Porovnanie testovacích štandardov pre napájacie lítiové batérie doma a v zahraničí

Porovnanie testovacích štandardov pre napájacie lítiové batérie doma a v zahraničí

1、 Zahraničné normy pre napájacie lítium-iónové batérie

Tabuľka 1 uvádza bežne používané testovacie štandardy pre lítium-iónové batérie v zahraničí. Medzi orgány vydávajúce normy patria najmä Medzinárodná elektrotechnická komisia (IEC), Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO), Laboratóriá upisovateľov (UL) Spojených štátov amerických, Spoločnosť automobilových inžinierov (SAE) Spojených štátov amerických a príslušné inštitúcií Európskej únie.

1) Medzinárodné normy

Normy pre výkonové lítium-iónové batérie vydané IEC zahŕňajú najmä IEC 62660-1:2010 "Lítium-iónové napájacie batériové jednotky pre elektrické cestné vozidlá - Časť 1: Testovanie výkonu" a IEC 62660-2:2010 "Lítium-iónové napájacie batérie pre elektrické cestné vozidlá – Časť 2: Testovanie spoľahlivosti a zneužitia“. UN 38 vydané komisiou OSN pre dopravu Požiadavky na testovanie lítiových batérií v „Odporúčaniach, normách a testovacej príručke OSN pre prepravu nebezpečného tovaru“ sú zamerané na bezpečnosť batérií počas prepravy.

Normy vyvinuté ISO v oblasti výkonových lítium-iónových batérií zahŕňajú ISO 12405-1:2011 „Vozidlá s elektrickým pohonom – Skúšobné postupy pre lítium-iónové napájacie batérie a systémy – Časť 1: Aplikácie s vysokým výkonom“ ISO 12405-2: 2012 "Vozidlá s elektrickým pohonom - Postupy testovania lítium-iónových batérií a systémov - Časť 2: Vysokoenergetické aplikácie" a ISO 12405-3:2014 „Vozidlá s elektrickým pohonom – lítium-iónové napájacie batérie a postupy testovania systémov – Časť 3: Požiadavky na bezpečnosť“ sa zameriavajú na vysokovýkonné batérie, vysokoenergetické batérie a bezpečnostné požiadavky s cieľom poskytnúť výrobcom vozidiel voliteľné testovacie položky a metódy.

2) Americké normy

UL 2580:2011 "Batérie pre elektrické vozidlá" hodnotí hlavne spoľahlivosť pri zneužívaní batérií a schopnosť chrániť personál v prípade škôd spôsobených zneužívaním. Tento štandard bol revidovaný v roku 2013.

SAE má rozsiahly a komplexný štandardný systém v automobilovom priemysle. SAE J2464: 2009 "Testovanie bezpečnosti a zneužívania dobíjacích systémov na ukladanie energie pre elektrické a hybridné elektrické vozidlá", vydaný v roku 2009, je ranou sériou príručiek na testovanie zneužívania batérií vozidiel používaných v Severnej Amerike a vo svete. Jasne špecifikuje rozsah aplikácie a údaje, ktoré sa majú zbierať pre každú testovanú položku, a tiež poskytuje odporúčania pre počet vzoriek požadovaných pre testovanú položku.

SAE J2929: 2011 „Bezpečnostné štandardy pre elektrické a hybridné batériové systémy“ je bezpečnostný štandard navrhnutý spoločnosťou SAE v zhrnutí rôznych predtým vydaných noriem týkajúcich sa napájacích batérií, vrátane dvoch častí: rutinné testovanie a abnormálne testovanie, ktoré sa môže vyskytnúť počas prevádzky elektrického vozidla.

SAE J2380: 2013 „Vibračné testovanie batérií elektrických vozidiel“ je klasický štandard pre vibračné testovanie batérií elektrických vozidiel. Na základe zozbieraných štatistických výsledkov spektra vibračného zaťaženia skutočnej jazdy vozidla na ceste je testovacia metóda viac v súlade so situáciou vibrácií skutočných vozidiel a má dôležitú referenčnú hodnotu.

3 Ostatné organizačné normy

Ministerstvo energetiky USA (DOE) je primárne zodpovedné za formuláciu energetickej politiky, riadenie energetického priemyslu a výskum a vývoj technológií súvisiacich s energetikou. V roku 2002 vláda USA založila projekt „Freedom CAR“ a postupne vydala príručku na testovanie batérií hybridných elektrických vozidiel s asistenciou Freedom CAR a príručku na testovanie zneužívania systému skladovania energie pre elektrické a hybridné vozidlá.

Združenie nemeckého automobilového priemyslu (VDA) je združenie založené v Nemecku s cieľom zjednotiť rôzne normy pre domáci automobilový priemysel. Vydané normy sú VDA 2007 „Testovanie batériových systémov pre hybridné elektrické vozidlá“, ktoré sa zameriava najmä na testovanie výkonu a spoľahlivosti lítium-iónových batériových systémov pre hybridné elektrické vozidlá.

2、 Domáci štandard pre napájacie lítium-iónové batérie

V roku 2001 vydal Automotive Standardization Committee prvý usmerňujúci technický dokument pre testovanie lítium-iónových batérií elektrických vozidiel v Číne, GB/Z 18333 1: 2011 „Lítium-iónové batérie pre elektrické cestné vozidlá“. Pri formulovaní tejto normy sa odkazovalo na IEC 61960-2:2000 "Prenosné lítiové batérie a batérie - Časť 2: Lítiové batérie", ktorá sa používa pre lítium-iónové batérie a súpravy batérií v prenosných zariadeniach. Obsah testovania zahŕňa výkon a bezpečnosť, ale vzťahuje sa len na batérie 21,6V a 14,4V.

V roku 2006 vydalo Ministerstvo priemyslu a informačných technológií QC/T 743 „Lítium-iónové napájacie batérie pre elektrické vozidlá“, ktoré bolo v priemysle široko používané a revidované v roku 2012. GB/Z 18333 1: 2001 a QC/T 743: 2006 sú štandardy pre individuálne aj modulové úrovne s úzkym rozsahom aplikácií a testovacím obsahom, ktorý už nespĺňa potreby rýchlo sa rozvíjajúceho elektrického vozidla. priemyslu.

V roku 2015 vydala Národná správa pre normalizáciu sériu noriem vrátane GB/T 31484-2015 „Požiadavky na životnosť a testovacie metódy pre napájacie batérie pre elektrické vozidlá“, GB/T 31485-2015 „Požiadavky na bezpečnosť a testovacie metódy pre napájacie batérie pre elektrické vozidlá", GB/T 31486-2015 "Požiadavky na elektrický výkon a skúšobné metódy" pre napájacie batérie pre elektrické vozidlá" a GB/T 31467 1-2015 "Súpravy lítium-iónových batérií a systémy pre elektrické vozidlá - Časť 1: Postupy testovania aplikácií s vysokým výkonom, GB/T 31467 2-2015 "Súpravy lítium-iónových batérií a systémy pre elektrické vozidlá - Časť 2: Postupy testovania aplikácií s vysokou energiou, GB/T 31467 3 "Skúšobné postupy pre lítium-iónovú energiu. Batériové systémy pre elektrické vozidlá – Časť 3: Bezpečnostné požiadavky a skúšobné metódy.

GB/T 31485-2015 a GB/T 31486-2015 sa týkajú testovania bezpečnosti a elektrického výkonu jednotlivých jednotiek/modulov. Séria GB/T 31467-2015 odkazuje na sériu ISO 12405 a je vhodná na testovanie batériových jednotiek alebo batériových systémov. GB/T 31484-2015 je testovacia norma špeciálne navrhnutá pre životnosť cyklu so štandardnou životnosťou cyklu používanou pre jednotlivé jednotky a moduly a životnosťou prevádzkového cyklu používanou pre batérie a systémy.

Ekonomická komisia pre Európu (ECE) R100 „Jednotné ustanovenia o schvaľovaní vozidiel z hľadiska osobitných požiadaviek na elektrické vozidlá“ je špecifická požiadavka formulovaná EHK pre elektrické vozidlá, ktorá je rozdelená na dve časti: prvá časť upravuje motor ochrana, dobíjacie systémy skladovania energie, funkčná bezpečnosť a emisie vodíka celého vozidla a druhá časť pridáva špecifické požiadavky na bezpečnosť a spoľahlivosť dobíjacích systémov skladovania energie.

Ministerstvo priemyslu a informatiky vydalo v roku 2016 „Bezpečnostno-technické podmienky pre elektrobus“, ktoré komplexne zohľadňovali úraz elektrickým prúdom personálu, ochranu proti vodnému prachu, požiarnu ochranu, bezpečnosť nabíjania, kolíziu, diaľkové monitorovanie a ďalšie aspekty. Plne vychádzal z existujúcich tradičných noriem týkajúcich sa autobusov a elektrických vozidiel a miestnych noriem, ako sú Šanghaj a Peking, a predložil vyššie technické požiadavky na napájacie batérie, pričom pridal dve testovacie položky: tepelný únik a tepelnú únikovú expanziu. Oficiálne bol implementovaný 1. januára. , 2017.

3、 Analýza domácich a medzinárodných noriem pre napájacie lítium-iónové batérie

Väčšina medzinárodných noriem pre napájacie lítium-iónové batérie bola vydaná okolo roku 2010, pričom sa postupne zavádzali mnohé revízie a nové normy. GB/Z 18333 1: 2001 bol vydaný v roku 2001, čo naznačuje, že čínske štandardy lítium-iónových batérií pre elektrické vozidlá nezačali vo svete neskoro, ale ich vývoj bol relatívne pomalý. Od vydania štandardu QC/T 743 v roku 2006 v Číne dlho neexistovala žiadna štandardná aktualizácia a pred vydaním nového národného štandardu v roku 2015 neexistovali žiadne štandardy pre batériové sady alebo systémy. Vyššie uvedené domáce a zahraničné normy sa líšia z hľadiska rozsahu aplikácie, obsahu testovaných položiek, závažnosti testovaných položiek a kritérií posudzovania.

1) Rozsah pôsobnosti

Séria IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 a GB/T 31485 sú testy pre jednotlivé a modulové úrovne batérií, zatiaľ čo série UL2580, SAE J2929, ISO12405 a GB/T 31467 sú použiteľné na testovanie batérie. balíky a batériové systémy. Okrem IEC 62660 aj iné normy v zahraničí vo všeobecnosti zahŕňajú testovanie na úrovni batérie alebo systému, ako napríklad SAE J2929 a ECE R100 2 dokonca spomínané testovanie na úrovni vozidla. To naznačuje, že formulácia zahraničných noriem viac zohľadňuje aplikáciu batérií v celom vozidle, čo viac zodpovedá potrebám praktických aplikácií.

2) Obsah testovanej položky

Celkovo možno všetky testované položky rozdeliť do dvoch kategórií: elektrický výkon a spoľahlivosť bezpečnosti, zatiaľ čo spoľahlivosť bezpečnosti možno ďalej rozdeliť na mechanickú spoľahlivosť, environmentálnu spoľahlivosť, spoľahlivosť pri zneužití a elektrickú spoľahlivosť.

Mechanická spoľahlivosť simuluje mechanické namáhanie vozidla počas jazdy, ako napríklad vibrácie simulujúce hrboľatosť vozidla na povrchu vozovky; Environmentálna spoľahlivosť simuluje odolnosť vozidiel v rôznych klimatických podmienkach, ako napríklad teplotné cykly simulujúce situáciu vozidiel jazdiacich tam a späť v studených a horúcich oblastiach s veľkými teplotnými rozdielmi medzi dňom a nocou; Zneužitie spoľahlivosti, napríklad požiar, na posúdenie bezpečnosti batérií v prípade nesprávneho použitia; Elektrická spoľahlivosť, ako sú ochranné testovacie položky, predovšetkým skúma, či systém správy batérie (BMS) môže hrať ochrannú úlohu v kritických časoch.

Z hľadiska batériových článkov je IEC 62660 rozdelená do dvoch nezávislých noriem IEC 62660-1 a IEC 62660-2, ktoré zodpovedajú testovaniu výkonu a spoľahlivosti. GB/T 31485 a GB/T 31486 sú vyvinuté z QC/T 743 a odolnosť voči vibráciám je klasifikovaná ako test výkonu v GB/T 31486, pretože táto testovacia položka skúma vplyv vibrácií batérie na výkon batérie. V porovnaní s IEC 62660-2 sú testovacie položky GB/T 31485 prísnejšie, ako napríklad pridanie akupunktúry a ponorenia do morskej vody.

Pokiaľ ide o testovanie batériovej jednotky a batériového systému, elektrického výkonu a spoľahlivosti, americký štandard pokrýva väčšinu testovaných položiek. Pokiaľ ide o testovanie výkonu, DOE/ID-11069 má viac testovacích položiek ako iné štandardy, ako sú charakteristiky hybridného pulzného výkonu (HPPC), stabilita prevádzkových nastavených hodnôt, životnosť kalendára, referenčný výkon, impedančné spektrum, testovanie kontroly modulov, tepelné záťaž manažmentu a testovanie na úrovni systému v kombinácii s overením životnosti.

Metódy analýzy výsledkov testov elektrického výkonu sú podrobne uvedené v prílohe normy. Spomedzi nich možno na zistenie špičkového výkonu napájacích batérií použiť testovanie HPPC a metóda testovania vnútorného odporu jednosmerného prúdu odvodená od toho sa široko používa pri štúdiu charakteristík vnútorného odporu batérie. Pokiaľ ide o spoľahlivosť, UL2580 má viac testovacích položiek ako iné štandardy, ako je nevyvážené nabíjanie batérie, odpor napätia, izolácia, testovanie kontinuity a testovanie porúch systému stability chladenia/vykurovania. Zahŕňa tiež základné bezpečnostné testovanie komponentov batériových jednotiek na výrobnej linke a posilňuje požiadavky na kontrolu bezpečnosti v BMS, chladiacom systéme a návrhu ochranných obvodov. SAE J2929 navrhuje vykonať analýzu porúch na rôznych častiach batériového systému a uložiť príslušnú dokumentáciu vrátane opatrení na zlepšenie, pomocou ktorých je možné chyby ľahko identifikovať.

Séria noriem ISO 12405 zahŕňa výkonové aj bezpečnostné aspekty batérií. ISO 12405-1 je štandard na testovanie výkonu batérie pre aplikácie s vysokým výkonom, zatiaľ čo ISO 12405-2 je štandard na testovanie výkonu batérie pre aplikácie s vysokou spotrebou energie. Prvý obsahuje ďalšie dva obsahy: studený štart a horúci štart. Séria GB/T 31467 spája vývojový stav napájacích batérií v Číne a je upravená podľa obsahu normy radu ISO 12405.

Odlišné od ostatných noriem sú SAE J 2929 a ECE R100 Obe zahŕňajú požiadavky na vysokonapäťovú ochranu a patria do bezpečnostnej kategórie elektrických vozidiel. Príslušné testovacie položky v Číne sú uvedené v GB/T 18384 a GB/T 31467 3 poukazuje na to, že batéria a batériový systém musia pred vykonaním bezpečnostných testov spĺňať požiadavky GB/T 18384 1 a GB/T 18384 3. Relevantné požiadavky.

3) Závažnosť

Pre tú istú testovanú položku sú testovacie metódy a kritériá posudzovania špecifikované v rôznych normách tiež odlišné. Napríklad pre stav nabitia (SOC) skúšobných vzoriek GB/T 31467 3 vyžaduje, aby bola vzorka úplne nabitá; ISO 12405 vyžaduje SOC batérie typu napájania 50 % a batérie typu energie SOC 100 %; ECE R100 2. Vyžadujte, aby hodnota SOC batérie bola vyššia ako 50 %; UN38. 3 má rôzne požiadavky na rôzne testované položky a niektoré testované položky tiež vyžadujú recyklované batérie.

Okrem toho sa tiež vyžaduje, aby sa vysoká simulácia, tepelné testovanie, vibrácie, náraz a vonkajšie skraty testovali pomocou rovnakej vzorky, ktorá je relatívne prísnejšia. Na testovanie vibráciami ISO 12405 vyžaduje, aby vzorky vibrovali pri rôznych okolitých teplotách, s odporúčanými vysokými a nízkymi teplotami 75 ℃ a -40 ℃. Iné normy túto požiadavku nemajú.

Pre skúšku ohňom, GB/T 31467 Experimentálna metóda a nastavenia parametrov v 3 sú v súlade s ISO 12405 Rozdiel nie je významný, obe sú predhriate, priamo spálené a nepriamo spálené zapálením paliva, ale GB/T 31467 3 Ak je vo vzorke plameň, musí sa uhasiť do 2 minút. ISO 12405 nevyžaduje čas na zhasnutie plameňa. Skúška ohňom v SAE J2929 sa líši od predchádzajúcich dvoch. Vyžaduje, aby sa vzorka umiestnila do nádoby na tepelné žiarenie, rýchlo sa zahriala na 890 °C v priebehu 90 sekúnd a udržiavala sa 10 minút, pričom žiadne zložky ani látky nesmú prechádzať cez kovový sieťový kryt umiestnený mimo testovanú vzorku.

4、 Nedostatky v existujúcich domácich normách

Hoci formulácia a vydanie príslušných národných noriem vyplnili medzeru v čínskych kombinovaných systémoch napájacích lítium-iónových batérií a boli široko prijaté, stále existujú nedostatky.

Pokiaľ ide o testovacie objekty: Všetky normy špecifikujú iba testovanie nových batérií a neexistujú žiadne relevantné predpisy alebo požiadavky na použité batérie. Batérie nemajú pri opustení továrne žiadne problémy, čo však neznamená, že sú po určitom čase používania stále bezpečné. Preto je potrebné vykonať rovnaké testovanie na batériách používaných v rôznych časoch, čo je ekvivalentné bežným fyzickým vyšetreniam.

Pokiaľ ide o posúdenie výsledku: Súčasný základ posudzovania je pomerne široký a jednotný, iba s opatreniami, ktoré zabraňujú úniku, prasknutiu plášťa, požiaru a výbuchu, pričom chýba kvantifikovateľný hodnotiaci systém. Európska komisia pre automobilový výskum a technologický rozvoj (EUCAR) rozdelila úroveň poškodenia batérií do 8 úrovní, ktoré majú určitý referenčný význam.

Pokiaľ ide o testované položky: GB/T31467 3. Existuje nedostatok testovacieho obsahu pre batériové súpravy a batériové systémy z hľadiska tepelného manažmentu a tepelného úniku a pre batérie je rozhodujúca tepelná bezpečnosť. Ako kontrolovať tepelný únik jednotlivých batérií a zabrániť šíreniu tepelného úniku má veľký význam, čoho dôkazom je povinná implementácia „Bezpečnostne technických podmienok pre elektrobus“. Okrem toho, z hľadiska aplikácie vozidla, pre nedeštruktívne testovanie spoľahlivosti, ako je environmentálna spoľahlivosť, je potrebné pridať testovanie elektrického výkonu po dokončení testu, aby sa simuloval vplyv výkonu vozidla po zmene životného prostredia.

Pokiaľ ide o metódy testovania: Testovanie životnosti batérií a systémov batérií trvá príliš dlho, čo ovplyvňuje vývojový cyklus produktu a je ťažké ho dobre vykonať. Ako vyvinúť rozumné testovanie životnosti zrýchleného cyklu je výzvou.

5, Zhrnutie

V posledných rokoch Čína urobila veľký pokrok vo formulácii a uplatňovaní noriem pre napájacie lítium-iónové batérie, stále však existuje určitá medzera v porovnaní so zahraničnými normami. Okrem testovacích štandardov sa štandardný systém pre lítium-iónové batérie v Číne postupne zlepšuje aj v iných aspektoch. Ministerstvo priemyslu a informačných technológií vydalo 9. novembra 2016 „Komplexný štandardizačný technický systém pre lítium-iónové batérie“, ktorý poukázal na to, že budúci štandardný systém zahŕňa päť hlavných častí: základné všeobecné použitie, materiály a komponenty, dizajn a výrobu procesy, výrobné a testovacie zariadenia a batériové produkty. Medzi nimi majú veľký význam bezpečnostné normy. S aktualizáciou a vývojom produktov napájacích batérií je potrebné, aby testovacie normy zlepšili aj príslušné testovacie technológie. Okrem toho sa zvyšuje úroveň bezpečnosti napájacích batérií.