TESTOVÁNÍ BATERIOVÝCH MODULŮ TESTING OF BATTERY MODULES

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství TESTOVÁNÍ BATERIOVÝCH MODULŮ TESTING OF BATTERY MODULES BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE : AUTHOR PETR KOPKA VEDOUCÍ PRÁCE : SUPERVISOR doc. Ing. PETR TOMČÍK, Ph.D. OSTRAVA 2016

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem byl seznámen s tím, že na moji bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. autorský zákon, zejména 35 užití díla v rámci občanských a náboženských obřadů, v rámci školních představení a užití díla školního ( 60 školní dílo); beru na vědomí, že Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava (dále jen VŠB TUO) má právo nevýdělečně ke své vnitřní potřebě bakalářskou práci užít ( 35 odst. 3); souhlasím s tím, že bakalářská práce bude archivována v elektronické formě v databázi Ústřední knihovny VŠB TUO a jeden výtisk bude uložen u vedoucího bakalářské práce. Souhlasím s tím, že údaje o bakalářské práci budou zveřejněny v informačním systému VŠB-TUO; bylo sjednáno, že s VŠB TUO, v případě zájmu z její strany, uzavřu licenční smlouvu s oprávněním užít dílo v rozsahu 12 odst. 4 autorského zákona; bylo sjednáno, že užít své dílo bakalářskou práci nebo poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem VŠB TUO, která je oprávněna v takovém případě ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly VŠB TUO na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše); beru na vědomí, že odevzdáním své bakalářské práce souhlasím s jejím zveřejněním podle zákona č. 111/1998Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (Zákon o vysokých školách) bez ohledu na výsledek její obhajoby. Místopřísežně prohlašuji, že jsem celou bakalářskou práci vypracoval samostatně. V Ostravě dne 29. 4. 2016. podpis (jméno a příjmení studenta)

ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá rešeršní studii týkající se testování bateriových modulů. Nejprve jsou popsány jednotlivé možnosti uchování elektrické energie. Následuje popis jednotlivých druhů baterií, použití, jejich výhody a nevýhody. Dále je zde popsáno testování bateriových modulů. Závěr je věnován provedení ověření funkčnosti testovacího zařízení pro vibrační zkoušku, otestování baterie a celkové zhodnocení získaných informací. KLÍČOVÁ SLOVA Baterie, testování, moduly ABSTRACT This bachelor s thesis deals with the research study about testing of battery modules. First describes the various possibilities of storing electricity. The following is a description of the various types of batteries, the use, their advantages and disadvantages. Further, there is described the testing of battery modules. The end is devoted to design functional verification test equipment for vibration test, battery test and the overall assessment of the information obtained. KEYWORDS Battery, testing, modules

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat vedoucímu práce panu doc. Ing. Petru Tomčíkovi, Ph.D., dále panu Ing. Jiřímu Kulhánkovi a Ph.D. a Ing. Vladimíru Zbožínkovi za odbornou pomoc při testování baterie. Další poděkování patří panu Ing. Pavlu Klausovi, Ph.D. a Bc. Marku Besedovi za udělené rady při práci v konstrukční laboratoři. A nakonec panu Robertu Köhlerovi, MSc ze společnosti TÜV SÜD Czech s.r.o., za poskytnutí materiálů ohledně testování bateriových modulů.

Obsah ÚVOD... 10 1 MOŽNOSTI AKUMULACE ELEKTRICKÉ ENERGIE... 11 1.1 SETRVAČNÍKY... 11 1.2 SUPERKAPACITORY A KONDENZÁTORY... 13 1.3 AKUMULACE ZA POMOCÍ VODÍKU... 14 2 BATERIE ELEKTROCHEMICKÉ ČLÁNKY... 16 2.1 ZÁKLADNÍ POJMY MĚŘENÉ VELIČINY... 17 2.2 PRINCIP ČLÁNKU... 19 2.3 POPIS ČLÁNKU... 19 2.4 SOUČASNÉ VYUŽÍVANÉ ČLÁNKY... 21 2.4.1 Lithium iontové články (Li-ion)... 21 2.4.2 Lithium polymerové články (Li-pol)... 22 2.4.3 Lithium železo-fosfátové články (LiFePO 4 )... 23 2.4.4 Nikl-metal hydridové články (Ni-MH)... 24 2.4.5 Nikl-kadmiové články (Ni-Cd)... 25 2.4.6 Lithium-vzduchové články (Li-air)... 25 2.4.7 Nikl-vodíkové články (Ni-H 2 )... 25 2.4.8 Sodíkové články (NaS)... 26 2.4.9 Sodík-nikl chlóridové články (Na-NiCl 2 )... 26 2.4.10 Olověné články... 26 2.5 POROVNÁNÍ JEDNOTLIVÝCH ČLÁNKŮ... 26 2.6 NĚKTERÉ ELEKTROMOBILY A JEJICH BATERIE... 27 2.6.1 Nissan Leaf... 27 2.6.2 Renault Zoe... 28 2.6.3 VW E-Golf... 29 3. TESTOVÁNÍ BATERIOVÝCH MODULŮ... 30 3.1 DRUHY PRAKTICKÝCH TESTŮ... 32 3.1.1 Test životnosti a elektrické výkonosti baterie... 32 3.1.2 Environmentální testování baterie... 35 3.1.3 Testování bezpečnosti, nesprávná manipulace... 43 3.2 OVĚŘENÍ FUNKČNOSTI TESTOVACÍHO ZAŘÍZENÍ PRO VIBRAČNÍ TEST... 47 3.2.1 Příprava testovacího zařízení... 47

3.2.2 Průběh zkoušky... 49 3.2.3 Vyhodnocení testu zařízení a baterie... 50 ZÁVĚR... 51 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE... 52 POUŽITÉ OBRÁZKY... 55 POUŽITÉ ZKRATKY A SYMBOLY... 56

ÚVOD Elektřina je již dnes běžnou součástí každodenního života a zdá se, že je na velké úrovni ve všech průmyslových odvětvích. Avšak v automobilovém průmyslu s rostoucím trendem ochrany životního prostředí má ještě pořád velký prostor pro uplatnění jako efektivní a ekologický zdroj energie. Jelikož ropa, jako omezený a stále dražší zdroj, nebude v budoucnu stačit světové poptávce. Prodej automobilů stále stoupá a tím dochází k stále většímu podílu na znečištění ovzduší. A proto jsou v budoucnu, podle většiny automobilek, hlavním řešením elektromobily. V automobilech máme několik možností jak uchovávat elektrickou energii. Nejvíce využívaný je sektor s elektrochemickými články, kde se neustále ukazuje, že je pořád možnost vyvíjet nové chemické složení těchto článků a tak výrazně vylepšovat jejich specifické vlastnosti. Příkladem může být vývoj Lithium-vzduchového článku, který však zatím jen v teoretické oblasti dokazuje, že dnešní technologie nejsou zdaleka tak výkonné, aby uspokojily požadavky řidičů. Největším problém je dojezd elektromobilů, ten je závislý hlavně na kapacitě celé baterie a stylu jízdy. Dále je u těchto technologií nutné dbát na bezpečnost při provozu či ekologickou nezávadnost. Každý typ článků má své specifické vlastnosti, a ty je nutné zjistit testováním či měřením. Druhy testů se odvíjí od požadavků, které na dané baterie klademe. Mezi hlavní testované parametry patří kapacita, energetická hustota, vnitřní odpor, teplota při zatěžování, životnost, spolehlivost, chování v provozu apod. Příkladem může být zjištění chování baterie při autonehodě, pro toto zjištění se provede nárazový test jen se samotnou baterií nebo s kompletním elektromobilem. Cílem práce bylo popsat testování bateriových modulů, článků či celých battery packů, provedení ověření funkčnosti testovacího zařízení pro vibrační zkoušku a odzkoušení na samotné baterii. Tomu je věnována druhá polovina práce. Nejdříve bylo nutné uvést problematiku těchto technologií. S tím související možnosti akumulace elektrické energie, druhy a porovnání elektrochemických článků, současné využití v automobilovém průmyslu. Většina této práce byla zaměřena na elektromobily, tzn. vozidla využívající jen čistě elektrickou energii jako zdroj pro pohon automobilu. Ostrava 2016 10

1 MOŽNOSTI AKUMULACE ELEKTRICKÉ ENERGIE V současnosti je elektrická energie hlavním ekologickým řešením, které má v budoucnu nahradit dosavadní benzínové a naftové spalovací motory, a tím snížit emise vyprodukované automobily. Jenže je nutné tuto energii nějakým způsobem uchovávat, aby ji bylo možné použít i v dopravních prostředcích. A tak mezi nejčastější metody akumulace elektrické energie v automobilech patří: Akumulátory Elektrochemické články Setrvačníky Superkapacitory a kondenzátory Akumulace za pomocí vodíku A další: Supravodivé cívky, Akumulace s pomocí stlačeného vzduchu, 1.1 SETRVAČNÍKY Setrvačníky ukládají elektrickou energii do kinetického rotačního pohybu. V automobilovém průmyslu se využívají již delší dobu. Setrvačné systémy vykazují rychlou odezvu na energetické požadavky, řádově v milisekundách, vysokou účinnost, více jak 85 %, a vysoký počet cyklů (desítky tisíc). Setrvačníky mají téměř nepatrný dopad na životní prostředí a tak vytváří významnou konkurenci jiným zdrojům elektrické energie. Základní rozdělení setrvačníků muže být vyjádřeno dvěma skupinami, nízko-rychlostní s ot/min pod 6 000 a vysoko-rychlostní, které jsou sice náročnější na materiálové provedení, ale dosahují vysoké účinnosti. Například setrvačník s magnetickým uložením rotoru (viz Obr. 1.1) zvyšuje několikanásobně cenu celého systému, oproti nízko-rychlostním setrvačníkům až pětkrát. Konstrukce těchto systémů (Obr. 1.2) umožňuje výkon odpovídající několika desítek megawattů. [14] [17] Obr. 1.1 Konstrukce setrvačníku [17] Ostrava 2016 11

Mezi hlavní výhody tedy patří: Obr. 1.2 Rozložený setrvačník [17] Vysoký výkon Velká životnost zařízení Rychlá odezva zařízení Nezatěžuje životní prostředí A mezi nevýhody: Vysoká cena zařízení Velké nároky na materiál rotoru Využití setrvačníku v klasických elektromobilech se však zatím moc nevyskytuje, důvodem je hlavně velký nárok na materiál rotoru setrvačníku a z toho vyplývá i vysoká cena tohoto systému. Příklad použití setrvačníku můžeme vidět hlavně v závodním prostředí automobilů, na Obr. 1.3 je zobrazeno Porsche 918 RSR, které bylo představeno v roce 2011 a dosahovalo výkonu 572 kw (767 koní). Jednalo se o koncept automobilu, který se stal vzorem pro nynější hybridní Porsche 918, které však setrvačník ve své hybridní technologii nevyužívá. Obr. 1.3 Porsche 918 RSR [31] Ostrava 2016 12

Dalším příkladem využití setrvačníku je Audi e-tron Quattro na Obr. 1.4 v sérii závodů Le Mans, kdy se umisťují pravidelně od roku 2011 na předních příčkách. Obr. 1.4 Audi e-tron Quattro [32] 1.2 SUPERKAPACITORY A KONDENZÁTORY Energie je zde akumulována do elektrického pole nabitého kondenzátoru. Dnes jsou běžně využívány v elektromobilech, kde je využíváno jejich hlavních vlastností, a to rychlé akumulaci energie při rekuperaci během brzdění, nebo naopak k rychlému dodání velké energie při zrychlování automobilu. Zatím jsou však nepoužitelné pro delší uchování většího množství energie. Je to vlastně zásobárna energie, která dokáže v milisekundách dodat obrovský kus energie, tam kde ji zrovna potřebujeme. Ve většině akumulátorů je energie uchovávána pomocí chemické vazby, u kondenzátoru se však energie ukládá do elektrického náboje. V porovnání s chemickými akumulátory, má kondenzátor větší účinnost, kratší dobu nabíjení, odolnost proti přebíjení i extrémnímu vybíjení, schopnost okamžitě podat plný výkon, životnost na desítky let, mnohonásobně větší počet nabíjecích cyklů. Jenže jak už to tak bývá, každý systém má i nějakou nevýhodu, tou hlavní je malá kapacita, dále vysoká cena těchto zařízení a krátká doba uchování energie. [7] Obr. 1.5 Průřez superkapacitorem [7] Ostrava 2016 13

Výhody: Vysoká účinnost akumulace ( až 95 % ) Rychlá odezva zařízení Životnost Odolnost Nevýhody: Malá kapacita Vysoká cena U superkondenzátorů je kapacita v tisících faradů, u klasických kondenzátorů je to ve stovkách mikrofaradů. Hustota energie je podstatně vyšší než u jiných akumulátorů. V nabíjecích cyklech také výrazně převyšuje ostatní systémy akumulace elektrické energie. Nicméně malá kapacita zařízení zatím omezuje jeho většího využití v elektromobilech. A tak se používá, např. u automobilu Mazda, jako zásobárna energie využívanou pro prudkou akceleraci či k uchování elektrické energie získané při brzdění (viz Obr. 1.6). [28] 1.3 AKUMULACE ZA POMOCÍ VODÍKU Obr. 1.6 Využití kapacitoru [28] Tento systém funguje na principu toho, že se vodík uloží ve vhodném zásobníku a pak z něj vyrábíme elektřinu pomocí palivového článku (viz Obr. 1.7), která putuje dále k elektromotoru nebo se může ukládat do baterií. Přebytky energie se využívají na elektrolýzu vody. Spalováním vodíku nevznikají oxidy uhlíku, síry ani jiné škodliviny, vzniká pouze vodní pára a malé množství oxidů dusíku, tudíž je tento systém velice šetrný k životnímu prostředí. Avšak účinnost elektrolýzy u palivových článků je kolem 60% a tak je malá účinnost celého procesu, která je pod 50%. Dalším negativem je zatím poměrně vysoká cena vodíkových automobilů, malý výběr vodíkových vozů a nedostatečná infrastruktura. [16] Ostrava 2016 14

Obr. 1.7 Chemická reakce v palivovém článku (vlevo) a samotný článek (vpravo) [16] Výhody tohoto systému: Nezatěžuje životní prostředí Nevýhody: Zatím není moc využívaný Nutnost vybudovat infrastrukturu Nebezpečný při smíšení se vzduchem Prozatím tento systém využívá jen omezené množství automobilek, mezi ně patří například automobilka Toyota s modelem FCV na Obr. 1.8. Obr. 1.8 Popis komponentů hydrogen vozidla Toyota FCV [15] Ostrava 2016 15

2 BATERIE ELEKTROCHEMICKÉ ČLÁNKY Jedná se o nejrozšířenější možnost uchovávání elektrické energie. Principem těchto článků je elektrochemická reakce. Jednotlivé typy se liší hlavně druhem použitého materiálu na aktivní prvky (elektrody), dále složením elektrolytu či výrobním procesem akumulátorů. Elektrochemické zdroje elektrické energie jsou zařízení, ve kterých se přímou cestou přeměňuje chemická energie aktivních materiálu v energii elektrickou. Při vybíjení zdroje nastává chemická (přesněji elektrochemická) reakce, jejíž energie se uvolňuje jako energie stejnosměrného proudu. Jelikož jde o přímou přeměnu energií bez mezistupňů jiných typů energie (tepelná, mechanická), je účinnost přeměny velmi vysoká. Převzato ze zdroje: [1] Baterie je soubor několika elektrochemických článků či modulů. Ty jsou navzájem propojeny a vytvářejí tak zdroj elektrické energie. Převzato ze zdroje: [1] Aktivní hmota je materiál, který při vybíjení článku dodává prostřednictvím chemické reakce elektrickou energii a nabíjením se vrátí do svého původního stavu. Převzato ze zdroje: [1] Cyklus - vybíjení a po něm následující nabíjení, nebo naopak. Převzato ze zdroje: [1] Často využívané akumulátory v automobilech: Pb, NiCd, Ni-MH, Li-ion, Li-pol. Mezi nejvíce využívané baterie v elektromobilech patří Li-iontové baterie, které zatím tvoří většinu. Nicméně mají své nevýhody a tak se prosazují i další druhy baterií, jako např. Li-pol, LiFePO 4, nebo nadějně vyhlížející baterie budoucnosti Li-air a další. [4] [10] Trh s bateriemi je ovlivněn hlavně dostupností materiálů na jednotlivé typy bateriových článků, kapacitou, hmotností, cenou, rozměry, životností a bezpečností baterií. Baterie mají velký vliv na výslednou cenu elektromobilu. V elektromobilech se baterie neboli battery pack skládá z několika modulů. Ty se zase skládají z článků. Tohle vše je pak uloženo do jednoho balení (battery pack) spolu s čipy a další elektronikou (viz Obr. 2.1). Proto samotná baterie výrazně ovlivňuje hmotnost elektromobilu. Většinou se váha samotné baterie pohybuje ve stovkách kilogramů. Obr. 2.1 Sestava Li-ion baterie (Nissan Leaf 2015) [11] Ostrava 2016 16

2.1 ZÁKLADNÍ POJMY MĚŘENÉ VELIČINY Battery Management - zajišťuje, aby nedocházelo k nerovnoměrnému zatížení jednotlivých článků a kontroluje jejich stav. Battery pack - kompletní zdroj energie. Tzn. systém skládající se z článků uložených v modulech spolu s čidly, elektro kabeláží a řídící jednotkou. Bateriový modul - soubor několika článku v sériovém nebo paralelním zapojení s příslušnou řídící elektronikou. Bateriový článek - elektrochemická jednotka, skládající se ze dvou elektrod, separátoru a elektrolytu, to vše v jednom balení. Doba vybíjení - doba, po kterou se zdroj vybíjí ke zvolenému napětí. Závisí na vybíjecím proudu. Většinou se udává v hodinách. Elektrodová reakce - chemická reakce za účasti elektronů. Probíhá na katodě a na anodě. Obě reakce jsou spřažené, udržují nepřetržitý tok elektronů vnějším elektrickým obvodem. Při rozpojení obvodu se reakce přeruší. Energie zdroje - maximální energie, kterou může za předepsaných podmínek dodat plně nabitý elektrochemický zdroj. Podobně jako kapacita zdroje závisí na množství elektrochemicky aktivních látek obsažených ve zdroji. V praxi se obvykle udává ve watthodinách (Wh). Kolik energie je zdroj schopen dodat za 1 hodinu. Energetická účinnost - poměr energie odebrané při vybíjení článku nebo baterie k energii potřebné na obnovení počátečního stavu nabití za předepsaných podmínek. Energetická hustota - vyjadřuje velikost uloženého elektrického náboje vztaženého na jednotku hmotnosti (Wh/kg). FreedomCAR (Cooperative Automotive Research) je iniciativa zaměřená na výzkum a vývoj vodíkového pohonu pro osobní vozidla. [30] Jmenovité napětí článku nebo baterie - přibližná hodnota napětí, často jako zaokrouhlená hodnota středního vybíjecího napětí (V). Jmenovitý vybíjecí proud udává výrobce, pro daný typ zdroje (A). Kapacita zdroje udává množství elektrického náboje, které je schopna baterie pojmout. Např. baterie s kapacitou 2000 mah dokáže dodávat proud o velikosti 100 ma po dobu 20 hodin. Je dána množstvím elektroaktivních látek obsažených ve zdroji. Udává se obvykle v ampérhodinách (Ah), nicméně většina výrobců elektromobilů ji udává v kwh. Konečné napětí - předepsaná hodnota napětí článku nebo baterie, při které se vybíjení nebo nabíjení považuje za ukončené (V). Ostrava 2016 17

Konečné nabíjecí napětí - napětí článku nebo baterie při nabíjení předepsaným konstantním proudem v okamžiku, kdy je článek či baterie úplně nabitá (V). Konečný vybíjecí proud - velikost proudu, když je nabíjení či vybíjení ukončené (A). Nabíjecí proud - je proud, kterým je baterie nabíjena (A). Napětí nezapojeného zdroje - je rozdíl potenciálů mezi kladným pólovým vývodem a záporným pólovým vývodem zdroje, kterým neprochází proud. Paměťový efekt - je způsoben tím, že baterie je nabíjená tehdy, když ještě není stoprocentně vybitá, nebo je nabíjená jen do neúplného stavu nabití. Kapacitu zničenou paměťovým efektem lze částečně obnovit formátováním baterie. Formátování baterie se provádí tak, že baterii necháme úplně vybít a následně úplně nabít. [27] Počáteční napětí - napětí článku nebo baterie po uzavření vnějšího obvodu (V). Samovybíjení - ztráta kapacity zdroje způsobená spontánní reakcí uvnitř zdroje, který není připojen k vnějšímu elektrickému obvodu. Bývá způsobeno vedlejšími reakcemi, přímou interakcí reaktantů nebo vnitřním zkratem v článku. Udává se v procentech jmenovité kapacity. Bývá provázeno poklesem bezproudového napětí. Stykače - jsou zařízení určená pro spínání nebo rozepínání elektrického spojení. Stykače se používají ke spínání elektrických spotřebičů v běžném provozu, nebo mohou spínat elektrická zařízení s vysokými rozběhovými proudy, např.: elektromotory, bateriové moduly, klimatizace, svářečky nebo transformátory. Výkon článku - je součin vybíjecího napětí a vybíjecího proudu. Udává se ve Wattech. Vybíjecí proud - je proud, kterým je baterie vybíjena (A). Vnitřní odpor - poměr změny napětí článku nebo baterie a odpovídající změny proudu za předepsaných podmínek. Je dán odporem elektrolytu mezi elektrodami článku (Ω). Většina těchto pojmů je charakterizována dle zdroje [1], u zbylých je označen příslušný zdroj. Ostrava 2016 18

2.2 PRINCIP ČLÁNKU V elektrochemickém článku probíhá při jeho činnosti elektrochemické reakce, tzn. chemické reakce, jichž se účastní elektrony. Tok elektronů - elektrický proud v článku může procházet dvěma směry: přirozeným od kladné elektrody k záporné (vybíjení článku) a vynuceným vlivem vnějšího napětím: od záporné elektrody ke kladné (nabíjení článku). Elektrody článku musí být odlišného charakteru: jedna musí být oxidačním, druhá redukčním činidlem (reaktantem), přičemž to mohou byt látky tuhé, kapalné i plynné. Jsou-li reaktanty kapalné či plynné, příslušné reakce probíhají na inertních elektrodách. Převzato ze zdroje: [1] Soustava článku zobrazena na Obr. 2.2. 2.3 POPIS ČLÁNKU Obr. 2.2 Soustava článku [21] Každý článek je sestaven z dvou elektrod, z kladné i záporné, a vhodným iontově vodivým elektrolytem. Elektrolyt musí být ve styku s oběma elektrodami. Obě elektrody jsou od sebe většinou izolovány pórovitým separátorem. Většinou se jedná o články prizmatické a cylindrické. Rozdíl je znázorněn na Obr. 2.3. [1] Obr. 2.3 Rozdíl mezi cylindrickým a prizmatickým článkem [22] Ostrava 2016 19

Záporná elektroda je při vybíjení katodou a při nabíjení anodou. Aktivní hmota je zde reaktant, který se při vybíjení článku oxiduje a uvolňuje elektrony. Převzato ze zdroje: [1] Kladná elektroda je při vybíjení anodou a při nabíjení katodou. Aktivní hmotou je reaktant, který při vybíjení článku uvolněné elektrony přijímá, a tudíž se redukuje. Převzato ze zdroje: [1] Elektrolyt je látka v tekuté nebo pevné fázi, která obsahuje pohyblivé ionty s kladným nábojem (kationty) a ionty se záporným nábojem (anionty). Má iontovou vodivost a svou přítomností v článku umožňuje vedení proudu. Převzato ze zdroje: [1] Separátor je materiál se strukturou propustnou pro ionty (zpravidla jde o perforovaný nebo pórovitý izolant), který zajišťuje izolaci mezi elektrodami různé polarity. Kromě stálosti vůči elektrolytu musí splňovat další podmínky. Převzato ze zdroje: [1] Popis všech těchto částí je zobrazen na Obr. 2.4. Obr. 2.4 Popis cylindrického Li-ion článku a prizmatického Li-ion článku [22] Ostrava 2016 20

2.4 SOUČASNÉ VYUŽÍVANÉ ČLÁNKY 2.4.1 Lithium iontové články (Li-ion) Článek je složen z uhlíkové anody a katoda je tvořená oxidem kovu. Jako elektrolyt je použita lithiová sůl v organickém rozpouštědle. Jejich hlavními přednostmi jsou vyšší energetická hustota, kolem 200 Wh/kg, dlouhá životnost (až 10 000 cyklů) a vysoká účinnost uložení energie (85-90 %). V současnosti to jsou nejpoužívanější typy baterií v elektromobilech, a to kvůli poměrně vysoké energetické hustotě, i 3x větší než Ni-MH, čímž lze dosáhnout relativně menších rozměrů a hmotností ve srovnání s ostatními konvenčními typy baterií. Dnes se tyto články vyvíjí s jiným materiálem použitým na elektrody a to z důvodu úspory hmotnosti při zachování stejného dojezdu. Z těchto článků však nelze získat tak vysoký proud jako u Ni-MH baterií, důvodem je vyšší vnitřní odpor. Dalším problémem je životnost baterie či sice pomalé, ale probíhající samovybíjení. Baterie se taky nesmí vybít na nulu jinak dojde ke zničení. Proto každý článek hlídá proti přebití nebo úplnému vybití čip. [7] [2] Mezi hlavní výhody patří: Vysoká hustota energie (150-200 Wh/kg) Vysoké napětí Účinnost Rozmanitá výroba, různé tvary Klesající cena A mezi nevýhody: Životnost Citlivé na přebíjení Vyšší vnitřní odpor Při úplném vybití se zničí Nutnost sledovat čipy Explozivní Tento druh článků využívá zatím drtivá většina elektromobilů, nicméně další typy baterií výrazně pokročily ve vývoji a tak lze očekávat pomalý pokles používání klasických Li-ion článků v elektromobilech. [4] Obr. 2.5 Li-ion články, battery pack [23] Ostrava 2016 21

2.4.2 Lithium polymerové články (Li-pol) Lithium polymerové články se vyrábějí jen v prizmatické formě (Obr. 2.6). Oproti klasickým Li-iontovým článkům, disponují nižší hmotnosti při vyšší energetické hustotě. Dále se liší materiálem obalu, ve kterém je uložen elektrolyt, zatímco Li-ion využívá organického obalu, tak Li-pol má obal z polymerů. Energetická hustota dosahuje i 265 Wh/kg, nepodléhá paměťovému efektu. Má však nižší životnost, a to asi 2 až 3 roky. Počet nabíjecích a vybíjecích cyklů je minimálně 3000. [6] [8] Napětí jednoho článku se pohybuje okolo 3,7 V. Při nabíjení se nesmí překročit hodnota 4,2 V a při vybíjení zase nemůže hodnota napětí klesnout pod 3,0 V, jinak dojde k poškození či možné explozi článku. [2] Používá je automobilka Hyundai ve svých hybridních vozidlech či Kia ve svém elektromobilu Kia Soul EV. Výhody: Vysoká energická hustota (100-265 Wh/kg) Nižší hmotnost než u Li-ion Bez paměťového efektu Nevýhody: Explozivní Nutnost dodržovat správný postup nabíjení, speciální nabíječky Při vybití na nulu, dojde k poškození či úplnému zničení článku Obr. 2.6 Lithium polymerový článek a modul [23] Ostrava 2016 22

2.4.3 Lithium železo-fosfátové články (LiFePO 4 ) Téměř shodné s Li-ion články. Liší se materiálem použitým na kladnou elektrodu. Katoda je vyrobena právě z tohoto materiálu (LiFePO 4 ), anoda je z lithia. Zájem budí díky nízké výrobní ceně, netoxicitě, dostupnosti železa, vynikající tepelné stabilitě, bezpečnostním vlastnostem, dobrému elektrochemickému výkonu a vysoké specifické kapacitě. Energetická hustota je však nižší než u Li-ion či Li-poly článků. [3] [2] Mezi výhody můžeme zařadit: Netoxicita Vysoká životnost Cena Bezpečnost Schopnost dodávat vysoký proud při špičkových odběrech Vysoká hustota energie (90-120 Wh/kg) Nevýhody: Kapacita srovnatelná s Li-ion Omezené množství lithia Rychlé dobíjení snižuje životnost Články se většinou vyskytují buď jako cylindrické nebo prizmatické. Battery packy jsou pak tvořeny několika těmito články spolu s čipy a další elektronikou (Obr. 2.8). Obr. 2.8 LiFePO 4 články a battery pack [23] Ostrava 2016 23

2.4.4 Nikl-metal hydridové články (Ni-MH) Jsou ekologičtější, mají větší kapacitu, než Ni-Cd články, ale provozní teploty se pohybují v rozpětí od -10 C do +40 C. Výkon výrazně klesá při provozu pod bodem mrazu. Dalším problém je celkem vysoké procento samovybíjení při pokojové teplotě, kolem 15-30% za měsíc. Záporná elektroda je tvořena kovovou slitinou, která s vodíkem vytváří směs hydridů neurčitého složení. Tato slitina je většinou tvořena niklem, kobaltem, manganem, hliníkem a vzácnými kovy jako je neodym, cer, lanthan. Kladná elektroda je složena z NiO(OH), jako elektrolyt je použit vodný roztok hydroxidu draselného. Hustota energie článku se již dnes pohybuje od 50 do 140 Wh/kg. [2] [6] Výhody: Kapacita větší než u Ni-Cd Velká životnost Cena Neklesající napětí při vybíjení Možnost rychlonabíjení Recyklace Šetrné k životnímu prostředí Nevýhody: Samovybíjení při pokojové teplotě Ztráta energie při nízkých teplotách, baterie se blokují Použití hlavně v hybridních automobilech jako např. Lexus RX450h, Toyota Prius (viz Obr. 2.9), Honda Civic Hybrid a další. Obr. 2.9 Battery pack a NiMH bateriový modul z Toyoty Prius (2015) [24] Ostrava 2016 24

2.4.5 Nikl-kadmiové články (Ni-Cd) Tento článek je tvořen z oxid-hydroxidu niklitého NiO(OH) pro kladnou elektrodu a z kadmia Cd pro zápornou elektrodu. Jako elektrolyt je použit vodný roztok hydroxidu draselného KOH. Sice mají vyšší energetickou účinnost než olověné akumulátory, ale jsou vysoce toxické. Nejlépe se skladují ve vybitém stavu. Energetická hustota je kolem 40-60 Wh/kg. [2] Výhody: Velká životnost Skladování při vybitém stavu Výkonné i za nízkých teplot Nabíjení vyššími proudy Odolnost proti přebíjení Nevýhody: Toxicita Cena Nižší napětí článků Nižší energetická účinnost oproti Li-ion 2.4.6 Lithium-vzduchové články (Li-air) U těchto článku se využívá oxidace lithia na anodě a redukce kyslíku na katodě. Lithiumvzduchové baterie mají několikanásobně vyšší kapacitu a nižší hmotnost, než Li-ion články. Díky použití malého množství zlata nebo platiny jako katalyzátoru v elektrodách vykazují elektrody mnohem vyšší účinnost, než běžné uhlíkové elektrody. Ve výzkumu je i zavedení jiných materiálů pro katalyzátor. Teoretická energetická hustota se pohybuje od 500 Wh/kg a více, i 6000 Wh/kg. Problémem je však poškozování elektrody, které může způsobit explozi. Článek je zatím stále ve vývoji. Nicméně je to velice slibná technologie, která by mohla rapidně změnit dojezd elektromobilů, a to až trojnásobně, i 1000 km na jedno nabití. [18] 2.4.7 Nikl-vodíkové články (Ni-H 2 ) Nikl-vodíkové články využívají plynného vodíku reagujícího s uhlíkovou anodou, princip podobný palivovému článku, a nikl hydroxidovou katodou. Výhodou Ni-H 2 baterií je, že vydrží až 20 000 nabíjecích cyklů, mohou být 100% vybity a zase nabity bez jakékoliv změny kapacity či výkonu, nemají žádný paměťový efekt. Hlavním důvodem, proč se dosud nevyužívaly v elektromobilech nebo hybridech, byla nízká energetická hustota, a s tím související větší hmotnost článku. Dále mají Ni-H 2 nižší kapacitu než Li-ion a to i o polovinu či dvě třetiny kapacity srovnatelné Li-ion baterie. [20] Ostrava 2016 25

2.4.8 Sodíkové články (NaS) Zvláštností těchto baterií je na jedné straně jejich provozní teplota, která se pohybuje od 270 až do 350 C, a na druhé straně fakt, že elektrody nejsou v pevném, nýbrž v kapalném skupenství. Mají vysokou účinnost (75-85 %), životnost 15 let, počet cyklů 2 500-4 000. Energetická hustota těchto článků se pohybuje od 100 do 200 Wh/kg. V elektromobilech se však nepoužívají. [20] 2.4.9 Sodík-nikl chlóridové články (Na-NiCl 2 ) Vysokoteplotní ZEBRA (Zero Emission Battery Research) akumulátory (270-350 C) jsou podobné systémům NaS, kde namísto síry jsou na katodě použity chloridy niklu. Tyto systémy jsou současně používané pouze v několika mobilních aplikacích pro dopravní prostředky. Očekávaná životnost je kolem 8-10 let. Požaduje se, aby vnitřní provozní teplota byla 270 až 350 C, aby se dosáhlo přijatelné odolnosti článků, a proto musí mít řízené tepelné mechanismy. Hustota energie u této technologie baterie se pohybuje zatím od 115 do 220 Wh/kg. [19] 2.4.10 Olověné články Olověné akumulátory jsou nejdéle používanými články díky využití v širokém spektru aplikací, kde jsou zapotřebí krátkodobé výkonové odběry. Mezi hlavní nevýhody patří nízká energetická hustota kolem 50 Wh/kg, krátké vybíjecí časy a nízká životnost při hlubším cyklování. Uvedené slabiny tvoří významnou bariéru pro konstrukci vysokoenergetických úložišť na bázi olova a to i přesto, že materiálové náklady na konstrukci olověných článků jsou ve srovnání s ostatními články výrazně nižší. [2] 2.5 POROVNÁNÍ JEDNOTLIVÝCH ČLÁNKŮ Každý z výše popsaných článků má své přednosti, avšak některé typy svými vlastnostmi výrazně převyšují nad ostatními. A to má za následek, že jsou upřednostňovány před jinými. U elektromobilů se nejvíce pozornosti věnuje výsledné kapacitě, energetické hustotě (viz Obr. 2.10) a hmotnosti samotné baterie. Obr. 2.10 Porovnání bateriových článků z hlediska energetické hustoty Ostrava 2016 26

2.6 NĚKTERÉ ELEKTROMOBILY A JEJICH BATERIE 2.6.1 Nissan Leaf Jedná se zatím o nejprodávanější elektromobil světa. Nabízen je s dvěma variantami Li-ion baterií, výrobce AESC, a to s 24 kwh nebo s větší 30 kwh kapacitou. Baterie s 24 kwh kapacitou umožňuje dojezd kolem 199 km. Skládá se ze 48 modulů se 192 články. Vše je uloženo v podlaze vozu. Váha baterie činí 218 kg, celková hmotnost vozidla je 1511 kg. Větší kapacita umožnila větší dojezd a to kolem 250 km. Baterie s 30 kwh má stejný počet modulů i článku jako 24 kwh verze a taky je uložená v podlaze (Obr. 2.11). Větší energetická hustota, při zachování stejných rozměrů, byla dosažena použitím jiného materiálu na elektrody, v tomto případě se jedná o kombinaci z uhlíku, hořčíku a dusíku. Hmotnost se navýšila přibližně o 21 kg, celková váha baterie je tedy 239 kg. Elektromobil se dá dobíjet rychlonabíječkou (50 kw), takže 80% kapacity se nabije za půl hodiny. Při použití standartní nabíječky (2,2 kw) trvá dobíjení 15 hodin pro 30 kwh verzi nebo 12 hodin pro 24 kwh. Cena elektromobilu se pohybuje od 730 do 900 tisíc Kč. [11] Obr. 2.11 Umístění baterie ve vozidle Nissan Leaf [11] Nissan Leaf (2015) - verze s 30 kwh baterií BATERIE PARAMETRY VOZIDLA Typ článku Li-ion Dojezd 250 km Kapacita 30 kwh Výkon 80 kw Napětí 360 V Max. rychlost 144 km/h Počet článků 192 Zrychlení (0-100 km/h) 11,5 s Počet modulů 48 Točivý moment 254 N.m Hmotnost baterie 218 kg Celková hmotnost 1535 kg Dobíjení - standart (2,2 kw) 15 hod. Spotřeba (kwh / 100 km) 15 Dobíjení - rychlonabíječka (50 kw) 30 min (80%) Poháněná kola Přední Výrobce AESC Cena od 730 tis. Kč Tab. 2.1 Specifikace vozidla Nissan Leaf [11] Ostrava 2016 27

2.6.2 Renault Zoe Tento elektromobil disponuje Li-ion baterií (Obr. 2.12), výrobce LG Chem, s kapacitou 22 kwh, která umožňuje dojezd okolo 210 km. Skládá se z 12 modulů, o váze jednoho modulu cca 24 kg, a 192 článků. Celková hmotnost baterie je 290 kg. Celková váha vozidla je 1468 kg. Renault pro tento model vyvinul speciální nabíječku chameleon která umožňuje několik režimu nabíjení, ty se pohybují v rozmezí nabíjecí síly od 3 do 43 kw. Například standartním režimem nabíjení ze zásuvky se baterie dobije za 9 hodin, při použití režimu rychlonabíjení je 80% kapacity dobito za 30 minut. V současnosti je již vyvinut jiný elektromotor, který by měl prodloužit dojezd na 240 km. Cena elektromobilu se pohybuje kolem 350 tisíc Kč. Nicméně se k této ceně ještě musí platit pronájem baterie. [12] Obr. 2.12 Umístění baterie ve vozidle Renault Zoe [12] Renault Zoe (2015) BATERIE PARAMETRY VOZIDLA Typ článku Li-ion Dojezd 210 km (240 km) Kapacita 22 kwh Výkon 65 kw Napětí 400 V Max. rychlost 135 km/h Počet článků 192 Zrychlení (0-100 km/h) 13,5 s Počet modulů 12 Točivý moment 220 N.m Hmotnost baterie 290 kg Celková hmotnost 1468 kg Dobíjení - standart (3,3 kw) 9 hod. Spotřeba (kwh / 100 km) 14,6 Dobíjení - rychlonabíječka (43 kw) 30 min (80%) Poháněná kola Přední Výrobce LG Chem Cena od 350 tis. Kč Tab. 2.2 Specifikace vozidla Renault Zoe [12] Ostrava 2016 28

2.6.3 VW E-Golf Elektromobil je vybaven Li-ion baterií od firmy Panasonic. Ta disponuje 24,2 kwh kapacitou. Dojezd vozidla se pohybuje kolem 190 km. Celý battery pack obsahuje 27 modulů se 264 články. Celková hmotnost baterie je 318 kg, samotný elektromobil pak váží 1585 kg. Baterie je umístěna mezi přední a zadní nápravou (viz Obr. 2.13). Část u přední nápravy je vybavena systémem BMC (Battery Management Controller), který vykonává bezpečnostní, diagnostické a monitorovací funkce. Odlišností od ostatních elektromobilů je to, že E-Golf využívá pro zvýšení dojezdu v chladném počasí tepelné čerpadlo. Plné nabití elektromobilu při standartním dobíjení proběhne do 13 hodin. Při použití rychlonabíječky se dobije 80 % za 35 minut. [13] Obr. 2.13 Umístění baterie ve vozidle VW E-Golf [13] VW E-Golf (2015) BATERIE PARAMETRY VOZIDLA Typ článku Li-ion Dojezd 190 km Kapacita 24,2 kwh Výkon 85 kw Napětí 323 V Max. rychlost 140 km/h Počet článků 264 Zrychlení (0-100 km/h) 10,4 s Počet modulů 27 Točivý moment 270 N.m Hmotnost baterie 318 kg Celková hmotnost 1585 kg Dobíjení - standart (2,2 kw) 13 hod. Spotřeba (kwh / 100 km) 12,7 Dobíjení - rychlonabíječka (50 kw) 35 min (80%) Poháněná kola Přední Výrobce Panasonic Cena od 930 tis. Kč Tab. 2.3 Specifikace vozidla VW E-Golf [13] Ostrava 2016 29

3. TESTOVÁNÍ BATERIOVÝCH MODULŮ Baterie je klíčovou součástí každého elektrického vozidla. V současnosti jsou k dispozici různé typy článků od mnoha výrobců. Každý takový článek se může lišit chemickým složením, materiály a vlastnostmi. Pro zjištění, jakými hodnotami tyto články disponují, se musí baterie otestovat. Testování je nejen důležité z pohledu výkonosti, ale také kvůli bezpečnosti těchto systémů. Testování se řídí určitými normami. Tyto testy jsou uvedeny v tab. 3.1 spolu s příslušnými normami. Testování Testování elektrického výkonu a životnosti Popis Testování článků, modulů a systémů: dle mezinárodních norem: o ISO 12405 o ISO 62660 o SAE J2288 Environmentální testování Testy článků, modulů a systémů - vibrace a nárazy; ponor; prach; teplotní výkyvy; vlhkost; překlápění; EMC: dle mezinárodních norem: o ISO 12405 o IEC 62660 o ISO 16750 o IEC 60068 Testování bezpečnosti nesprávná manipulace Testování článků, modulů a sad/systémů (např. přebíjení, podbíjení akumulátoru, proražení hřebíkem; zkrat; pád; drcení). dle mezinárodních norem: o IEC 62660 o ISO 12405 o SAE J2464 o SAE J2929 o FreedomCAR Transportní testování Transportní testování lithium-iontových článků, modulů a systémů dle testu UN 38.3 (např. simulace různé nadmořské výšky při přepravě baterií). Tab. 3.1 Druhy testů spolu s příslušnými normami [25] Ostrava 2016 30

Popis mezinárodních norem uvedený v tab. 3.2. Norma IEC 62660-1 (ex- 61982-4) Popis Akumulátorové články pro pohon elektrických silničních vozidel. Výkonnostní testování pro lithium-iontové baterie. IEC 62660-2 (ex 61982-5) Akumulátorové články pro pohon elektrických silničních vozidel. Testování spolehlivosti a testování mimo provozní podmínky pro lithium-iontové baterie. SAE J2464 Elektrická a hybridní elektrická vozidla. Rechargeable Energy Storage System (RESS nabíjecí systém pro skladování energie). Testování bezpečnosti a testování mimo provozní podmínky. SAND 99-0497 USABC testování baterií (United States advanced battery consortium). Elektrochemické skladování. Manuál postupu při testu systému mimo provozní podmínky. SAND 2005-3123 Manuál pro test mimo provozní podmínky pro elektrické a hybridní součásti vozidel. DOE/ID-11070 FreedomCAR - testovací manuál pro baterie 42V. DOE/ID-110 9 FreedomCAR - testovací manuál pro baterie v hybridních vozidlech. DOE/ID-11173 FreedomCAR - testovací manuál pro superkondenzátor. UN 38.3 Přeprava lithiových baterií. IEC 62281 Bezpečnost primárních a sekundárních lithiových článků a baterií během přepravy. IEC 62133 Akumulátorové články a baterie obsahující alkalické nebo jiné nekyselé elektrolyty. Bezpečnostní požadavky pro přenosné uzavřené akumulátorové články a pro přenosné baterie z nich sestavené. SAE J2288 Testování životního cyklu bateriových modulů pro elektrická vozidla. Tab. 3.2 Mezinárodní normy pro testování baterií [25] Ostrava 2016 31

3.1 DRUHY PRAKTICKÝCH TESTŮ Celá tato kapitola čerpá ze zdrojů [5], [3] a [2], jedná se o dané postupy zkoušek, u každé zkoušky je zdroj uveden až na konci posledního odstavce. Hlavním zdrojem je [5], tyto zkoušky slouží pro homologaci elektromobilu či samotné baterie. Testování se dělí do několika skupin. První skupina testů je zaměřena na technickou specifikaci baterie, druhá se věnuje testům souvisejícím s životním prostředím, kvalitou či spolehlivostí a poslední se týká bezpečnosti baterií. Každá z těchto skupin má své specifické zkoušky, které jsou popsány níže. 3.1.1 Test životnosti a elektrické výkonosti baterie Životnost baterie je doba užívání baterie za předepsaných podmínek. Vyjadřuje se zpravidla počtem cyklů nebo dobou, po kterou je baterie za daných provozních podmínek funkční. Převzato ze zdroje: [1] Pro zjištění životnosti a výkonosti baterie se používají zkoušky jako např. test životnosti, test EMC, měření kapacity a vnitřního odporu, kalorimetrie, a další. Všeobecné podmínky: Při testování je důležité dbát na správné hodnoty napětí a proudu. Jinak může dojít ke zničení článku. zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C; na začátku zkoušky musí být v provozu veškerá ochranná zařízení, která ovlivňují funkci (funkce) zkoušeného zařízení a která jsou významná pro výsledek zkoušky; jednotlivé hodnoty nabíjecích a vybíjecích proudů a napětí se stanovují dle technických specifikací určitého typu článku. Instalace: Tyto zkoušky se provádí buď s celým bateriovým packem, nebo s jednotlivými moduly či články. Zkouška může být provedena i bez řídící jednotky, pokud není integrována. [5] TEST ŽIVOTNOSTI Účel: U tohoto testu zjišťujeme maximální počet vybíjecích a nabíjecích cyklů, které může daná baterie dosáhnout. Po stovkách těchto cyklů klesá kapacita článků, která je jedním z nejdůležitějších parametrů článku. Životnost baterie je udávána hranicí 60 % původní kapacity baterie. Jakmile je tato hranice překročena na nižší hodnotu, baterie ztrácí svou hodnotu. Nicméně nepoužitelná není, ale má již malou kapacitu, která stále klesá a nevyhovuje tak systému pro který byla navržena. Faktory jako je hodnota nabití, hloubka vybití a teplota, mají významný vliv na životní cyklus článků. Zkušební proces: Ostrava 2016 32

Testované zařízení se začne nabíjet konstantním proudem (ampér), dokud se nedosáhne požadovaného napětí (volt). Poté se začne nabíjet konstantním napětím, dokud nabíjecí proud neklesne pod požadovanou hodnotu. Poté přechází test do procesu vybíjení, kdy se baterie vybíjí konstantním proudem, dokud odebíraná energie nedosáhne 80 % aktuální kapacity. Napětí ovšem nesmí klesnout pod povolenou mez (stanovené výrobcem). Tento postup, uvedený v odstavci výše, se stále opakuje (stovky cyklů), dokud se baterie úplně nevybije. Poté se změří hodnota kapacity. Všechny naměřené hodnoty se poté zakreslí do grafu, křivka životnosti baterie (viz Obr. 3.1). Obr. 3.1 Křivka životnosti baterie [3] Zkouška končí pozorováním po dobu 1 hodiny při okolní teplotě zkušebního prostředí. [3] TEST ELEKTROMAGNETICKÉ KOMPATIBILITY (EMC) Účel: Účelem je zjištění odolnosti zkoušeného zařízení vůči působení různých rušivých signálů. Elektromagnetická kompatibilita (EMC) je schopnost elektrického a elektronického zařízení a systému pro provoz, odolávat jinému elektrickému nebo elektronickému zařízení nebo jiným zdrojům rušení, jako jsou působení rádiových frekvencí (RF), digitální pulsy, elektrické stroje nebo před jinými vlivy. Zkušební proces: Pro testování EMC je nutné použít specializované testovací zařízení a vybavení. Zkoušky se musí provádět v prostředí bez jiných zdrojů elektromagnetického rušení, jako např. ve Faradayově kleci či izolované komoře. Pro test se využívají speciální široké rozsahy zdroje signálu a citlivé přijímače pro generování a měření rušení. [2] Ostrava 2016 33

MĚŘENÍ KAPACITY BATERIE Účel: Cílem měření (Obr. 3.2), je zjištění reálné (dostupné) kapacity testované baterie, jelikož kapacita baterie klesá s rostoucím počtem vybíjecích a nabíjecích cyklů. Je to jeden z nejdůležitějších parametrů baterií. Kapacita se obecně udává v Ah (v ampérhodinách), nicméně většina výrobců elektromobilů udává kapacitu v kwh (kilowatthodinách). Postup měření: Obr. 3.2 Měření kapacity [26] Nejprve se baterie vybije konstantním proudem do minimální hodnoty napětí. Poté se nabije na maximální hodnotu napětí. Další fází je ponechání baterie v klidovém stavu, s maximální hodnotou napětí, po určitou dobu (v řádu hodin). Dále začneme baterii vybíjet konstantním proudem, při tomto procesu se změří čas poklesu napětí článku na minimální hodnotu. Výpočet kapacity (1): Pro výpočet kapacity C N potřebujeme znát vybíjecí proud I v a dobu vybíjení t v, viz vtah 1. Doba měření závisí na parametrech jednotlivých baterií. [3] MĚŘENÍ VNITŘNÍHO ODPORU BATERIE Účel: Účelem tohoto měření je zjistit velikost vnitřního odporu a tak i technický stav článku. Jelikož pro baterie platí, že čím více cyklů vybití a nabití prodělají, tak tím více roste vnitřní odpor a snižuje se tak napětí baterie. S rostoucím odporem klesá napětí článku. Vnitřní odpor článku Ostrava 2016 34

je třeba znát za účelem výpočtu tepla nebo výkonové ztráty v článku. Jednoduché měření ohmmetrem není možné, protože procházející proud měřicím přístrojem ovlivňuje měření. Proces měření: Pro stanovení vnitřního odporu, je nejprve nutné změřit napětí naprázdno. Poté článek začneme vybíjet konstantním proudem na minimální hodnotu napětí. Poté ji nabijeme na maximální hodnotu napětí. Následuje proces ponechání baterie v klidovém stavu po určitou dobu (v rozmezí 1-4 hodin). Poté baterii začneme vybíjet po určitou dobu (např. 20s) proudem I 1 a změříme napětí U 1, pak zvýšíme odběr proudu I 2 a změříme napětí U 2, tyto měření se vztahují k dané teplotě. Odpor se vypočítá ohmovým zákonem z rozdílu napětí (U 1, U 2 ) mezi dvěma měřeními a proudem (I 1, I 2 ), který teče přes článek (viz vztah 2). [3] Výpočet vnitřního odporu (2): 3.1.2 Environmentální testování baterie Tyto testy prokazují kvalitu a spolehlivost baterie. Zkoumají rizika při havárii automobilu vybaveného baterií. Další zkoušky zahrnují: teplotní šok, cyklus teplot od -55 C do 140 C, prachová a vlhkostní zkouška, odolnost proti ohni, mechanická celistvost, převalování baterie a další Instalace: Tyto zkoušky se provádí buď s celým bateriovým packem, nebo s jednotlivými moduly či články. Zkouška může být provedena i bez řídící jednotky, pokud není integrována. ZKOUŠKA TEPELNÝM ŠOKEM A CYKLOVÁNÍM Účel zkoušky: Účelem této zkoušky je ověřit odolnost článků proti náhlým změnám teploty. Bateriové moduly se musí podrobit stanovenému počtu teplotních cyklů, které začínají při teplotě okolí a následně cyklují vysokou a nízkou teplotou. To simuluje rychlé změny teploty v prostředí, kterým by moduly mohly být během jejich provozu vystaveny. Postup zkoušky: Všeobecné zkušební podmínky, následující podmínky se vztahují na zkoušené zařízení na začátku zkoušky: Ostrava 2016 35

Stav nabití se upraví na hodnotu nad 50% normálního pracovního rozsahu nabití; všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou důležitá pro výsledek zkoušky, musí být funkční. Zkušební postup: Zkoušená zařízení (bateriové moduly, články) musí být skladována po dobu nejméně šesti hodin při zkušební teplotě 60 ± 2 C nebo vyšší, dále následuje skladování po dobu nejméně šesti hodin při zkušební teplotě rovné -40 ± 2 C nebo nižší. Maximální interval mezi dvěma extrémy zkušebních teplot je 30 minut. Tento postup se opakuje minimálně do dokončení pěti celkových cyklů, po kterých se zkoušené zařízení uloží na dobu 24 hodin do prostředí o okolní teplotě 20 ± 10 C. Zkouška končí s dobou pozorování 1 hodiny při okolní teplotě zkušebního zařízení. [5] VIBRAČNÍ TEST Účel: Při tomto testu se zkoumá, zda při vibracích určité síly nedojde k úniku elektrolytu či poškození elektronického vybavení bateriového modulu (funkčnost čipů, kabeláž). Tedy hlavním parametrem této zkoušky je tuhost celého battery packu, který by měl odolat několikanásobně většímu zatížení než je samotná váha této baterie. Často se používá jednoosý, tříosý, stohodinový nebo šokový vibrační test. Tento test simuluje vibrace, kterým je vozidlo obvykle vystaveno ve skutečném provozu. Instalace: Zkoušené zařízení musí být pevně zajištěno na desce vibračního stroje tak, aby byly vibrace přenášeny přímo na zkoušené zařízení. Zkušební proces: Obecné podmínky zkoušení, na zkoušené zařízení se uplatní dále uvedené podmínky: Zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C; na začátku zkoušky se stav nabití nastaví na hodnotu nad 50% normálního pracovního nabití zkoušeného zařízení; na začátku zkoušky musí být v provozu veškerá ochranná zařízení, která ovlivňují funkci (funkce) zkoušeného zařízení a která jsou významná pro výsledek zkoušky. Testování: Zkoušená zařízení se podrobí vibracím sinusového tvaru s logaritmickým posunem mezi 7 Hz a 50 Hz a zpět na 7 Hz za dobu 15 minut. Tento cyklus se opakuje 12 krát po celkovou dobu 3 hodin ve vertikální montáži zkoušeného zařízení podle údajů výrobce. Frekvence a akcelerace musí odpovídat údaji z tabulky Tab. 3.3. Ostrava 2016 36

Frekvence (Hz) Akcelerace (m/s²) 7-18 10 18-30 postupně snižováno z 10 na 2 30-50 2 Tab. 3.3 Frekvence a akcelerace [5] Zkouška končí pozorováním po dobu 1 hodiny. [5] MECHANICKÁ CELISTVOST Účel: Účelem této zkoušky je ověření bezpečnosti provozu zkoušeného zařízení při kontaktní zátěži, která se může vyskytnout při nehodě vozidla. Instalace: Zkoušené zařízení musí být pevně zajištěno na zkušebním zařízení podle instrukcí výrobce baterie. Zkušební proces: Všeobecné zkušební podmínky: Zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C; na začátku zkoušky, se musí stav nabití upravit na hodnotu nad 50% normálního pracovního rozsahu nabití; na počátku zkoušky musí být funkční všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou důležitá pro výsledek zkoušky. Testování (drcení zařízení): Zkoušené zařízení se drtí mezi překážkou a drtící deskou (Obr. 3.3), silou nejméně 100 kn, avšak nejvýše 105 kn. Náběh účinku trvá méně než 3 minuty a doba přítlaku činí nejméně 100 ms, avšak nejvýše 10s. Rozměry drtící desky: 600 mm x 600 mm nebo menší. Obr. 3.3 Drtící deska [5] Ostrava 2016 37

O působení síly rozhoduje výrobce baterie společně s technickou zkušebnou s uvážením směru jízdy elektromobilu. Aplikovaná síla působí vodorovně a kolmo ke směru jízdy. Zkouška končí dobou pozorování 1 hodiny při okolní teplotě zkušebního zařízení. [5] NÁRAZOVÝ TEST Účel: Simulace skutečných podmínek při havárii. Které mohou způsobit velké deformace battery packu. Zkoušky jsou prováděny v crash testovacích zařízeních (Obr. 3.4), které využívají nárazové tělesa s proměnnou hmotností a geometrií. Dále mohou být přizpůsobeny s širokou škálou technických parametrů, jako hmotnost a rychlost nárazu atd. Různé scénáře automobilových nehod. Dynamické nárazové testy mají různé prováděcí metody, jako např.: Pohybující se nárazové těleso zasáhne baterii, která je pevně uchycena do tuhé bariéry. Test pohybujícího se elektromobilu, který zasáhne bariéru, která poškodí baterii ( crash test elektromobilu). Instalace: Obr. 3.4 Nárazový test battery packu [5] Zkoušené zařízení musí být na zkušební zařízení připojeno pouze úchyty určenými k montáži battery packu, modulů či článků. Zkušební proces: Všeobecné zkušební podmínky a požadavky: Zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C; na začátku zkoušky, se musí stav nabití upravit na hodnotu nad 50% normálního pracovního rozsahu nabití; na počátku zkoušky musí být funkční všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou významná pro výsledek zkoušky. Ostrava 2016 38

Testování: Zkoušené zařízení se vystaví deceleraci nebo akceleraci v souladu s mezemi akcelerace, které jsou uvedeny v tabulkách 3.4 až 3.6. Technická zkušebna po konzultaci s výrobcem baterií rozhodne, zda musí být zkoušky provedeny v kladném nebo v záporném směru nebo v obou. Pro každý ze stanovených zkušebních impulsů (Obr. 3.5) může být užito jiné zkušební zařízení. Zkušební impuls musí být v mezích minimální a maximální hodnoty, které jsou uvedeny v tabulkách 3.4 až 3.6. Obr. 3.5 Všeobecný popis zkušebních impulsů [5] Bod Čas (ms) Akcelerace (g) Podélně Příčně A 20 0 0 B 50 20 8 C 65 20 8 D 100 0 0 E 0 10 4.5 F 50 28 15 G 80 28 15 H 120 0 0 Tab. 3.4 Pro vozidla kategorie M1 a N1 [5] Ostrava 2016 39

Bod Čas (ms) Akcelerace (g) Podélně Příčně A 20 0 0 B 50 10 5 C 65 10 5 D 100 0 0 E 0 5 2.5 F 50 17 10 G 80 17 10 H 120 0 0 Tab. 3.5 Pro vozidla kategorie M2 a N2 [5] A 20 0 0 B 50 6.6 5 C 65 6.6 5 D 100 0 0 E 0 4 2.5 F 50 12 10 G 80 12 10 H 120 0 0 Tab. 3.6 Pro vozidla kategorie M3 a N3 [5] Zkouška končí dobou pozorování 1 hodiny při okolní teplotě zkušebního zařízení. [5] ODOLNOST PROTI OHNI Účel zkoušky: Účelem této zkoušky je ověřit odolnost baterie, modulu či článku proti ohni z vnější části vozidla, např. v důsledku úniku paliva z vozidla (ať z vlastního nebo jiného vozidla). Tato zkouška by měla ověřit, zda mají řidič a cestující dostatek času k opuštění vozidla v případě havárie. Instalace: Tam, kde jsou příslušné moduly či články rozloženy po celém vozidle, se může zkoušet každý jednotlivě. Provedení zkoušky: Bod Čas (ms) Akcelerace (g) Podélně Příčně Ostrava 2016 40

Všeobecné zkušební podmínky: Zkouší se při teplotě alespoň 0 C, na začátku zkoušky, se musí stav nabití upravit na hodnotu nad 50% normálního pracovního rozsahu nabití; na počátku zkoušky musí být funkční všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou důležitá pro výsledek zkoušky. Zkušební postup: Zkouška na vozidle nebo zkouška na konstrukční části se provádí podle požadavku výrobce baterií: Zkouška na vozidle Zkoušené zařízení musí být namontováno do zkušebního přípravku co možná odpovídacímu skutečným montážním podmínkám, k tomu by neměl být použit žádný hořlavý materiál s výjimkou materiálu, který je součástí zkoušeného zařízení. Metoda, kdy je toto zařízení montováno do zkušebního přípravku, musí odpovídat příslušným specifikacím pro instalaci zařízení do vozidla. Pro provedení zkoušky, se musí brát vzít v úvahu i díly, které mají vliv na průběh požáru. Zkouška na konstrukční části Zkoušené zařízení musí být umístěno, v orientaci podle konstrukčního záměru výrobce, na roštu umístěným nad pánví. Rošt musí být postaven na ocelových tyčích průměru 6-10 mm, s mezerami 4-6 cm. V případě potřeby je možno ocelové tyče nahradit plochou ocelí. Plamen, kterému je zkoušené zařízení vystaveno, musí vznikat hořením komerčního paliva, pro zážehové motory (dále jen "palivo"), na pánvi. Množství paliva musí být dostatečné, aby umožnilo vznik plamene za volných spalovacích podmínek pro spalování v průběhu celého zkušebního postupu. Oheň musí pokrýt celou oblast pánve v průběhu celého testu. Rozměry pánve musí být zvoleny tak, aby se zajistilo, že jsou vystavené plameni i strany zkoušeného zařízení. Pánev musí proto přesahovat v půdorysu zkoušené zařízení alespoň o 20 cm, ale ne více než o 50 cm. Boční stěny pánve nesmějí vyčnívat více než 8 cm nad úrovní paliva na počátku zkoušky. Pánev naplněná palivem musí být umístěna pod zkoušeným zařízením tak, že vzdálenost mezi hladinou paliva v pánvi a spodní částí zkoušeného zařízení odpovídala konstrukční výšce zkoušeného zařízení nad vozovkou při nenaloženém vozidle. Pánev, nebo zkušební přípravek, nebo i oba, musí být volně pohyblivé. Zkouška se skládá ze tří fází B-D, v případě, že palivo má teplotu alespoň 20 C. V opačném případě zkouška zahrnuje čtyři fáze A-D. V průběhu fáze C, musí být pánev překryta clonou. Clona se umístí 3cm ± 1 cm nad hladinu paliva ještě před zapálením. Clona musí být vyrobena z ohnivzdorného materiálu, např. z žáruvzdorných cihel. Mezi cihlami nesmí být žádná mezera a cihly musí být drženy nad pánví Ostrava 2016 41

tak, aby otvory v cihlách nebyly nijak zakryty. Délka a šířka rámu musí být o 2 cm až 4 cm menší než vnitřní rozměry pánve tak, aby mezi rámem a stěnou pánve vznikla mezera 1 cm až 2 cm, umožňující odvětrání. Před zkouškou musí mít clona alespoň teplotu okolního prostředí. Cihly mohou být navlhčeny, aby byly zaručeny opakovatelné zkušební podmínky. Pokud se zkouší ve venkovním prostoru, musí zajištěna dostatečná ochrana proti větru, a rychlost větru na úrovni pánve nesmí překročit 2,5 km / h. FÁZE A PŘEDEHŘÍVÁNÍ Palivo na pánvi se musí zapálit ve vzdálenosti alespoň 3 m od zkoušeného zařízení. Po 60 sekundách předehřívání musí být pánev umístěna pod zkoušené zařízení. Pokud je velikost pánve příliš velká, aby se při pohybu riskovalo rozlitých tekutin atd., pak může být přesunuto nad pánev zkoušené zařízení místo opačného postupu. FÁZE B PŘÍMÉ VYSTAVENÍ OHNI Obr. 3.6 Fáze A [5] Zkoušené zařízení se vystaví plameni volně hořícího paliva na dobu 70 sekund. FÁZE C NEPŘÍMÉ VYSTAVENÍ OHNI Obr. 3.7 Fáze B [5] Jakmile byla dokončena fáze B, musí být mezi hořící pánev a zkoušené zařízení umístěna clona. Zkoušené zařízení musí být vystaveno redukovanému plameni po dobu dalších 60 sekund. Místo fáze C zkoušky, může na uvážení výrobce baterií pokračovat fáze B po dobu dalších 60 sekund. To je však přípustné pouze tehdy, pokud je ke spokojenosti technické zkušebny prokázáno, že tento postup nebude mít za následek snížení závažnosti zkoušky. Ostrava 2016 42

Obr. 3.8 Fáze C [5] FÁZE D UKONČENÍ ZKOUŠKY Hořící pánev zakrytá clonou se musí přemístit zpět do polohy popsané ve fázi A. Nesmí se provádět žádné hašení zkoušeného zařízení. Po odstranění pánve se zkoušené zařízení pozoruje do doby, kdy povrchová teplota zkoušeného zařízení klesne na okolní teplotu nebo kdy teplota zařízení klesá po dobu minimálně tří hodin. [5] Obr. 3.9 Fáze D [5] 3.1.3 Testování bezpečnosti, nesprávná manipulace Toto testování simuluje různé extrémní podmínky, které přesahují limity testované baterie. A zjišťují, jaké problémy tyto zkoušky způsobí. Mezi ně patří test proražení hřebíkem, odolnost proti zkratu, přebíjení, podbíjení, přehřívání, odolnost vůči působení vody, deformační zkoušky a další. ODOLNOST PROTI ZKRATU Účel zkoušky: Účelem této zkoušky je ověření vlastností ochrany zařízení proti zkratu. Pokud je tato ochrana provedena, musí se přerušit nebo omezit zkratový proud, aby se tak zabránilo závadám baterií, způsobených zkratovým proudem. Zkušební proces: Všeobecné zkušební podmínky: Zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C, nebo na žádost výrobce při teplotě vyšší; na začátku zkoušky, se musí stav nabití upravit na hodnotu nad 50% normálního pracovního rozsahu nabití; Ostrava 2016 43

na počátku zkoušky musí být funkční všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou významná pro výsledek zkoušky. Testování: Zkrat - na začátku zkoušky musí být všechny příslušné hlavní stykače pro nabíjení a vybíjení uzavřeny, aby byl representován mód aktivního jízdního režimu i mód umožňující externí nabíjení. Pokud to nemůže být realizováno v jedné zkoušce, provedou se dvě nebo více zkoušek. Pozitivní a negativní póly zkoušeného zařízení se vzájemně propojí a vytvoří se tak zkrat. Propojení pólů k tomuto účelu musí mít odpor nejvýše 5 mω. Zkrat se udržuje do doby, kdy je potvrzeno přerušení nebo omezení zkratového proudu zkoušeného zařízení, nebo alespoň jednu hodinu po stabilizaci teploty měřené na skříni zkoušeného zařízení, ať se teplotní gradient liší o méně než 4 C. Zkouška končí dobou pozorování 1 hodiny při okolní teplotě zkušebního prostředí. [5] ZKOUŠKA PŘEHŘÍVÁNÍ Účel testu: Účelem této zkoušky je ověření vlastností ochranných opatření baterií proti vnitřnímu přehřátí během provozu, a to i při selhání funkce chlazení, pokud existuje. Instalace: Zkouška může být provedena s modifikovaným zkušebním zařízením po dohodě mezi výrobcem baterií a technickou zkušebnou. Tyto úpravy nesmí ovlivňovat výsledky zkoušky. Chladicí systém zkoušeného zařízení by měl být u zkoušky deaktivován. Zkušební proces: Všeobecné zkušební podmínky: Teplota zkoušeného zařízení musí být v průběhu zkoušky měřena uvnitř krytu, v blízkosti článků (sledování změn v teplotě během zkoušky). Pokud je baterie vybavena svými teplotními snímači, tak mohou být použity pro kontrolní měření. Výrobce baterií a technická zkušebna se dohodnou na umístění hlavních teplotních čidel. Na začátku zkoušky, musí pracovat všechna ochranná zařízení, které ovlivňují funkci zkoušeného zařízení a která jsou důležitá pro výsledek zkoušky, s výjimkou jakékoli systémové deaktivace. Zkouška: Během zkoušky se zkoušené zařízení neustále nabíjí a vybíjí konstantním proudem, který se bude zvyšovat teplotu článků tak rychle, jak je to možné v rámci rozsahu normálního provozu podle definice výrobce článku. Ostrava 2016 44

Zkoušené zařízení musí být umístěno v konvekční peci nebo klimatické komoře (Obr. 3.10). Teplota v peci nebo v komoře se postupně zvyšuje až do dosažení maximální provozní teploty článku stanovené výrobcem, tato teplota (stejná nebo vyšší) je pak udržována až do konce zkoušky. Konec zkoušky, zkouška skončí, když: Obr. 3.10 Zkouška přehřívání [29] Zkoušené zařízení samo zastaví nebo omezí nabíjení nebo vybití, aby se zabránilo zvýšení teploty; teplota zkoušeného zařízení je stabilizována, což znamená, že se teplota pohybuje v rozmezí menším než 4 C přes 2 hodiny; dojde k těmto situacím: TEST PŘEBÍJENÍ Účel: a) k úniku elektrolytu; b) k trhlinám; c) k požáru; d) k explozi. [5] Účelem této zkoušky je ověření vlastností ochrany před přebíjením. Instalace: Ostrava 2016 45

Zkouška může být provedena i s modifikovaným zkušebním zařízením po dohodě mezi výrobcem článku a technickou zkušebnou. Tyto úpravy nesmí ovlivňovat výsledky zkoušky. Zkušební proces: Všeobecné zkušební podmínky: Zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C, nebo na žádost výrobce při teplotě vyšší; na počátku zkoušky musí být funkční všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou významná pro výsledek zkoušky. Zkouška: Na začátku musí být všechny příslušné hlavní stykače pro nabíjení uzavřeny. Vypnuty musí být řídící limity nabíjení zkušebního zařízení. Zkoušené zařízení musí být nabíjeno nabíjecím proudem hodnoty nejméně 1/3 kapacity, ale nepřesahujícím maximální proud v běžném provozním rozsahu, jak je uvedeno výrobcem modulu. Nabíjení musí pokračovat do doby, kdy jej zkoušené zařízení (automaticky) přeruší nebo kdy nabíjení omezí. Pokud automatická funkce přerušení nezačne fungovat, nebo pokud taková funkce omezení neexistuje, bude nabíjení pokračovat, dokud zkoušené zařízení není nabito na dvojnásobek jmenovité kapacity nabití. Poté se provede kontrola zařízení. Zkouška končí s dobou pozorování 1 hodiny při teplotě okolí ve zkušebním prostředí. [5] TEST PODBÍJENÍ Účel: Účelem této zkoušky je ověření vlastností před nadměrným vybitím. Tato funkce (pokud je funkční) musí přerušit nebo omezit vybíjecí proud, aby se zkoušené zařízení ochránilo, podle údaje výrobce, před závažnými závadami způsobenými příliš nízkým stavem nabití. Instalace: Může být provedena i s modifikovaným zkušebním zařízením po dohodě mezi výrobcem modulu a technickou zkušebnou. Tyto úpravy nesmí ovlivňovat výsledky zkoušky. Zkušební proces: Všeobecné zkušební podmínky: Zkouší se při okolní teplotě 20 ± 10 C, nebo na žádost výrobce při teplotě vyšší; na počátku zkoušky musí být funkční všechna ochranná zařízení, která by mohla ovlivnit funkci zkoušeného zařízení a která jsou významná pro výsledek zkoušky. Testování: Ostrava 2016 46

Na začátku zkoušky jsou všechny příslušné hlavní stykače uzavřeny. Vybíjí se minimálně hodnotou 1/3 C, avšak nesmí překročit maximální proud v běžném provozním rozsahu, jak uvádí výrobce modulu. Vybíjení musí pokračovat až do doby, kdy se vybíjení zkoušeného zařízení (automaticky) přeruší nebo výrazně omezí. Pokud automatické funkce přerušení přestane fungovat, nebo pokud taková funkce neexistuje, pak bude vybíjení pokračovat, dokud není zkoušené zařízení vybito na 25 % svého jmenovitého napětí. Poté se provede kontrola zařízení. Zkouška končí s dobou pozorování 1 hodiny při teplotě okolí ve zkušebním prostředí. [5] 3.2 OVĚŘENÍ FUNKČNOSTI TESTOVACÍHO ZAŘÍZENÍ PRO VIBRAČNÍ TEST Tento proces byl proveden na dynamické zkušebně VŠB - TU Ostrava. Testovány byly bateriové moduly s Li-ion články. Cílem zkoušky bylo ověřit tuhost a bezpečnost testovacího zařízení, při působení vibrací, kterým je baterie vystavena za reálného provozu. A dále otestování samotné baterie. 3.2.1 Příprava testovacího zařízení Pro provedení vibrační zkoušky bylo nutné připravit konstrukci, která bude přenášet vibrace do battery packu. Jeden z minulých testů, nemohl být dokončen z důvodu nestabilního přenášení vibrací, došlo k nepožadovanému rozvibrování celého zařízení. Příčinou bylo nedostatečně silné rameno hydraulického válce (viz Obr. 3.11). Toto rameno proto muselo být nahrazeno jiným s většími rozměry. Došlo tak k zesílení celé konstrukce přenášející vibrace. Testovací zařízení je zobrazeno na Obr. 3.12, již s vyměněným ramenem hydraulického válce. Obr. 3.11 Rameno hydraulického válce Ostrava 2016 47

Obr. 3.12 Testovací zařízení vibrační zkouška Při montáži bylo nutné dbát na dostatečné ukotvení konstrukce do podlahy (Obr. 3.13), na pneumatickém podloží, a také správné nastavení výšky vysunutí části zkušebního zařízení, do kterého byl namontován battery pack. Obr. 3.13 Uchycení konstrukce do podlahy na pneumatickém podloží Ostrava 2016 48

3.2.2 Průběh zkoušky Zkouška byla provedena za těchto podmínek: Test proveden při okolní teplotě 20 ± 10 C. Testování: Testovací zařízení (i s baterií) bylo vystaveno vibracím sinusového tvaru s logaritmickým posunem mezi 7 Hz a 50 Hz. Frekvence a akcelerace odpovídala údajům z tabulky. Frekvence (Hz) Akcelerace (m/s²) 7-18 10 18-30 postupně snižováno z 10 na 2 30-50 2 Tab. 3.6 Frekvence a akcelerace [5] Celý test byl ovládán s pomocí počítače připojeného na hydraulický válec. Pro vyvinutí vibrací bylo nutné zadat požadované hodnoty frekvence v Hz a hodnoty zrychlení v m/s 2. Ale dynamická zkušebna umožňuje přímo řídit polohu nebo sílu hydraulických válců. Proto musel být signál zrychlení převeden na signál polohy. Obr. 3.14 Naznačení směru pohybu ramene Ostrava 2016 49

3.2.3 Vyhodnocení testu zařízení a baterie Vibrační zkouška trvala cca 1 hodinu, následné pozorování 30 minut. Během ani po testu nedošlo k jakémukoliv poškození bateriových modulů či samotné testovací konstrukce. Jediným problémem bylo omotávání kabelu (vedoucího od siloměru) kolem hydraulického válce (viz Obr. 3.15), příčinou bylo točení v místě uchycení ramene k hydraulickému válci (v kulovém čepu). Nicméně po vyřešení tohoto menšího konstrukčního problému, je tento systém s použitím hydraulického válce, pro budoucí vibrační zkoušky, vyhovující. Obr. 3.15 Naznačení směru omotávaní kabelu siloměru Během testu bylo nutné kontrolovat, zda nedochází k nějakým velkým rázům či jiným nepříznivým účinkům, které by mohly test znehodnotit. Zkouška byla ukončena zkontrolováním technického stavu testovacího zařízení (uvolnění, deformace či jiné poškození některých částí zařízení), a pozorováním battery packu (na Obr. 3.16) po dobu 30 minut. Obr. 3.16 Kontrola baterie Ostrava 2016 50