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整车厂和Pack厂到底怎么测电芯?三元和铁锂各有什么讲究

最近星球有朋友问:整车厂和Pack厂都会对电芯进行什么样的测试?对应的检测设备有哪些?三元和磷酸铁锂都写一下,主要是方形铝壳。

这个问题挺大的,星球写不下,干脆写篇文章聊聊。


先说清楚:为什么电芯厂测完了,Pack厂和整车厂还要测?#

经常有人问这个问题。电芯厂出厂前不是检测过了吗?

道理很简单:屁股决定脑袋

电芯厂关心的是”我的产品合不合格”,Pack厂关心的是”你的东西到我这能不能用”,整车厂关心的是”装到车上十年别出事”。

举个例子:电芯厂测K值(自放电),判定标准可能是≤5μV/h就算合格。但某些整车厂会要求≤3μV/h,因为他们吃过亏——有批电芯K值4点几,出厂时没问题,车子放了半年电压差异就拉开了,售后一堆投诉。

所以三家的测试看着有重叠,但标准、深度、目的完全不一样。


三元和铁锂:脾气不同,测法不同#

这两个体系的化学特性差太多了,测试重点也完全不一样。

三元(NCM) 的特点是能量密度高,但热稳定性差。180℃左右就可能热失控,所以所有跟”热”相关的测试都是重点。另外三元的自放电相对大,K值必须严格管控,不然放几个月电压就漂了。

磷酸铁锂(LFP) 正好反过来。热稳定性很好,250℃才开始冒烟,针刺基本都能过。但它有个要命的问题:电压平台太平了。3.2V到3.3V之间能占60%以上的SOC,你用电压估算SOC根本估不准。所以铁锂对分容精度的要求极高,差1%的容量,SOC可能差5%甚至更多。

还有一点容易被忽略:铁锂的膨胀比三元大。充满电和放空电,厚度能差1mm以上,这对模组结构设计影响很大。

我见过一个案例,某Pack厂刚开始做铁锂项目,沿用之前三元的模组设计,预紧力给小了。结果循环一段时间后电芯把端板顶变形了,整个模组报废。后来才知道要专门测膨胀力,根据数据重新设计结构。


Pack厂怎么测电芯?#

Pack厂的测试分两块:来料检验(IQC)和下线检验(EOL)。

来料这块,说白了就是验货#

电芯到厂之后,最基本的是”三件套”:外观、OCV、内阻。这三个基本上100%全检。

外观没什么好说的,看有没有磕碰、划痕、鼓包,极柱有没有氧化,二维码能不能扫。现在大部分产线都上AOI了,人工目检效率太低。

OCV和内阻是配组的核心数据。同一个模组里的电芯,电压差太大、内阻差太大,后面均衡就很难拉平。一般会按电压和内阻分档,同一档位的电芯放到一个模组里。

设备方面,内阻测试仪用得最多的是日置HIOKI的BT3562,精度够用,稳定性也不错。OCV用高精度万用表或者专门的OCV分选柜都行。

容量一般不全检,太费时间了。大部分Pack厂会抽检,或者直接用电芯厂的分容数据。但如果你买的是铁锂,建议抽检比例高一点。前面说了,铁锂对容量一致性太敏感。

气密性是方形铝壳的重点。铝壳电芯的密封主要靠顶盖激光焊和防爆阀,如果有微漏,时间长了电解液会慢慢跑掉,性能下降甚至失效。测气密性一般用氦检或者压降法,氦检精度高但慢,压降法快但精度一般,看你的需求。

下线检验主要是测整包功能#

电芯装成模组、模组装成Pack之后,要做EOL测试。

核心是充放电测试,验证几件事:BMS采样准不准,均衡功能正不正常,绝缘有没有问题。会跑一个完整的充放电循环,有时候还会做脉冲测试看内阻。

这里铁锂Pack要特别注意SOC精度。因为电压平台太平,BMS估算SOC很容易出错。我见过有Pack下线时SOC显示50%,实际只有30%。这种包到了用户手里就是投诉——怎么显示还有一半电,突然就没了?

设备方面,Pack充放电柜需要大电流能力,几百安培是基本要求。国产华塑、巨电用得比较多,进口Chroma也不错但贵。

还有X-Ray,用来检查焊点。Busbar和极柱的焊接如果有虚焊,轻则内阻偏大,重则过流烧掉。在线X-Ray现在很多产线都有,日联、康耐视都能做。


整车厂怎么测电芯?#

整车厂的测试比Pack厂全面得多,也狠得多。主要分几类:

安全测试是重中之重#

国标GB 38031摆在那,热失控测试必须做。具体是触发一颗电芯热失控(可以用加热、过充、针刺等方法),看5分钟内会不会蔓延到整包、会不会起火爆炸。

三元在这个测试上压力很大。一颗热失控,温度瞬间上千度,旁边的电芯很难扛住。所以三元Pack对隔热设计要求很高,气凝胶、云母板、防火涂料,各种手段都要上。

铁锂相对轻松,热稳定性好,就算一颗失控了,温度也没那么高,旁边的电芯一般能扛住。但也不是完全不用担心,外短路的情况下铁锂一样会出问题。

除了热失控,还有火烧(直接烧Pack底部)、球击(模拟过坑)、挤压(模拟侧碰)、浸水(模拟涉水)等等。这些测试都是破坏性的,做完电池包就报废了,所以一般只在认证阶段做。

耐久性测试模拟十年使用#

最有名的是四立柱台架,模拟整车在各种路况下的振动。这玩意儿贵得离谱,一套几千万,一般只有大厂和第三方实验室才有。

还有温度循环(-40℃到85℃反复折腾)、盐雾(模拟沿海或者冬天撒盐的路)、湿热(85℃/85%湿度)等等。目的是确保电池包在各种极端环境下都能正常工作。

性能测试和寿命测试#

性能测试包括高温、低温、高原等各种环境下的充放电能力。铁锂在低温测试上压力比较大,零下20℃放电能力可能只剩一半,零下30℃充电搞不好会析锂。

寿命测试周期很长,动辄几个月甚至一年。包括循环寿命(反复充放电看容量衰减)和日历寿命(不同SOC、不同温度放着看衰减)。三元在高SOC高温存储的日历寿命上比较吃亏。

一些进阶测试#

ARC量热测试,用来测热失控的起始温度和放热速率,对安全设计很有价值。

产气分析,热失控时产生的气体成分,CO、HF这些有毒气体有多少,关系到乘员安全。

工业CT,无损检测内部结构,看极片有没有错位、焊点有没有缺陷。这个一般用于失效分析,常规不会做。


设备怎么选?#

如果你是Pack厂,刚开始搭建测试能力,建议分步走。

第一步把IQC能力建起来,分容柜(新威或者瑞浦,十几万一台)、内阻仪(HIOKI,两三万)、高低温箱(庆声,五到十万)、基本的耐压绝缘测试仪(一两万)。总共三五十万就能起步。

第二步上产线检测,在线X-Ray、气密检测仪、Pack充放电柜,加起来一两百万。

如果要建实验室做认证测试,那就是另一个量级了。安全测试设备(针刺、挤压、过充全套)、工业CT、振动台、步入式环境仓,没有五百万打底搞不定,想做全一点得上千万。

整车厂基本都是千万级的实验室配置,四立柱台架一项就几千万。


最后总结几句#

三元和铁锂的测试,项目名称差不多,但关注点完全不同:

  • 三元重点盯着热安全和自放电
  • 铁锂重点盯着一致性、膨胀和低温

Pack厂和整车厂的测试,深度差很多:

  • Pack厂主要是来料筛选和下线功能验证,确保不把有问题的产品发出去
  • 整车厂是往死里测,确保装车之后十年不出事

不管你是哪个角色,有一点是共同的:测试不是为了测试,是为了发现问题。发现不了问题的测试,做了也白做。

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