Die „Endprüfung“ des Lithium-Akkupacks – Alterungstest

Die Alterung von Lithiumbatterien beruht im Wesentlichen auf einem Leistungsverschlechterungsprozess des chemischen Systems unter zyklischem Laden/Entladen oder hohen Temperaturen. Dieser Prozess umfasst Schäden an der Elektrodenmaterialstruktur, Elektrolytzersetzung, Verdickung der SEI-Schicht usw. Alterungstests beschleunigen diese Reaktionen, um den Bewertungszyklus zu verkürzen. Beispielsweise können hohe Temperaturen (z. B. 55–85 °C) Nebenreaktionen beschleunigen, sodass Wochen der Testdauer Jahren der tatsächlichen Nutzung entsprechen.

Nach der Montage des Lithium-Akkupacks ist vor dem Versand ein Alterungstest in einer Alterungskammer obligatorisch. Dieser Test ist ein zentraler Schritt zur Gewährleistung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsstabilität des Akkupacks. Durch Tests wie Zyklenlebensdauer, Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit, Lagerung und Simulation verschiedener Umgebungsbedingungen werden potenzielle Defekte frühzeitig erkannt und fehlerhafte Produkte aussortiert, während gleichzeitig ein stabiler Gesamtleistungszustand des Akkupacks erreicht wird.

Ein Lithium-Akkupack besteht aus mehreren Komponenten wie Zellen, Batteriemanagementsystemen (BMS) und Schutzplatinen, Steckverbindern, Gehäusen und Hilfsmaterialien. Während des Herstellungsprozesses können unsichtbare Defekte auftreten. Diese Gefahren sind anfangs schwer zu erkennen, können aber im Produkteinsatz schnell zu Ausfällen führen. Das Hauptziel von Alterungstests ist es, alle Defekte aufzudecken, bevor der Akkupack das Werk verlässt: Beispielsweise können versteckte Probleme auf Zellebene, wie Mikrokurzschlüsse, Membranschäden und Ablösung von Aktivmaterial, in ersten Tests normale Spannung und Kapazität aufweisen, neigen aber unter zyklischem Laden/Entladen oder hohen Temperaturen zu Kapazitätsverlusten, Spannungsanomalien oder sogar zu Auslaufen und Aufquellen. Auf der Struktur- und Verbindungsebene können Probleme wie mangelhafte Schweißnähte, lose Verbindungen oder zu hoher Kontaktwiderstand zu Schmelzen der Grenzflächen und lokaler Überhitzung des Akkupacks durch Wärmestau während der Alterung führen, in schweren Fällen sogar zu lokaler Ablation oder thermischem Durchgehen. Auch BMS-Schutzplatinen können Fehler wie Parameterabweichungen, Balancierungsstörungen oder Kommunikationsunterbrechungen aufweisen, die durch abnormales Laden/Entladen während des Alterungszyklus ausgelöst werden können. Durch kombinierte Tests unter verschiedenen Bedingungen wie hohen Temperaturen, mehrmaligem Laden/Entladen und Stehen kann der Alterungsprozess diese frühen Ausfallrisiken verstärken, was eine präzise Aussortierung fehlerhafter Produkte ermöglicht und verhindert, dass unsichere oder leistungsschwache Produkte auf den Markt gelangen und Sicherheitsunfälle verursachen.

Anwendungsszenarien umfassen Energiespeicherbatterien und -systeme, tragbare Stromversorgungen für den Außenbereich, Energiespeicher für Privathaushalte, Solarstraßenbeleuchtung, industrielle und gewerbliche Energiespeicher sowie Kommunikationsbasisstationen.

Die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus ist in der Anfangsphase oft instabil. Insbesondere ist die SEI-Schicht der Zellen möglicherweise noch nicht vollständig ausgebildet, und nach dem Zusammenbau des Akkus können geringfügige Leistungsunterschiede zwischen den einzelnen Zellen auftreten. Der Alterungsprozess trägt effektiv zur Leistungsstabilisierung bei: Die nach dem ersten Laden/Entladen gebildete SEI-Schicht kann locker und ungleichmäßig sein. Durch Laden/Entladen mit geringem Strom während der Alterungszyklen wird die SEI-Schicht stabilisiert, wodurch der Kapazitätsverlust im weiteren Gebrauch reduziert wird (und das Phänomen des „schnellen Leistungsverlusts“ bei der ersten Inbetriebnahme vermieden wird). Selbst nach einer ersten Prüfung können einzelne Zellen im Akku noch geringfügige Unterschiede in Kapazität und Innenwiderstand aufweisen. Während des Alterungsprozesses zeigen Zellen mit geringerer Leistung einen schnelleren Kapazitätsverlust. Dies erleichtert die weitere Kalibrierung durch die Ausgleichsfunktion des Batteriemanagementsystems (BMS) und verringert das Risiko, dass der gesamte Akku im weiteren Gebrauch durch eine einzelne Zelle beeinträchtigt wird.

Lithium-Akkus müssen unterschiedlichsten Einsatzbedingungen standhalten. Alterungstests überprüfen die Anpassungsfähigkeit der Akkus unter verschiedenen Bedingungen, indem sie reale Szenarien wie hohe/niedrige Temperaturen, Dauerbetrieb und vielfältige Einsatzumgebungen simulieren. Beispielsweise müssen Autobatterien hohen/niedrigen Temperaturen widerstehen. Alterungskammern können Hoch-/Tieftemperaturzyklen durchführen, um die Lade-/Entladeeffizienz, die Kapazitätserhaltung und die Anpassungsfähigkeit des Batteriemanagementsystems (z. B. die Fehlauslösung des Untertemperaturschutzes) des Akkus unter extremen Temperaturen zu testen. Energiespeicherbatterien benötigen langfristige Spannungsstabilität und Selbstentladungskontrolle beim Erhaltungsladen, um einen schnellen Leistungsverlust oder eine Überladung im praktischen Einsatz zu vermeiden.

Internationale und nationale Normen wie IEC 62133, UN38.3 und GB/T 31467.3 schreiben eindeutig vor, dass Lithium-Akkus vor Auslieferung Alterungstests unterzogen werden müssen. Dies ist nicht nur eine zwingende Normvorgabe, sondern auch eine wichtige Maßnahme für Unternehmen, um Produktqualitätsverantwortung zu übernehmen und die Sicherheit der Nutzer zu gewährleisten. Guihang New Energy hat in über 20 Jahren Erfahrung bewiesen, dass Akkus, die ausreichenden Alterungstests unterzogen werden, die Ausfallrate um über 99 % senken und so die Produktnutzung und -anwendung deutlich verbessern sowie den Markenruf stärken.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Alterungskammerprüfung die "ultimative physikalische Untersuchung" von Lithium-Batterie-Packs vor der Auslieferung darstellt: Obwohl dieser Schritt zusätzliche 1-3 Tage in Anspruch nimmt, können dadurch Endausfälle und Sicherheitsrisiken von vornherein vermieden werden. Er ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Qualitätskontrolle und ein zentraler Schritt im Herstellungssystem der Lithium-Batterieindustrie.

Hongda-Testplan

Shenzhen Hongda New Energy Co., Ltd. verankert präzise den Kerneinfluss von Alterungstests auf die Qualität von Lithiumbatterien und startet eine Reihe von Produkte zur Prüfung der BatteriealterungDiese Produktreihe zielt auf die Schwachstellen und Bedürfnisse der Branche ab. Sie integriert modernste elektronische Steuerung und hochpräzise Sensortechnik und ermöglicht so eine Parametersteuerung im Mikrometerbereich sowie die genaue Nachbildung der Lade- und Entladeumgebung der Batterie unter realen Betriebsbedingungen. Die Spannungs-/Strommessgenauigkeit beträgt bis zu ± 0,05 % FS bei einer dynamischen Reaktionszeit von ≤ 10 ms. Die Leistungsindikatoren übertreffen die Industriestandards deutlich und gewährleisten so die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Testdaten. Durch umfangreiche Alterungstests des Geräts lässt sich die Ausfallrate frühzeitig um mehr als 99 % reduzieren. Dies trägt effektiv dazu bei, das Produkterlebnis und die Anwendungsleistung der Kunden deutlich zu verbessern und den Markenruf nachhaltig zu festigen. Von der Forschung und Entwicklung bis zur Serienproduktion integriert das Batteriealterungsgerät von Hongda den „Sicherheitsgedanken“ tief in den gesamten Lebenszyklus der Batterien: Es ist nicht nur mit einem dreifachen Hardware-Schutzmechanismus gegen Überstrom, Überspannung, Kurzschluss und Explosionsschutz ausgestattet, sondern gewährleistet auch umfassende Testsicherheit. Durch den innovativen Einsatz von Energierückkopplungstechnologie mit einem Wirkungsgrad von über 90 % können Kunden ihre Energiekosten deutlich senken und die „Dual-Carbon“-Strategie effizient umsetzen. Dank seiner herausragenden Leistungsfähigkeit hat dieses Gerät bereits zahlreiche führende Unternehmen aus den Bereichen Elektromobilität, Energiespeicherung und Unterhaltungselektronik erfolgreich unterstützt. Es trägt effektiv zur Verbesserung der Produktkonsistenz bei, ermöglicht das Bestehen der strengen ISO/CE-Zertifizierung, reduziert die After-Sales-Kosten erheblich und beweist die Leistungsfähigkeit dieser robusten Produkte.