệu phân cực ngược vào điện cực dương.
Khi tiến hành thử nghiệm sạc, có thể chọn các điều kiện thích hợp dựa trên loại và kiểu pin cụ thể. Lấy pin MH-Ni làm ví dụ, việc lựa chọn dòng điện quá tải có thể được xác định dựa trên công suất đầu ra của nguồn dòng không đổi.
Đối với một số pin dung lượng lớn (loại D, loại SC), nguồn dòng không đổi chung không thể tạo ra dòng điện lớn 1 C và cần xem xét các biện pháp bảo vệ an toàn đầy đủ trong các tình huống dòng điện cao. Đối với pin có dung lượng tương đối nhỏ, có thể chọn hệ số dòng điện lớn hơn. Trong các hệ thống xả khác nhau, tiêu chuẩn đánh giá khả năng sạc quá ngưỡng của pin cũng có sự khác biệt tương ứng. Trong công việc thực tế, hai hệ thống quá tải sau đây được sử dụng.
- - (1) Sạc pin với dòng điện không đổi 0,1 C trong 28 ngày. Trong quá trình thử nghiệm, pin không được nổ hoặc rò rỉ và dung lượng của pin không được thấp hơn dung lượng danh định khi xả ở nhiệt độ 0,2 C sau khi sạc.
- - (2) Sạc ở dòng điện không đổi 1 C trong 5 giờ và không được có rò rỉ trong 75 phút thử nghiệm đầu tiên. Sau đó được phép rò rỉ nhưng không được phép nổ. Sau khi sạc, xả ở 0,2 C và dung lượng không được thấp hơn dung lượng danh định.
Trong quá trình sạc, việc phát hiện rò rỉ có thể được xác minh bằng cách nhỏ giọt chất lỏng tại điểm bịt kín. Màu đỏ của dung dịch hoặc hình thành bong bóng được coi là rò rỉ.
Khi tiến hành thử nghiệm quá xả trên pin, trước tiên phải sạc đầy pin, sau đó chọn điều kiện thích hợp để xả. Có hai điều kiện thử nghiệm thường được sử dụng.
- - (1) Nối ắc quy nối tiếp với điện trở tiêu chuẩn (khoảng 10 Ω, chọn theo mẫu ắc quy) và phóng điện liên tục trong 24 giờ. Pin không được nổ hoặc rò rỉ trong quá trình phóng điện và dung lượng của pin không được nhỏ hơn 90% dung lượng danh định sau khi xả quá ngưỡng.
- - (2) Đầu tiên xả pin ở mức 1 C đến 0 V, sau đó xả ở 0,2 C đến 0 V, sau đó xả quá ngưỡng ở 1 C trong 6 giờ. Pin không được nổ nhưng được phép rò rỉ hoặc biến dạng. Sau khi thử nghiệm, pin không thể sử dụng được nữa.
Đối với pin, một phương pháp thường được sử dụng để kiểm tra khả năng chịu rò rỉ của pin.
2. Thử nghiệm ngắn mạch
Trong trường hợp ngắn mạch, ắc quy xe điện có thể tạo ra dòng điện lớn, có thể làm tăng nhiệt độ ắc quy ngay lập tức, thậm chí khiến chất điện phân sôi lên hoặc vòng đệm bị nóng chảy. Do đó, trong quá trình thử nghiệm ngắn mạch, pin có thể gặp hiện tượng phun kiềm, rò rỉ và các tình huống khác. Thông thường, nên thực hiện các biện pháp bảo vệ tốt.
Điều kiện thử nghiệm chung là sạc đầy pin và đoản mạch hai cực của pin ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ. Được phép rò rỉ nhưng pin không được bắt lửa hoặc nổ.
3. Thử nghiệm khả năng chịu nhiệt cao
Nói chung, pin bị cấm đưa vào lửa vì chúng có thể trải qua những thay đổi nhất định và có thể phát nổ ở nhiệt độ cao hơn. Vì vậy, cần phải kiểm tra tính năng an toàn của pin ở nhiệt độ thích hợp.
Phạm vi nhiệt độ thử nghiệm chung được chia thành vùng nhiệt độ cao và vùng nhiệt độ thấp. Vùng nhiệt độ cao được đưa vào lửa để thử nghiệm, vùng nhiệt độ thấp là 100-200oC. Các điều kiện thử nghiệm nhiệt độ thấp phổ biến như sau.
- - (1) Pin được sạc đầy (100℃) phải được sử dụng trong 2 giờ và không được nổ hoặc rò rỉ.
- - (2) Pin đã sạc đầy phải được giữ trong hộp nhiệt độ không đổi ở 150℃ trong 10 phút và không được nổ hoặc rò rỉ.
Điện trở trong và điện áp mạch hở của pin sẽ trải qua những thay đổi nhất định sau khi vượt qua bài thử ở vùng nhiệt độ thấp, nhưng pin vẫn có thể tiếp tục được sử dụng. Việc thử nghiệm pin ở khu vực có nhiệt độ cao sẽ mang tính hủy diệt và pin đã thử nghiệm sẽ không thể sử dụng được nữa. Sau khi pin được đốt, nhiệt độ có thể đạt tới 800℃, vòng đệm và các chất dẻo khác bên trong pin sẽ tan chảy và bốc cháy. Được phép kết tủa khí nhưng không được phép xảy ra cháy nổ.
4. Thử nghiệm xuyên đinh bằng pin EV
Khi ắc quy xe điện bị tác động bởi vật sắc nhọn từ bên ngoài, vỏ có thể bị thủng. Nếu vật bị thủng có tính dẫn điện thì có thể xảy ra đoản mạch giữa cực dương và cực âm, gây nguy hiểm nhất định. Do đó, đối với pin được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt, cũng nên tiến hành thử nghiệm đâm thủng và pin phải ở trạng thái sạc đầy trước khi thử nghiệm khoan. Các điều kiện thử nghiệm như sau: đường kính kim là φ Đâm pin theo hướng đường kính có đường kính 1,0 mm. Sau khi xuyên thủng, pin không được nổ nhưng được phép rò rỉ và nóng lên.
5. Thử nghiệm cơ
Các tính chất cơ học bao gồm khả năng chống va chạm, chống va đập và kiểm tra khả năng chống rung. Các phương pháp thường được sử dụng để thử nghiệm cơ học là thử nghiệm va chạm.
Thử nghiệm va chạm
Đầu tiên, sạc pin và xả pin ở dòng điện không đổi 0,2 C sau khi thử nghiệm. Phương pháp 1 yêu cầu công suất xả sau khi thử nghiệm không được thấp hơn công suất danh định; Phương pháp 2 yêu cầu không có sự khác biệt đáng kể về tổn thất dung lượng pin sau khi thử nghiệm và trước khi thử nghiệm. Sau khi thử nghiệm, pin không bị biến dạng hoặc rò rỉ. Pin mẫu được sử dụng để thử nghiệm va chạm phải được cố định trên bàn va chạm theo một nửa trục thẳng đứng và một nửa trục song song để thử nghiệm. Thử nghiệm hiệu suất cơ học cũng có thể được thực hiện thông qua các thử nghiệm va chạm đơn giản, trong đó pin có thể được thả ngẫu nhiên từ độ cao 1m theo các hướng khác nhau xuống tấm gỗ sồi dày 2 cm bốn lần. Sau thử nghiệm, không được có thay đổi trực quan hoặc rò rỉ về hình thức bên ngoài của pin. Ngoài ra, điện áp pin và điện trở trong không được thay đổi.
6. Thử nghiệm khả năng chống ăn mòn
Các phương pháp thử nghiệm ăn mòn thường được sử dụng bao gồm thử nghiệm điện hóa, thử nghiệm phun muối, v.v. Thí nghiệm được tiến hành trong hộp phun muối. Đưa pin vào buồng thử, phun dung dịch thử nguyên tử hóa vào đó và sương mù mịn lắng đều trên bề mặt mẫu dưới trọng lượng của chính nó. Dung dịch thử là dung dịch NaCl 5% (phần trăm khối lượng), tổng hàm lượng chất rắn không quá 20%/(μg/g), pH 6,5-7,2. Trong quá trình thí nghiệm, nhiệt độ bên trong hộp phun muối không đổi ở mức (35 ± 1) oC. Pin được giữ trong buồng phun muối trong 48 giờ.
Sau khi thử nghiệm, sẽ không có sự khác biệt đáng kể về dung lượng của pin. Cho phép có một lượng nhỏ rỉ sét ở mặt trên (bịt kín) và mặt dưới của pin, nhưng không được có lỗ thủng hoặc vết rỗ rất rõ ràng. Pin không được rò rỉ hoặc nổ.
