Comparação de padrões de teste para baterias de lítio elétricas em casa e no exterior

Comparação de padrões de teste para baterias de lítio elétricas em casa e no exterior

1、 Padrões estrangeiros para baterias de íons de lítio

A Tabela 1 lista os padrões de teste comumente usados ​​para baterias de íon de lítio no exterior. Os órgãos emissores de padrões incluem principalmente a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), a Organização Internacional de Padronização (ISO), os Laboratórios de Subscritores (UL) dos Estados Unidos, a Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) dos Estados Unidos e relevantes instituições da União Europeia.

1） Padrões internacionais

Os padrões de bateria de íon de lítio lançados pela IEC incluem principalmente IEC 62660-1: 2010 "Unidades de bateria de íon de lítio para veículos rodoviários elétricos - Parte 1: Teste de desempenho" e IEC 62660-2: 2010 "Unidades de bateria de íon de lítio para veículos elétricos veículos rodoviários - Parte 2: Testes de confiabilidade e abuso". ONU 38 emitido pela Comissão de Transportes das Nações Unidas Os requisitos para testes de baterias de lítio nas "Recomendações, Padrões e Manual de Teste das Nações Unidas para o Transporte de Mercadorias Perigosas" visam a segurança das baterias durante o transporte.

Os padrões desenvolvidos pela ISO no campo de baterias de íons de lítio incluem ISO 12405-1:2011 "Veículos com tração elétrica - Procedimentos de teste para conjuntos e sistemas de baterias de íons de lítio - Parte 1: Aplicações de alta potência" ISO 12405-2: 2012 "Veículos com tração elétrica - Baterias de íons de lítio e procedimentos de teste de sistemas - Parte 2: Aplicações de alta energia" e ISO 12405-3:2014 "Veículos com tração elétrica - Baterias de íons de lítio e procedimentos de teste de sistemas - Parte 3: Requisitos de segurança ", visam respectivamente baterias de alta potência, baterias de alta energia e requisitos de desempenho de segurança, com o objetivo de fornecer aos fabricantes de veículos itens e métodos de teste opcionais.

2） Padrões Americanos

A UL 2580:2011 "Baterias para Veículos Elétricos" avalia principalmente a confiabilidade do abuso da bateria e a capacidade de proteger o pessoal em caso de danos causados ​​por abuso. Esta norma foi revisada em 2013.

A SAE possui um vasto e abrangente sistema padrão na indústria automotiva. O SAE J2464: 2009 "Teste de Segurança e Abuso de Sistemas de Armazenamento de Energia Recarregável para Veículos Elétricos E Híbridos", emitido em 2009, é um lote inicial de manuais de teste de abuso de bateria de veículo aplicados na América do Norte e no mundo. Especifica claramente o escopo de aplicação e os dados a serem coletados para cada item de teste, e também fornece recomendações para o número de amostras necessárias para o item de teste.

O SAE J2929: 2011 "Padrões de segurança para sistemas de baterias elétricas e híbridas" é um padrão de segurança proposto pela SAE para resumir vários padrões relacionados a baterias de energia emitidos anteriormente, incluindo duas partes: testes de rotina e testes anormais que podem ocorrer durante a operação de veículos elétricos.

SAE J2380: 2013 "Teste de vibração de baterias de veículos elétricos" é um padrão clássico para testes de vibração de baterias de veículos elétricos. Com base nos resultados estatísticos coletados do espectro de carga de vibração da condução real do veículo na estrada, o método de teste está mais alinhado com a situação de vibração dos veículos reais e tem um importante valor de referência.

3 Outros padrões organizacionais

O Departamento de Energia dos EUA (DOE) é o principal responsável pela formulação da política energética, gestão da indústria energética e pesquisa e desenvolvimento de tecnologia relacionada à energia. Em 2002, o governo dos EUA estabeleceu o projeto "Freedom CAR" e emitiu sucessivamente o manual de teste de bateria de veículo elétrico híbrido assistido por energia Freedom CAR e o manual de teste de abuso do sistema de armazenamento de energia para veículos elétricos e híbridos.

A Associação Alemã da Indústria Automobilística (VDA) é uma associação formada na Alemanha para unificar vários padrões para a indústria automotiva nacional. Os padrões emitidos são VDA 2007 "Testes de Sistemas de Bateria para Veículos Elétricos Híbridos", que se concentra principalmente nos testes de desempenho e confiabilidade de sistemas de baterias de íons de lítio para veículos elétricos híbridos.

2. Padrão doméstico para baterias de íons de lítio

Em 2001, o Comitê de Padronização Automotiva emitiu o primeiro documento técnico orientador para testes de baterias de íons de lítio de veículos elétricos na China, GB/Z 18333 1: 2011 "Baterias de íons de lítio para veículos rodoviários elétricos". Ao formular esta norma, foi feita referência à IEC 61960-2:2000 "Baterias e baterias de lítio portáteis - Parte 2: Baterias de lítio", que é usada para baterias de íons de lítio e baterias em dispositivos portáteis. O conteúdo do teste inclui desempenho e segurança, mas só é aplicável a baterias de 21,6V e 14,4V.

Em 2006, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação emitiu QC/T 743 "Baterias de íon de lítio para veículos elétricos", que foi amplamente utilizado na indústria e revisado em 2012. GB/Z 18333 1: 2001 e QC/T 743: 2006 são padrões para níveis individuais e de módulo, com uma faixa de aplicação estreita e conteúdo de teste que não atende mais às necessidades da indústria de veículos elétricos em rápido desenvolvimento.

Em 2015, a Administração Nacional de Padronização emitiu uma série de padrões, incluindo GB/T 31484-2015 "Requisitos de vida útil e métodos de teste para baterias de energia para veículos elétricos", GB/T 31485-2015 "Requisitos de segurança e métodos de teste para baterias de energia para veículos elétricos", GB/T 31486-2015 "Requisitos de desempenho elétrico e métodos de teste para baterias de energia para veículos elétricos" e GB/T 31467 1-2015 "Baterias e sistemas de energia de íon de lítio para veículos elétricos - Parte 1: Alta procedimentos de teste de aplicação de energia, GB/T 31467 2-2015 "Pacotes e sistemas de bateria de íon de lítio para veículos elétricos - Parte 2: Procedimentos de teste de aplicação de alta energia, GB/T 31467 3" Procedimentos de teste para sistemas de bateria de íon de lítio para veículos elétricos - Parte 3: Requisitos de Segurança e Métodos de Teste.

GB/T 31485-2015 e GB/T 31486-2015 referem-se respectivamente aos testes de segurança e desempenho elétrico de unidades/módulos individuais. A série GB/T 31467-2015 refere-se à série ISO 12405 e é adequada para testar baterias ou sistemas de baterias. GB/T 31484-2015 é um padrão de teste projetado especificamente para o ciclo de vida, com ciclo de vida padrão usado para unidades e módulos individuais e ciclo de vida operacional usado para baterias e sistemas.

Comissão Económica para a Europa (ECE) R100 As "Disposições Uniformes sobre a Homologação de Veículos em Respeito aos Requisitos Especiais para Veículos Elétricos" é um requisito específico formulado pela ECE para veículos elétricos, que é dividido em duas partes: a primeira parte regula o motor proteção, sistemas recarregáveis ​​de armazenamento de energia, segurança funcional e emissões de hidrogénio de todo o veículo, e a segunda parte acrescenta requisitos específicos para a segurança e fiabilidade dos sistemas recarregáveis ​​de armazenamento de energia.

Em 2016, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação emitiu as "Condições Técnicas de Segurança para Ônibus Elétricos", que consideravam de forma abrangente choque elétrico do pessoal, proteção contra poeira de água, proteção contra incêndio, segurança de carregamento, segurança de colisão, monitoramento remoto e outros aspectos. Ele baseou-se totalmente nos padrões tradicionais existentes relacionados a ônibus e veículos elétricos e nos padrões locais, como Xangai e Pequim, e apresentou requisitos técnicos mais elevados para baterias de energia, adicionando dois itens de teste: fuga térmica e expansão de fuga térmica. , 2017.

3、 Análise de padrões nacionais e internacionais para baterias de íons de lítio

A maioria dos padrões internacionais para baterias de íons de lítio foram emitidas por volta de 2010, com muitas revisões e novos padrões sendo introduzidos um após o outro. GB/Z 18333 1: 2001 foi emitido em 2001, indicando que os padrões de baterias de íons de lítio da China para veículos elétricos não começaram tarde no mundo, mas seu desenvolvimento foi relativamente lento. Desde o lançamento do padrão QC/T 743 em 2006, não houve nenhuma atualização de padrão na China por muito tempo e, antes do lançamento do novo padrão nacional em 2015, não havia padrões para baterias ou sistemas. Os padrões nacionais e estrangeiros acima diferem em termos de escopo de aplicação, conteúdo dos itens de teste, severidade dos itens de teste e critérios de julgamento.

1） Escopo de aplicação

As séries IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 e GB/T 31485 são testes para níveis individuais e de módulo de baterias, enquanto as séries UL2580, SAE J2929, ISO12405 e GB/T 31467 são aplicáveis ​​para testes de baterias. pacotes e sistemas de bateria. Além da IEC 62660, outras normas no exterior geralmente envolvem testes de baterias ou de nível de sistema, como SAE J2929 e ECE R100 2, até mesmo mencionados testes de nível de veículo. Isso indica que a formulação das normas estrangeiras leva mais em consideração a aplicação das baterias em todo o veículo, o que está mais de acordo com as necessidades das aplicações práticas.

2） Teste o conteúdo do item

No geral, todos os itens de teste podem ser divididos em duas categorias: desempenho elétrico e confiabilidade de segurança, enquanto a confiabilidade de segurança pode ser dividida em confiabilidade mecânica, confiabilidade ambiental, confiabilidade de abuso e confiabilidade elétrica.

A confiabilidade mecânica simula o estresse mecânico que um veículo experimenta durante a condução, como vibração que simula os solavancos do veículo na superfície da estrada; A confiabilidade ambiental simula a resistência dos veículos em diferentes climas, como o ciclo de temperatura que simula a situação dos veículos circulando para frente e para trás em áreas frias e quentes com grandes diferenças de temperatura entre o dia e a noite; Abuso de confiabilidade, como incêndio, para avaliar a segurança das baterias em caso de uso indevido; A confiabilidade elétrica, como itens de teste de proteção, examina principalmente se o sistema de gerenciamento de bateria (BMS) pode desempenhar um papel protetor em momentos críticos.

Em termos de células de bateria, a IEC 62660 é dividida em duas normas independentes, IEC 62660-1 e IEC 62660-2, que correspondem a testes de desempenho e confiabilidade, respectivamente. GB/T 31485 e GB/T 31486 são evoluídos a partir de QC/T 743, e a resistência à vibração é classificada como um teste de desempenho em GB/T 31486, pois este item de teste examina o impacto da vibração da bateria no desempenho da bateria. Em comparação com a IEC 62660-2, os itens de teste da GB/T 31485 são mais rigorosos, como adição de acupuntura e imersão em água do mar.

Em termos de testes de baterias e sistemas de baterias, tanto de desempenho elétrico quanto de confiabilidade, o padrão dos EUA cobre a maioria dos itens de teste. Em termos de testes de desempenho, DOE/ID-11069 tem mais itens de teste do que outros padrões, como características de potência de pulso híbrida (HPPC), estabilidade de pontos de ajuste operacionais, vida útil do calendário, desempenho de referência, espectro de impedância, testes de inspeção de controle de módulo, testes térmicos carga de gerenciamento e testes de nível de sistema combinados com verificação de vida útil.

Os métodos de análise dos resultados dos testes de desempenho elétrico estão detalhados no apêndice da norma. Entre eles, o teste HPPC pode ser usado para detectar a potência de pico das baterias de energia, e o método de teste de resistência interna DC derivado disso tem sido amplamente utilizado no estudo das características de resistência interna da bateria. Em termos de confiabilidade, o UL2580 tem mais itens de teste do que outros padrões, como carregamento desequilibrado de bateria, resistência de tensão, isolamento, teste de continuidade e teste de falha do sistema de estabilidade de resfriamento/aquecimento. Também inclui testes básicos de segurança para componentes de baterias na linha de produção e fortalece os requisitos de revisão de segurança em BMS, sistema de refrigeração e projeto de circuito de proteção. A SAE J2929 propõe realizar análises de falhas em diversas partes do sistema de baterias e salvar a documentação relevante, incluindo medidas de melhoria que facilitam a identificação de falhas.

A série de padrões ISO 12405 inclui os aspectos de desempenho e segurança das baterias. A ISO 12405-1 é um padrão de teste de desempenho de bateria para aplicações de alta potência, enquanto a ISO 12405-2 é um padrão de teste de desempenho de bateria para aplicações de alta energia. O primeiro inclui mais dois conteúdos: partida a frio e partida a quente. A série GB/T 31467 combina o status de desenvolvimento de baterias de energia na China e é modificada de acordo com o conteúdo do padrão da série ISO 12405.

Diferentes de outras normas são SAE J 2929 e ECE R100. Ambas envolvem requisitos de proteção de alta tensão e pertencem à categoria de segurança de veículos elétricos. Os itens de teste relevantes na China estão listados em GB/T 18384 e GB/T 31467 3 ressalta que a bateria e o sistema de bateria devem atender aos requisitos de GB/T 18384 antes de realizar testes de segurança 1 e GB/T 18384 3. Relevante requisitos.

3） Gravidade

Para o mesmo item de teste, os métodos de teste e critérios de julgamento especificados em diferentes normas também são diferentes. Por exemplo, para o estado de carga (SOC) de amostras de teste, GB/T 31467 3 exige que a amostra esteja totalmente carregada; A ISO 12405 requer um SOC de bateria do tipo energia de 50% e um SOC de bateria do tipo energia de 100%; ECE R100 2. Exige que o SOC da bateria esteja acima de 50%; ONU38. 3 tem requisitos diferentes para diferentes itens de teste e alguns itens de teste também exigem baterias recicladas.

Além disso, também é necessário que alta simulação, testes térmicos, vibração, impacto e curto-circuitos externos sejam testados usando a mesma amostra, que é relativamente mais rigorosa. Para testes de vibração, a ISO 12405 exige que as amostras vibrem em diferentes temperaturas ambientes, com temperaturas altas e baixas recomendadas de 75 ℃ e -40 ℃, respectivamente. Outras normas não possuem esse requisito.

Para o teste de incêndio, GB/T 31467 O método experimental e as configurações de parâmetros em 3 são consistentes com a ISO 12405 A diferença não é significativa, ambos são pré-aquecidos, queimados diretamente e queimados indiretamente pela ignição do combustível, mas GB/T 31467 3 . Se houver chama na amostra, ela deverá ser extinta em 2 minutos. A ISO 12405 não exige tempo para a chama se extinguir. O teste de fogo no SAE J2929 é diferente dos dois anteriores. Requer que a amostra seja colocada em um recipiente de radiação térmica, aquecida rapidamente a 890 ℃ em 90 segundos e mantida por 10 minutos, e nenhum componente ou substância deve passar pela cobertura de malha metálica colocada fora da amostra de teste.

4. Deficiências nos padrões nacionais existentes

Embora a formulação e o lançamento de padrões nacionais relevantes tenham preenchido a lacuna nos sistemas de combinação de baterias de íon-lítio da China e tenham sido amplamente adotados, ainda existem deficiências.

Em termos de objetos de teste: Todos os padrões especificam apenas o teste de baterias novas e não há regulamentos ou requisitos relevantes para baterias usadas. As baterias não apresentam problemas ao saírem da fábrica, o que não significa que ainda estejam seguras após um período de uso. Portanto, é necessário realizar o mesmo teste em baterias utilizadas em tempos diferentes, o que equivale a exames físicos regulares.

Em termos de julgamento de resultados: A base de julgamento atual é relativamente ampla e única, com apenas disposições para nenhum vazamento, nenhuma ruptura do invólucro, nenhum incêndio e nenhuma explosão, carecendo de um sistema de avaliação quantificável. A Comissão Europeia para Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico Automotivo (EUCAR) dividiu o nível de danos das baterias em 8 níveis, o que tem certo significado de referência.

Em termos de itens de teste: GB/T31467 3. Há uma falta de conteúdo de teste para baterias e sistemas de baterias em termos de gerenciamento térmico e fuga térmica, e o desempenho de segurança térmica é crucial para baterias. A forma de controlar a fuga térmica de baterias individuais e prevenir a propagação da fuga térmica é de grande importância, como evidenciado pela implementação obrigatória das “Condições Técnicas de Segurança para Autocarros Elétricos”. Além disso, do ponto de vista da aplicação do veículo, para testes de confiabilidade não destrutivos, como confiabilidade ambiental, é necessário adicionar testes de desempenho elétrico após a conclusão do teste para simular o impacto do desempenho do veículo após sofrer mudanças ambientais.

Em termos de métodos de teste: O teste de ciclo de vida de baterias e sistemas de baterias leva muito tempo, o que afeta o ciclo de desenvolvimento do produto e é difícil de executar bem. Como desenvolver um ciclo de vida de teste razoavelmente acelerado é um desafio.

5. Resumo

Nos últimos anos, a China fez grandes progressos na formulação e aplicação de padrões para baterias de íons de lítio, mas ainda há uma certa lacuna em comparação com os padrões estrangeiros. Além dos padrões de teste, o sistema padrão para baterias de íons de lítio na China também está melhorando gradualmente em outros aspectos. Em 9 de novembro de 2016, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação lançou o "Sistema Técnico de Padronização Abrangente para Baterias de Íon de Lítio", que apontou que o futuro sistema padrão inclui cinco partes principais: uso geral básico, materiais e componentes, design e fabricação processos, equipamentos de fabricação e teste e produtos de bateria. Entre eles, os padrões de segurança são de grande importância. Com a atualização e desenvolvimento de produtos de baterias de energia, os padrões de teste também precisam melhorar as tecnologias de teste correspondentes. Além disso, aumenta o nível de segurança das baterias de energia.