Confronto degli standard di test per le batterie al litio di potenza in patria e all'estero

Confronto degli standard di test per le batterie al litio di potenza in patria e all'estero

1、 Standard esteri per le batterie agli ioni di litio

La tabella 1 elenca gli standard di test comunemente utilizzati per le batterie agli ioni di litio all'estero. Gli organismi emittenti le norme includono principalmente la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC), l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO), gli Underwriters' Laboratories (UL) degli Stati Uniti, la Society of Automotive Engineers (SAE) degli Stati Uniti e altri organismi pertinenti. istituzioni dell’Unione Europea.

1） Standard internazionali

Gli standard per le batterie agli ioni di litio rilasciati da IEC includono principalmente IEC 62660-1:2010 "Unità batterie agli ioni di litio per veicoli stradali elettrici - Parte 1: Test delle prestazioni" e IEC 62660-2:2010 "Unità batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici veicoli stradali - Parte 2: Prove di affidabilità e abuso". UN 38 emesso dalla Commissione dei trasporti delle Nazioni Unite I requisiti per i test sulle batterie al litio nelle "Raccomandazioni, standard e manuale di test delle Nazioni Unite sul trasporto di merci pericolose" mirano alla sicurezza delle batterie durante il trasporto.

Gli standard sviluppati dall'ISO nel campo delle batterie agli ioni di litio includono ISO 12405-1:2011 "Veicoli a trazione elettrica - Procedure di prova per pacchi e sistemi di batterie agli ioni di litio - Parte 1: Applicazioni ad alta potenza" ISO 12405-2: 2012 "Veicoli a trazione elettrica - Procedure di prova di pacchi batterie agli ioni di litio e sistemi - Parte 2: Applicazioni ad alta energia" e ISO 12405-3:2014 "Veicoli a trazione elettrica - Procedure di prova di pacchi batterie agli ioni di litio e sistemi - Parte 3: Requisiti di sicurezza " mirano rispettivamente alle batterie ad alta potenza, alle batterie ad alta energia e ai requisiti di prestazione di sicurezza, con l'obiettivo di fornire ai produttori di veicoli elementi e metodi di test opzionali.

2） Standard americani

La norma UL 2580:2011 "Batterie per veicoli elettrici" valuta principalmente l'affidabilità dell'abuso delle batterie e la capacità di proteggere il personale in caso di danni causati dall'abuso. Questo standard è stato rivisto nel 2013.

SAE dispone di un sistema standard vasto e completo nel settore automobilistico. Il SAE J2464: 2009 "Test di sicurezza e abuso dei sistemi di accumulo di energia ricaricabile per veicoli elettrici e ibridi", pubblicato nel 2009, è uno dei primi manuali di test sull'abuso delle batterie dei veicoli applicati in Nord America e nel mondo. Specifica chiaramente l'ambito di applicazione e i dati da raccogliere per ciascun elemento in prova e fornisce inoltre raccomandazioni sul numero di campioni richiesti per l'elemento in prova.

SAE J2929: 2011 "Standard di sicurezza per sistemi di batterie elettriche e ibride" è uno standard di sicurezza proposto da SAE che riassume vari standard relativi alle batterie di alimentazione precedentemente emessi, comprese due parti: test di routine e test anomali che possono verificarsi durante il funzionamento del veicolo elettrico.

SAE J2380: 2013 "Test di vibrazione delle batterie dei veicoli elettrici" è uno standard classico per i test di vibrazione delle batterie dei veicoli elettrici. Sulla base dei risultati statistici raccolti sullo spettro del carico di vibrazione della guida reale del veicolo su strada, il metodo di prova è più in linea con la situazione delle vibrazioni dei veicoli reali e ha un importante valore di riferimento.

3 Altri standard organizzativi

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) è principalmente responsabile della formulazione della politica energetica, della gestione dell'industria energetica e della ricerca e sviluppo delle tecnologie legate all'energia. Nel 2002, il governo degli Stati Uniti ha istituito il progetto "Freedom CAR" e successivamente ha pubblicato il manuale per il test delle batterie dei veicoli ibridi elettrici assistiti Freedom CAR e il manuale per i test sull'abuso del sistema di accumulo dell'energia per veicoli elettrici e ibridi.

L'Associazione tedesca dell'industria automobilistica (VDA) è un'associazione costituita in Germania per unificare vari standard per l'industria automobilistica nazionale. Gli standard emessi sono VDA 2007 "Battery System Testing for Hybrid Electric Vehicles", che si concentra principalmente sui test di prestazioni e affidabilità dei sistemi di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici ibridi.

2、 Standard nazionale per le batterie agli ioni di litio

Nel 2001, l'Automotive Standardization Committee ha pubblicato il primo documento tecnico guida per i test sulle batterie agli ioni di litio dei veicoli elettrici in Cina, GB/Z 18333 1: 2011 "Batterie agli ioni di litio per veicoli stradali elettrici". Nella formulazione di questa norma si è fatto riferimento alla norma IEC 61960-2:2000 "Batterie e pacchi batteria al litio portatili - Parte 2: Pacchi batterie al litio", utilizzata per batterie agli ioni di litio e pacchi batteria in dispositivi portatili. Il contenuto del test include prestazioni e sicurezza, ma è applicabile solo a batterie da 21,6 V e 14,4 V.

Nel 2006, il Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione ha emesso il documento QC/T 743 "Batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici", ampiamente utilizzato nel settore e rivisto nel 2012. GB/Z 18333 1: 2001 e QC/T 743: 2006 sono standard sia a livello individuale che a livello di modulo, con una gamma di applicazioni ristretta e contenuti di test che non soddisfano più le esigenze del settore dei veicoli elettrici in rapido sviluppo.

Nel 2015, la National Standardization Administration ha emesso una serie di standard, tra cui GB/T 31484-2015 "Requisiti di durata del ciclo e metodi di prova per batterie di potenza per veicoli elettrici", GB/T 31485-2015 "Requisiti di sicurezza e metodi di prova per batterie di potenza per veicoli elettrici", GB/T 31486-2015 "Requisiti di prestazione elettrica e metodi di prova per batterie di potenza per veicoli elettrici" e GB/T 31467 1-2015 "Pacchi e sistemi di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici - Parte 1: Alta Procedure di test per applicazioni di potenza, GB/T 31467 2-2015 "Pacchi e sistemi di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici - Parte 2: Procedure di test per applicazioni ad alta energia, GB/T 31467 3 "Procedure di prova per sistemi di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici - Parte 3: Requisiti di sicurezza e metodi di prova.

GB/T 31485-2015 e GB/T 31486-2015 si riferiscono rispettivamente ai test di sicurezza e di prestazione elettrica delle singole unità/moduli. La serie GB/T 31467-2015 fa riferimento alla serie ISO 12405 ed è adatta per testare pacchi batteria o sistemi di batterie. GB/T 31484-2015 è uno standard di test progettato specificamente per la durata del ciclo, con la durata del ciclo standard utilizzata per singole unità e moduli e la durata del ciclo operativo utilizzata per pacchi batteria e sistemi.

Commissione Economica per l'Europa (ECE) R100 Le "Disposizioni uniformi sull'approvazione dei veicoli rispetto ai requisiti speciali per i veicoli elettrici" è un requisito specifico formulato dall'ECE per i veicoli elettrici, che si divide in due parti: la prima parte regola la motorizzazione protezione, sistemi di accumulo di energia ricaricabili, sicurezza funzionale ed emissioni di idrogeno dell'intero veicolo, e la seconda parte aggiunge requisiti specifici per la sicurezza e l'affidabilità dei sistemi di accumulo di energia ricaricabili.

Nel 2016, il Ministero dell'Industria e dell'Informatica ha pubblicato le "Condizioni tecniche di sicurezza per gli autobus elettrici", che considerano in modo esaustivo le scosse elettriche del personale, la protezione dalla polvere dell'acqua, la protezione antincendio, la sicurezza di ricarica, la sicurezza in caso di collisione, il monitoraggio remoto e altri aspetti. Si è basato interamente sugli standard esistenti relativi agli autobus tradizionali e ai veicoli elettrici e sugli standard locali come Shanghai e Pechino, e ha proposto requisiti tecnici più elevati per le batterie di alimentazione, aggiungendo due elementi di test: instabilità termica ed espansione dell'instabilità termica. È stato ufficialmente implementato il 1° gennaio. , 2017.

3、 Analisi degli standard nazionali e internazionali per le batterie agli ioni di litio

La maggior parte degli standard internazionali per le batterie agli ioni di litio sono stati emanati intorno al 2010, con numerose revisioni e nuovi standard introdotti uno dopo l'altro. GB/Z 18333 1: 2001 è stato emesso nel 2001, indicando che gli standard cinesi per le batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici non sono iniziati tardi nel mondo, ma il loro sviluppo è stato relativamente lento. Dal rilascio dello standard QC/T 743 nel 2006, in Cina non è stato effettuato alcun aggiornamento dello standard per molto tempo e, prima del rilascio del nuovo standard nazionale nel 2015, non esistevano standard per pacchi o sistemi batteria. Gli standard nazionali ed esteri di cui sopra differiscono in termini di ambito di applicazione, contenuto degli elementi di prova, gravità degli elementi di prova e criteri di giudizio.

1） Ambito di applicazione

Le serie IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 e GB/T 31485 sono test per batterie a livello individuale e di modulo, mentre le serie UL2580, SAE J2929, ISO12405 e GB/T 31467 sono applicabili per testare le batterie. pacchi e sistemi di batterie. Oltre alla norma IEC 62660, altri standard all'estero generalmente prevedono test a livello di batteria o di sistema, come SAE J2929 ed ECE R100 2 che menzionano anche i test a livello di veicolo. Ciò indica che la formulazione delle norme straniere tiene maggiormente conto dell’applicazione delle batterie nell’intero veicolo, che è più in linea con le esigenze delle applicazioni pratiche.

2） Testare il contenuto dell'articolo

Nel complesso, tutti gli elementi di prova possono essere suddivisi in due categorie: prestazioni elettriche e affidabilità di sicurezza, mentre l'affidabilità di sicurezza può essere ulteriormente suddivisa in affidabilità meccanica, affidabilità ambientale, affidabilità in caso di abuso e affidabilità elettrica.

L'affidabilità meccanica simula lo stress meccanico che un veicolo sperimenta durante la guida, come le vibrazioni che simulano le irregolarità del veicolo sulla superficie stradale; L'affidabilità ambientale simula la resistenza dei veicoli in climi diversi, ad esempio il ciclo termico che simula la situazione dei veicoli che viaggiano avanti e indietro in aree fredde e calde con grandi differenze di temperatura tra il giorno e la notte; Abuso di affidabilità, come incendio, per valutare la sicurezza delle batterie in caso di uso improprio; L'affidabilità elettrica, come gli elementi di test di protezione, esamina principalmente se il sistema di gestione della batteria (BMS) può svolgere un ruolo protettivo nei momenti critici.

In termini di celle della batteria, la norma IEC 62660 è divisa in due standard indipendenti, IEC 62660-1 e IEC 62660-2, che corrispondono rispettivamente ai test di prestazione e affidabilità. GB/T 31485 e GB/T 31486 sono un'evoluzione di QC/T 743 e la resistenza alle vibrazioni è classificata come test prestazionale in GB/T 31486, poiché questo elemento di test esamina l'impatto delle vibrazioni della batteria sulle prestazioni della batteria. Rispetto alla norma IEC 62660-2, gli elementi di prova della norma GB/T 31485 sono più rigorosi, come l'aggiunta dell'agopuntura e dell'immersione in acqua di mare.

In termini di test del pacco batteria e del sistema di batterie, sia delle prestazioni elettriche che dell'affidabilità, lo standard statunitense copre la maggior parte degli elementi di test. In termini di test delle prestazioni, DOE/ID-11069 prevede più elementi di test rispetto ad altri standard, come caratteristiche di potenza di impulso ibrido (HPPC), stabilità dei setpoint operativi, durata del calendario, prestazioni di riferimento, spettro di impedenza, test di ispezione di controllo del modulo, test termico carico di gestione e test a livello di sistema combinati con la verifica della durata.

I metodi di analisi per i risultati dei test sulle prestazioni elettriche sono dettagliati nell'appendice della norma. Tra questi, il test HPPC può essere utilizzato per rilevare la potenza di picco delle batterie di potenza e il metodo di test della resistenza interna CC derivato da questo è stato ampiamente utilizzato nello studio delle caratteristiche di resistenza interna della batteria. In termini di affidabilità, UL2580 prevede più elementi di test rispetto ad altri standard, come carica sbilanciata del pacco batteria, resistenza alla tensione, isolamento, test di continuità e test di guasto del sistema di stabilità di raffreddamento/riscaldamento. Comprende inoltre test di sicurezza di base per i componenti del pacco batteria sulla linea di produzione e rafforza i requisiti di revisione della sicurezza nel BMS, nel sistema di raffreddamento e nella progettazione dei circuiti di protezione. SAE J2929 propone di condurre un'analisi dei guasti su varie parti del sistema batteria e di salvare la documentazione pertinente, comprese misure di miglioramento che facilitano l'identificazione dei guasti.

La serie di standard ISO 12405 comprende sia gli aspetti prestazionali che quelli di sicurezza delle batterie. ISO 12405-1 è uno standard di test delle prestazioni delle batterie per applicazioni ad alta potenza, mentre ISO 12405-2 è uno standard di test delle prestazioni delle batterie per applicazioni ad alta energia. Il primo include altri due contenuti: avvio a freddo e avvio a caldo. La serie GB/T 31467 combina lo stato di sviluppo delle batterie di alimentazione in Cina ed è modificata secondo il contenuto dello standard della serie ISO 12405.

Diversi dagli altri standard sono SAE J 2929 ed ECE R100. Entrambi comportano requisiti per la protezione dall'alta tensione e appartengono alla categoria di sicurezza dei veicoli elettrici. Gli elementi di test rilevanti in Cina sono elencati in GB/T 18384 e GB/T 31467 3 sottolinea che la batteria e il sistema di batterie devono soddisfare i requisiti di GB/T 18384 prima di condurre test di sicurezza 1 e GB/T 18384 3. Rilevante requisiti.

3） Gravità

Per lo stesso oggetto in prova, anche i metodi di prova e i criteri di giudizio specificati in standard diversi sono diversi. Ad esempio, per lo stato di carica (SOC) dei campioni di prova, GB/T 31467 3 richiede che il campione sia completamente carico; La norma ISO 12405 richiede un SOC della batteria di tipo alimentazione del 50% e un SOC della batteria di tipo energia del 100%; ECE R100 2. Richiedere che il SOC della batteria sia superiore al 50%; ONU38. 3 ha requisiti diversi per i diversi strumenti di prova e alcuni strumenti di prova richiedono anche batterie riciclate.

Inoltre, è necessario che l'elevata simulazione, i test termici, le vibrazioni, gli urti e i cortocircuiti esterni vengano testati utilizzando lo stesso campione, che è relativamente più rigoroso. Per i test sulle vibrazioni, la norma ISO 12405 richiede che i campioni vibrino a diverse temperature ambiente, con temperature alte e basse consigliate rispettivamente di 75 ℃ e -40 ℃. Altri standard non prevedono questo requisito.

Per la prova del fuoco, GB/T 31467 Il metodo sperimentale e le impostazioni dei parametri in 3 sono coerenti con la norma ISO 12405 La differenza non è significativa, entrambi sono preriscaldati, bruciati direttamente e bruciati indirettamente mediante l'accensione del combustibile, ma GB/T 31467 3 Se è presente una fiamma nel campione, deve essere spenta entro 2 minuti. La norma ISO 12405 non richiede un tempo di spegnimento della fiamma. Il test antincendio SAE J2929 è diverso dai due precedenti. Richiede che il campione venga collocato in un contenitore per radiazioni termiche, riscaldato rapidamente a 890 ℃ entro 90 secondi e mantenuto per 10 minuti, e nessun componente o sostanza deve passare attraverso la copertura in rete metallica posta all'esterno del campione di prova.

4、 Carenze negli standard nazionali esistenti

Sebbene la formulazione e il rilascio di norme nazionali pertinenti abbiano colmato il divario nei sistemi di combinazione di batterie agli ioni di litio in Cina e siano stati ampiamente adottati, permangono ancora delle carenze.

In termini di oggetti di prova: tutti gli standard specificano solo il test delle batterie nuove e non esistono norme o requisiti pertinenti per le batterie usate. Le batterie non hanno problemi quando lasciano la fabbrica, il che non significa che siano ancora sicure dopo essere state utilizzate per un periodo di tempo. Pertanto, è necessario condurre gli stessi test su batterie utilizzate per tempi diversi, il che equivale a regolari esami fisici.

In termini di giudizio sui risultati: l'attuale base di giudizio è relativamente ampia e unica, con solo disposizioni per nessuna perdita, nessuna rottura del proiettile, nessun incendio e nessuna esplosione, senza un sistema di valutazione quantificabile. La Commissione europea per la ricerca e lo sviluppo tecnologico nel settore automobilistico (EUCAR) ha suddiviso il livello di danno delle batterie in 8 livelli, che hanno un certo significato di riferimento.

In termini di elementi di test: GB/T31467 3. Mancano contenuti di test per pacchi batteria e sistemi di batterie in termini di gestione termica e fuga termica, e le prestazioni di sicurezza termica sono cruciali per le batterie. Come controllare l'instabilità termica delle singole batterie e prevenirne la diffusione è di grande importanza, come evidenziato dall'attuazione obbligatoria delle "Condizioni tecniche di sicurezza per gli autobus elettrici". Inoltre, dal punto di vista dell'applicazione del veicolo, per i test di affidabilità non distruttivi, come l'affidabilità ambientale, è necessario aggiungere test sulle prestazioni elettriche dopo il completamento del test per simulare l'impatto delle prestazioni del veicolo dopo aver sperimentato cambiamenti ambientali.

In termini di metodi di test: il test del ciclo di vita dei pacchi batteria e dei sistemi di batterie richiede troppo tempo, il che influisce sul ciclo di sviluppo del prodotto ed è difficile da eseguire bene. Come sviluppare un ragionevole test di durata del ciclo accelerato è una sfida.

5、 Riepilogo

Negli ultimi anni la Cina ha fatto grandi progressi nella formulazione e nell’applicazione degli standard per le batterie elettriche agli ioni di litio, ma esiste ancora un certo divario rispetto agli standard stranieri. Oltre agli standard di prova, il sistema standard per le batterie agli ioni di litio in Cina sta gradualmente migliorando anche in altri aspetti. Il 9 novembre 2016, il Ministero dell'Industria e dell'Information Technology ha pubblicato il "Sistema tecnico di standardizzazione completo per le batterie agli ioni di litio", in cui ha sottolineato che il futuro sistema standard comprende cinque parti principali: uso generale di base, materiali e componenti, progettazione e produzione processi, apparecchiature di produzione e collaudo e prodotti per batterie. Tra questi, gli standard di sicurezza sono di grande importanza. Con l'aggiornamento e lo sviluppo dei prodotti delle batterie di alimentazione, gli standard di test devono anche migliorare le tecnologie di test corrispondenti, inoltre, migliora il livello di sicurezza delle batterie di alimentazione.