Kun Róbert (szerk.)

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Fejezetek a villamosenergia-rendszerek, az elektrokémiai és további energiatárolási technológiák témaköréből

4.5.1. A tesztberendezések bemutatása

Klímakamrák:

A klímakamrák elsősorban termikus vizsgálatok elvégzésére tervezett eszközök. Ezek a tesztek a különböző anyagok, alkatrészek és termékek viselkedését értékelik szélsőséges hőmérsékleti körülmények között. A klímakamrák emellett kombinált rezgés- és hővizsgálatokra, valamint elektromos vizsgálatok elvégzésére is használhatók.

A klímakamrákat úgy tervezték, hogy széles hőmérsékleti tartományban működjenek, jellemzően körülbelül –70 °C és +180 °C között, így alkalmasak extrém környezeti körülmények közötti tesztelésre. Képesek gyors, általában 3–10 °C/perc hőmérséklet-változtatásra, ami lehetővé teszi a környezeti feltételek hirtelen változásainak hatékony szimulálását. Ezenkívül sok klímakamra páratartalom-szabályozó rendszerrel rendelkezik, ami lehetővé teszi a relatív páratartalom pontos szabályozását, gyakran 10% és 98% között. Ezeknek a képességeknek köszönhetően a klímakamrák sokoldalú eszközök a különféle valós körülmények szimulálására a tesztelés során.

Rázásállóság-vizsgáló tesztberendezések:

Az akkumulátorok rezgésvizsgálatát az akkumulátorok teljesítményének és tartósságának értékelésére végzik olyan körülmények között, amelyek szimulálják a szállítást vagy a rezgő környezetben való működést. Ez magában foglalja az ütésszerű hatásoknak való kitettséget is, hogy felmérjék az akkumulátorok ellenálló képességét a megterhelő helyzetekben.

Kisebb és nagyobb rezgésvizsgáló rendszerek egyaránt rendelkezésre állnak, amelyeket a különböző vizsgálati követelmények kielégítésére terveztek. A kis rezgésvizsgáló rendszereket jellemzően olyan alkatrészek vagy elemek esetében használják, amelyek mérsékelt rezgés- és erőszintű (gyorsulás) vizsgálatot igényelnek. Ezek a rendszerek alkalmasak a szokásos üzemeltetési és szállítási szimulációkhoz. Másrészt a nagy rezgésvizsgáló rendszerek nagyobb igénybevételű esetekre készültek, nagyobb erőhatásokkal és extrém mechanikai igénybevételek szimulálására alkalmasak, beleértve a nagy rezgéseket és az intenzív, sokkszerű ütéseket. Ez a változatosság biztosítja, hogy a vizsgálóberendezéseket az adott termékméretekhez, súlyokhoz és tartóssági követelményekhez lehet igazítani.

A kisebb rezgésvizsgáló rendszereket úgy tervezték, hogy széles frekvenciatartományban, jellemzően 5 Hz és 2000 Hz között működjenek, így a rezgési körülmények széles skáláját tudják reprodukálni. A rendszerek 0,76 mm körüli amplitúdójú elmozdulásokat és akár 2-3 g-os gyorsulásokat is képesek előidézni, szimulálva azokat az erőket, amelyekkel az akkumulátorok szállítás vagy rezgő környezetben történő működés során találkozhatnak. Ezek a rendszerek jelentős, gyakran 50 kN körüli erőt is kifejtenek, így biztosítva a különböző méretű akkumulátorok és vizsgálati követelmények kielégítését. A nagy rázásállóságú rezgésvizsgáló berendezéseket az akkumulátorok teljesítményének és megbízhatóságának értékelésére használják szimulált szállítási vagy rezgő környezetben történő üzemeltetési körülmények között. Ezek a tesztek sokkszerű ütéseket is tartalmaznak, biztosítva, hogy az akkumulátor ellenálljon a mechanikai igénybevételeknek.

A nagy rázásállóságú rezgésvizsgáló rendszereket úgy tervezték, hogy 7 Hz és 200 Hz közötti frekvenciatartományban működjenek, így a különböző valós rezgési körülmények pontos reprodukálására alkalmasak. Ezek a rendszerek körülbelül 1,02 g gyorsulást képesek előidézni, szimulálva azokat az erőket, amelyek az akkumulátorokat és alkatrészeket szállítás közben vagy üzemi környezetben érhetik. Ezenfelül jelentős, akár 200 kN-os erőhatások létrehozására is képesek, így alkalmasak nagyméretű alkatrészek tesztelésére. Ezek a tulajdonságok biztosítják, hogy a berendezések képesek legyenek a szigorú tesztelési követelményeknek megfelelni, megbízható adatokat szolgáltatva a vizsgált elemek tartósságáról és teljesítményéről.

Alacsonynyomás-vizsgáló tesztberendezés:

Az alacsony nyomású vizsgálatokat az akkumulátorok integritásának és teljesítményének csökkentett légköri nyomáson történő értékelésére végzik. Ez a vizsgálat biztosítja, hogy az akkumulátor biztonságos és működőképes maradjon, ha olyan környezetnek van kitéve, mint a nagy magasság vagy az alacsony nyomású kamrák. Az alacsony nyomású vizsgálórendszerek 11,6 kPa vagy annál alacsonyabb légköri nyomású körülményeket képesek létrehozni, megismételve az extrém magasságokat és azok hatását a vizsgált akkumulátorokra.

Az alacsony nyomású vizsgálórendszerek alapvető eszközök az űrrepülésben vagy más olyan környezetben való használatra szánt akkumulátorok megbízhatóságának és biztonságának biztosításához, ahol a légköri nyomás jelentősen csökken.

Porállóság-vizsgáló tesztberendezés:

Az akkumulátort poros környezetnek teszik ki, ezzel tesztelve a burkolatot és a tömítéseket, hogy hatékonyan tartják-e távol a port. A berendezésben kell, hogy legyen páratartalomszabályozó, mivel a relatív páratartalomnak jellemzően 25–75% közé kell esnie. A nyomásszabályozó is elengedhetetlen alkatrész annak érdekében, hogy a bent keletkező nyomás a 86–106 kPa tartományban maradjon. A különféle szabványok azt is előírják, hogy milyen porral kell az akkumulátort tesztelni, ezért elengedhetetlen, hogy a portartályba különféle portípust tölthessenek aszerint, hogy éppen melyik szabvány alapján van a teszt végrehajtva. Ez a teszttípus nem a veszélyesebbek közé tartozik, tehát tűz, valamint robbanás nem feltétlen történik. Ugyanakkor érdemes előre felkészülni, ezért a berendezést célszerű robbanásvédett kialakítással ellátni, és beépíteni bele egy megfelelő tűzoltórendszert is.

Vízpermettesztelő tesztberendezés:

Az akkumulátort különböző szintű vízhatásnak teszik ki, hogy teszteljék vízállóságát. A behatolás elleni védelmi (Ingress Protection, IP) minősítésnek megfelelően. az ilyen eszközöknek alkalmasnak kell lenniük az IPX6K, illetve IPX9K minősítések alapján történő tesztek elvégzésére. Az IPX6K azt írja le, hogy az akkumulátornak ellen kell állnia a nagy nyomású vízsugaraknak. A vízáramlási sebességnek 75 l/perc ± 5%-ot kell elérnie 2,75 m ± 0,25 m távolságból. Az IPX9K szerinti vizsgálat alkalmával az akkumulátorokat nagy nyomású, magas hőmérsékletű vízzel permetezik közelről, amelynek során jellemzően 15 l/perc ± 1 l/perc a vízáramlási sebesség, 80 °C ± 5 °C közötti vízhőmérséklettel, a permetezés pedig 125 mm ± 25 mm távolságból történik.

Korrózióvizsgáló tesztberendezés:

Ez a tesztberendezés korróziós környezetet szimulál azáltal, hogy az akkumulátort sós vízpermetnek teszi ki, hogy teszteljék a korrózióval szembeni ellenállását. Érdemes lehet az ilyen tesztberendezést a többi berendezéssel nem egy helyiségbe telepíteni, mivel a többi gép is korrodálódhat. A hőmérséklet-tartomány a vizsgálat során +23 °C és 40 °C közé kell, hogy essen, a relatív páratartalom 50% és 100% között kell, hogy legyen. Átmenetileg ± 2,0 °C hőmérséklet-eltérés elfogadható. Erre a teszttípusra robbanás, tűz keletkezése nem jellemző.

Hősokkvizsgáló tesztberendezés:

A hősokkvizsgálat során az akkumulátort rövid idő alatt szélsőséges hőmérsékleti körülményeknek teszik ki, hogy felmérjék, képes-e ellenállni a hirtelen hőingadozásoknak anélkül, hogy károsodást szenvedne. Ez a vizsgálat döntő fontosságú az akkumulátorok ellenálló képességének és megbízhatóságának értékeléséhez. A hősokkvizsgáló berendezéseket általában –40 °C ± 2 °C és +130 °C ± 2 °C közötti hőmérséklet-tartományban való működésre tervezték, lehetővé téve az akkumulátoroknál előforduló hirtelen hőmérséklet-változások szimulálását. Ez a fajta tesztelés elengedhetetlen olyan iparágakban, ahol az akkumulátorok szélsőséges és ingadozó hőmérsékletnek vannak kitéve, például az autóiparban, a repülőgépiparban és a katonai alkalmazásokban.

Nyomás- és szögbehatolás-vizsgáló tesztberendezés:

A nyomás- és behatolásiszög-vizsgálat szélsőséges mechanikai igénybevétel esetére értékeli az akkumulátor szerkezeti integritását és biztonságát. Ez a vizsgálat azt ellenőrzi, hogy az akkumulátor a biztonság és a teljesítmény veszélyeztetése nélkül képes-e ellenállni a jelentős nyomóerőknek. A nyomást és behatolási szöget vizsgáló berendezés 13 kN ± 0,78 kN nyomóerő alkalmazására képes 1,5 cm/s sebességgel. Alternatívaként az akkumulátorcella súlyának 1000-szeresével egyenértékű erőt is képes kifejteni lassabb, 6 mm/perc sebességgel. Ezek a specifikációk lehetővé teszik a szélsőséges mechanikai igénybevételek pontos szimulációját, hogy értékelni lehessen az akkumulátor szerkezeti integritását és biztonságát. Ez a vizsgálati módszer alapvető fontosságú az akkumulátorok tartósságának és biztonságának garantálásához a szélsőséges mechanikai körülmények között, például balesetek vagy más nagy igénybevételnek kitett helyzetek során.

Ütésállóság-vizsgáló tesztberendezés:

Ütésvizsgáló berendezést használnak az ütközések vagy hirtelen ütközések akkumulátorokra gyakorolt hatásának szimulálására. Ezen feltételek megismétlésével a teszt felméri az akkumulátor szerkezeti tartósságát és biztonságát, lehetővé téve, hogy a mechanikai ütéseknek a teljesítmény vagy az integritás veszélyeztetése nélkül álljon ellen. Az ütésvizsgáló berendezéseket úgy tervezik, hogy az ütközési forgatókönyveket reprodukálják az akkumulátorok ellenőrzött ütéseinek kitéve, például tárgyak leejtésével egy meghatározott magasságból. Ez biztosítja az akkumulátor szerkezeti integritásának és biztonságának következetes és megbízható tesztelését hirtelen mechanikai igénybevétel esetén, így alapvető eszközzé válik az ütésállóság értékeléséhez a különféle alkalmazásokban.

Tűzállóság-vizsgáló tesztberendezés:

A tűzállóság-vizsgáló berendezéseket arra használják, hogy az akkumulátorokat nyílt lángnak tegyék ki, értékelve, hogy mennyire tudnak ellenállni a gyulladásnak vagy a robbanásnak tűz esetén. Ez a teszt garantálja az akkumulátorok biztonságát és megbízhatóságát arra az esetre, ha extrém hőnek és lángnak vannak kitéve. A berendezés LPG-gáz égetésével működik, ellenőrzött lángkörülményeket teremtve a valós tűzhelyzet szimulálása és az akkumulátor tűzállóságának értékelése érdekében.

A sled tesztberendezés:

Ez a vizsgálat az ütközés során fellépő gyorsulást szimulálja, amelynek során egy szánra szerelt akkumulátort nagy gyorsulással hajtanak végig egy pályán. A vizsgálat értékeli az akkumulátor szerkezeti integritását és biztonsági teljesítményét az ütközési erők hatására. A sled tesztberendezések jellemzően nagy teherbírásúak, gyakran akár több tonnás terhelhetőségre is képesek, így az alkatrészek és szerelvények széles körének vizsgálatára alkalmasak. Úgy tervezték őket, hogy különböző ütközési körülményeket szimuláljanak precízen. Ez a tesztelés biztosítja, hogy a termékek megfeleljenek a biztonsági előírásoknak, és megőrizzék funkcionalitásukat és integritásukat ütközésszerű forgatókönyvek esetén, ami létfontosságú eszköz az olyan iparágak számára, mint az autóipar, a repülőgépipar és a védelmi ipar.

Ejtésvizsgáló tesztberendezés:

Az ejtésvizsgáló berendezéseket az alkatrészek, például az akkumulátorok tartósságának és teljesítményének értékelésére használják, meghatározott magasságból történő leejtéssel. Ez a vizsgálat véletlenszerű leejtéseket vagy ütéseket szimulál, segít felmérni, hogy a vizsgált eszköz hogyan bírja az esés erejét és a szerkezetére és működésére gyakorolt lehetséges hatásokat. A könnyebb tárgyakat nagyobb távolságból, míg a nehezebb tárgyakat általában kisebb magasságból dobják le a valósághű körülmények szimulálása és az ütésállóság értékelése érdekében. Az ejtési tesztelés létfontosságú folyamat annak biztosításához, hogy az alkatrészek a biztonság és a teljesítmény veszélyeztetése nélkül bírják a rázkódásokat és ütéseket.

Mechanikus sokk tesztberendezés:

A mechanikai ütésvizsgálati berendezéseket arra használják, hogy az alkatrészeket, például az akkumulátorokat hirtelen mechanikai ütéseknek tegyék ki, hogy értékeljék ütésállóságukat és biztonságukat nagy gyorsító erők hatására. Ezek a tesztek olyan valós körülményeket szimulálnak, ahol az alkatrészek intenzív mechanikai igénybevételnek lehetnek kitéve.

A mechanikai sokkoló tesztrendszerek mérete és intenzitása a különböző tesztelési igényeknek megfelelően változik. A kisebb gépek esetében a gyorsulások jellemzően 50 gn és 175 gn között mozognak,1 3 és 11 milliszekundum közötti impulzusidővel. A nagyobb gépeket viszont mérsékeltebb sokkhatásokhoz tervezték, 2,5 gn és 28 gn közötti gyorsulásokkal és hosszabb, 20–120 milliszekundumos félszinuszos impulzusok időtartamával. Ezeket a gépeket a sokkforgatókönyvek széles skálájának szimulálására tervezték, a nagy erőjű, rövid ideig tartó eseményektől a tartósabb, mérsékelt sokkokig. Ezek a tesztrendszerek alapvető fontosságúak annak meghatározásához, hogy az akkumulátorok és más alkatrészek hogyan állnak ellen a hirtelen fellépő mechanikai erőknek, biztosítva szerkezeti integritásukat és biztonságukat valós körülmények között, például szállítás, kezelés vagy igényes környezetben történő használat során.

1	A gn a szabványos gravitációs gyorsulást jelöli, amely értéke 9,80665 m/s².

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

Műszaki tudományok

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero