Porównanie standardów testowania akumulatorów litowych mocy w kraju i za granicą

Porównanie standardów testowania akumulatorów litowych mocy w kraju i za granicą

1. Zagraniczne standardy dotyczące zasilania akumulatorów litowo-jonowych

Tabela 1 zawiera listę powszechnie stosowanych standardów testowania akumulatorów litowo-jonowych za granicą. Organy wydające normy obejmują głównie Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC), Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO), Underwriters' Laboratories (UL) Stanów Zjednoczonych, Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji (SAE) Stanów Zjednoczonych oraz odpowiednie instytucje Unii Europejskiej.

1) Międzynarodowe standardy

Standardy mocy dotyczące akumulatorów litowo-jonowych opublikowane przez IEC obejmują głównie IEC 62660-1:2010 „Zespoły akumulatorów litowo-jonowych do elektrycznych pojazdów drogowych – Część 1: Testowanie wydajności” oraz IEC 62660-2:2010 „Zespoły akumulatorów litowo-jonowych do elektrycznych pojazdów drogowych pojazdów drogowych – Część 2: Badanie niezawodności i nadużyć”. UN 38 wydany przez Komisję ds. Transportu Organizacji Narodów Zjednoczonych Wymagania dotyczące testowania akumulatorów litowych zawarte w „Zaleceniach, normach i podręczniku badań ONZ dotyczących transportu towarów niebezpiecznych” mają na celu zapewnienie bezpieczeństwa akumulatorów podczas transportu.

Do norm opracowanych przez ISO w dziedzinie akumulatorów litowo-jonowych zalicza się norma ISO 12405-1:2011 „Pojazdy z napędem elektrycznym – Procedury testowe pakietów i systemów akumulatorów litowo-jonowych – Część 1: Zastosowania dużej mocy” ISO 12405-2: 2012 „Pojazdy z napędem elektrycznym – Zestawy akumulatorów litowo-jonowych i procedury testowania systemów – Część 2: Zastosowania wysokoenergetyczne” oraz ISO 12405-3:2014 „Pojazdy z napędem elektrycznym – Zestawy akumulatorów litowo-jonowych i procedury testowania systemów – Część 3: Wymagania bezpieczeństwa ” dotyczą odpowiednio akumulatorów o dużej mocy, akumulatorów o dużej energii oraz wymogów dotyczących bezpieczeństwa, w celu zapewnienia producentom pojazdów opcjonalnych elementów i metod testowania.

2) Amerykańskie standardy

Norma UL 2580:2011 „Akumulatory do pojazdów elektrycznych” ocenia głównie niezawodność akumulatorów w przypadku ich nadużywania oraz zdolność do ochrony personelu w przypadku szkód spowodowanych nadużyciami. Standard ten został zaktualizowany w 2013 roku.

SAE posiada szeroki i kompleksowy system standardów w branży motoryzacyjnej. SAE J2464: 2009 „Testowanie bezpieczeństwa i nadużyć systemów magazynowania energii wielokrotnego ładowania w pojazdach elektrycznych i hybrydowych pojazdach elektrycznych”, wydana w 2009 roku, to wczesna seria podręczników testowania nadużyć w akumulatorach pojazdów, stosowanych w Ameryce Północnej i na świecie. Jasno określa zakres zastosowania i dane, które należy zebrać dla każdego obiektu testowego, a także podaje zalecenia dotyczące liczby próbek wymaganych dla obiektu testowego.

SAE J2929: 2011 „Normy bezpieczeństwa dla systemów akumulatorów elektrycznych i hybrydowych” to norma bezpieczeństwa zaproponowana przez SAE w celu podsumowania różnych wcześniej wydanych norm dotyczących akumulatorów mocy, obejmująca dwie części: badania rutynowe i badania nieprawidłowe, które mogą wystąpić podczas eksploatacji pojazdu elektrycznego.

SAE J2380: 2013 „Badanie wibracyjne akumulatorów pojazdów elektrycznych” to klasyczna norma dotycząca badań wibracyjnych akumulatorów pojazdów elektrycznych. Na podstawie zebranych wyników statystycznych widma obciążenia drganiowego rzeczywistego pojazdu poruszającego się po drodze metoda badania jest bardziej zgodna z sytuacją drganiową rzeczywistych pojazdów i ma ważną wartość referencyjną.

3 Inne standardy organizacyjne

Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) jest przede wszystkim odpowiedzialny za formułowanie polityki energetycznej, zarządzanie przemysłem energetycznym oraz badania i rozwój technologii związanych z energią. W 2002 r. rząd Stanów Zjednoczonych ustanowił projekt „Freedom CAR” i sukcesywnie wydał podręcznik testowania akumulatorów pojazdów hybrydowych do pojazdów elektrycznych wspomaganych energią Freedom CAR oraz podręcznik testowania nadużyć w systemach magazynowania energii w pojazdach elektrycznych i hybrydowych.

Niemieckie Stowarzyszenie Przemysłu Samochodowego (VDA) to stowarzyszenie utworzone w Niemczech w celu ujednolicenia różnych standardów dla krajowego przemysłu motoryzacyjnego. Opublikowane normy to VDA 2007 „Testowanie systemów akumulatorów w hybrydowych pojazdach elektrycznych”, które skupiają się głównie na testowaniu wydajności i niezawodności systemów akumulatorów litowo-jonowych do hybrydowych pojazdów elektrycznych.

2. Krajowy standard zasilania akumulatorów litowo-jonowych

W 2001 roku Komitet Normalizacji Motoryzacji wydał pierwszy dokument techniczny dotyczący testowania akumulatorów litowo-jonowych pojazdów elektrycznych w Chinach, GB/Z 18333 1: 2011 „Akumulatory litowo-jonowe do elektrycznych pojazdów drogowych”. Formułując tę ​​normę, odniesiono się do normy IEC 61960-2:2000 „Przenośne baterie litowe i zestawy baterii – Część 2: Zestawy baterii litowych”, która jest stosowana w odniesieniu do baterii litowo-jonowych i zestawów baterii w urządzeniach przenośnych. Treść testów obejmuje wydajność i bezpieczeństwo, ale ma zastosowanie tylko do akumulatorów 21,6 V i 14,4 V.

W 2006 roku Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych wydało normę QC/T 743 „Akumulatory litowo-jonowe do pojazdów elektrycznych”, która była szeroko stosowana w branży i poprawiona w 2012 roku. GB/Z 18333 1: 2001 i QC/T 743: 2006 to zarówno standardy na poziomie indywidualnym, jak i modułowym, o wąskim zakresie zastosowań i treści testowania, które nie odpowiadają już potrzebom szybko rozwijającej się branży pojazdów elektrycznych.

W 2015 roku Krajowa Administracja Normalizacyjna wydała szereg norm, w tym GB/T 31484-2015 „Wymagania dotyczące cyklu życia i metody testowania akumulatorów zasilających do pojazdów elektrycznych”, GB/T 31485-2015 „Wymagania bezpieczeństwa i metody testowania akumulatorów zasilających do pojazdów elektrycznych”, GB/T 31486-2015 „Wymagania dotyczące parametrów elektrycznych i metody testowania akumulatorów zasilających do pojazdów elektrycznych” oraz GB/T 31467 1-2015 „Zestawy i systemy akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych – Część 1: Wysoka procedury testowania zastosowań energetycznych, GB/T 31467 2-2015 „Zestawy i systemy akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych – Część 2: Procedury testowania zastosowań wysokoenergetycznych, GB/T 31467 3 „Procedury testowe dla systemów akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych - Część 3: Wymagania bezpieczeństwa i metody badań.

GB/T 31485-2015 i GB/T 31486-2015 odnoszą się odpowiednio do testów bezpieczeństwa i wydajności elektrycznej poszczególnych jednostek/modułów. Seria GB/T 31467-2015 odnosi się do serii ISO 12405 i jest odpowiednia do testowania zestawów akumulatorów lub systemów akumulatorów. GB/T 31484-2015 to norma testowa zaprojektowana specjalnie pod kątem trwałości cyklu, ze standardowym cyklem życia stosowanym w przypadku poszczególnych jednostek i modułów oraz cyklem działania stosowanym w przypadku zestawów akumulatorów i systemów.

Europejska Komisja Gospodarcza (ECE) R100 „Jednolite przepisy dotyczące homologacji pojazdów w odniesieniu do specjalnych wymagań dla pojazdów elektrycznych” to specyficzny wymóg sformułowany przez ECE dla pojazdów elektrycznych, który jest podzielony na dwie części: pierwsza część reguluje silnik ochrony, systemów magazynowania energii wielokrotnego ładowania, bezpieczeństwa funkcjonalnego i emisji wodoru z całego pojazdu, a w drugiej części dodano szczegółowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa i niezawodności systemów magazynowania energii wielokrotnego ładowania.

W 2016 roku Ministerstwo Przemysłu i Informatyki wydało „Warunki techniczne bezpieczeństwa autobusu elektrycznego”, które kompleksowo uwzględniały porażenie prądem personelu, ochronę przed pyłem wodnym, ochronę przeciwpożarową, bezpieczeństwo ładowania, bezpieczeństwo kolizyjne, zdalny monitoring i inne. W pełni wykorzystano istniejące standardy związane z tradycyjnymi autobusami i pojazdami elektrycznymi oraz normy lokalne, takie jak Szanghaj i Pekin, a także przedstawiono wyższe wymagania techniczne dotyczące akumulatorów zasilających, dodając dwa elementy testowe: niestabilność termiczną i niekontrolowaną rozszerzalność cieplną. Zostało to oficjalnie wdrożone 1 stycznia , 2017.

3, Analiza krajowych i międzynarodowych standardów zasilania akumulatorów litowo-jonowych

Większość międzynarodowych norm dotyczących akumulatorów litowo-jonowych mocy została wydana około 2010 roku, przy czym jedna po drugiej wprowadzano wiele poprawek i nowych norm. GB/Z 18333 1:2001 wydano w 2001 r., wskazując, że chińskie standardy dotyczące akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych nie zaczęto wprowadzać na świecie późno, ale ich rozwój był stosunkowo powolny. Od czasu wydania normy QC/T 743 w 2006 r. przez długi czas w Chinach nie było aktualizacji normy, a przed wydaniem nowej normy krajowej w 2015 r. nie istniały żadne normy dotyczące zestawów akumulatorów ani systemów. Powyższe normy krajowe i zagraniczne różnią się zakresem zastosowania, zawartością elementów badania, dotkliwością elementów badania i kryteriami oceny.

1) Zakres zastosowania

Seria IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 i GB/T 31485 to testy poszczególnych poziomów akumulatorów i modułów, natomiast serie UL2580, SAE J2929, ISO12405 i GB/T 31467 mają zastosowanie do testowania akumulatorów pakiety i systemy akumulatorowe. Oprócz IEC 62660, inne normy zagraniczne zazwyczaj obejmują testowanie zestawu akumulatorów lub poziomu systemu, takie jak SAE J2929 i ECE R100 2, nawet wspominając o testowaniu na poziomie pojazdu. Wskazuje to, że przy formułowaniu norm zagranicznych w większym stopniu uwzględnia się zastosowanie akumulatorów w całym pojeździe, co w większym stopniu odpowiada potrzebom zastosowań praktycznych.

2) Testuj zawartość elementu

Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie elementy testowe można podzielić na dwie kategorie: parametry elektryczne i niezawodność bezpieczeństwa, podczas gdy niezawodność bezpieczeństwa można dalej podzielić na niezawodność mechaniczną, niezawodność środowiskową, niezawodność w przypadku nadużyć i niezawodność elektryczną.

Niezawodność mechaniczna symuluje naprężenia mechaniczne, jakich doświadcza pojazd podczas jazdy, takie jak wibracje symulujące nierówności pojazdu na nawierzchni drogi; Niezawodność środowiskowa symuluje wytrzymałość pojazdów w różnych klimatach, np. cykliczne zmiany temperatury symulują sytuację pojazdów poruszających się tam i z powrotem w zimnych i gorących obszarach o dużych różnicach temperatur między dniem i nocą; Nadużycie niezawodności, np. pożar, w celu oceny bezpieczeństwa akumulatorów w przypadku niewłaściwego użytkowania; Niezawodność elektryczna, np. elementy do testów ochronnych, sprawdza głównie, czy system zarządzania akumulatorem (BMS) może odgrywać rolę ochronną w krytycznych momentach.

Jeśli chodzi o ogniwa akumulatorowe, norma IEC 62660 jest podzielona na dwie niezależne normy, IEC 62660-1 i IEC 62660-2, które odpowiadają odpowiednio testowaniu wydajności i niezawodności. Normy GB/T 31485 i GB/T 31486 ewoluowały od QC/T 743, a odporność na wibracje jest klasyfikowana jako test wydajności w normie GB/T 31486, ponieważ ta pozycja testowa bada wpływ wibracji baterii na wydajność baterii. W porównaniu z normą IEC 62660-2, elementy testowe normy GB/T 31485 są bardziej rygorystyczne, takie jak dodanie akupunktury i zanurzenie w wodzie morskiej.

Jeśli chodzi o testowanie akumulatorów i systemów akumulatorowych, zarówno pod względem wydajności elektrycznej, jak i niezawodności, większość elementów testowych obejmuje norma amerykańska. Jeśli chodzi o testowanie wydajności, DOE/ID-11069 zawiera więcej elementów testowych niż inne standardy, takich jak charakterystyka mocy impulsu hybrydowego (HPPC), stabilność zadanych punktów pracy, żywotność kalendarza, wydajność referencyjna, widmo impedancji, testowanie kontroli modułu, testy termiczne zarządzanie obciążeniem i testowanie na poziomie systemu połączone z weryfikacją żywotności.

Metody analizy wyników testów wydajności elektrycznej są szczegółowo opisane w załączniku do normy. Wśród nich testy HPPC można zastosować do wykrycia mocy szczytowej akumulatorów zasilających, a wywodząca się z tego metoda badania rezystancji wewnętrznej prądu stałego jest szeroko stosowana w badaniu charakterystyki rezystancji wewnętrznej akumulatorów. Jeśli chodzi o niezawodność, norma UL2580 zawiera więcej elementów testowych niż inne standardy, takich jak niezrównoważone ładowanie zestawu akumulatorów, rezystancja napięciowa, izolacja, testowanie ciągłości oraz testowanie usterek systemu chłodzenia/ogrzewania. Obejmuje również podstawowe testy bezpieczeństwa komponentów akumulatorów na linii produkcyjnej i zaostrza wymagania dotyczące przeglądu bezpieczeństwa w BMS, systemie chłodzenia i projektowaniu obwodów ochronnych. SAE J2929 proponuje przeprowadzenie analizy usterek w różnych częściach systemu akumulatorowego i zapisanie odpowiedniej dokumentacji, w tym środków usprawniających, które pozwalają łatwo zidentyfikować usterki.

Seria norm ISO 12405 obejmuje zarówno aspekty wydajności, jak i bezpieczeństwa akumulatorów. ISO 12405-1 to norma dotycząca testowania wydajności akumulatorów w zastosowaniach wymagających dużej mocy, natomiast ISO 12405-2 to norma dotycząca testowania wydajności akumulatorów w zastosowaniach wymagających dużej mocy. Pierwsza zawiera dwie dodatkowe treści: zimny start i gorący start. Seria GB/T 31467 łączy w sobie stan rozwoju akumulatorów mocy w Chinach i jest modyfikowana zgodnie z treścią normy serii ISO 12405.

Od innych norm różnią się SAE J 2929 i ECE R100. Obie dotyczą wymagań dotyczących ochrony przed wysokim napięciem i należą do kategorii bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych. Odpowiednie elementy testowe w Chinach są wymienione w GB/T 18384 i GB/T 31467 3 wskazuje, że zestaw akumulatorów i system akumulatorów muszą spełniać wymagania GB/T 18384 przed przeprowadzeniem testów bezpieczeństwa 1 i GB/T 18384 3. Istotne wymagania.

3) Dotkliwość

W przypadku tego samego elementu testowego metody testowania i kryteria oceny określone w różnych normach są również różne. Na przykład w przypadku stanu naładowania (SOC) próbek testowych GB/T 31467 3 wymaga, aby próbka była w pełni naładowana; ISO 12405 wymaga SOC akumulatora typu energetycznego wynoszącego 50% i SOC akumulatora typu energetycznego wynoszącego 100%; ECE R100 2. Wymagaj, aby SOC akumulatora przekraczał 50%; UN38. 3 ma różne wymagania dla różnych elementów testowych, a niektóre elementy testowe wymagają również baterii pochodzących z recyklingu.

Ponadto wymagane jest również badanie wysokiej symulacji, testów termicznych, wibracji, uderzeń i zwarć zewnętrznych przy użyciu tej samej próbki, która jest stosunkowo bardziej rygorystyczna. W przypadku badań wibracyjnych norma ISO 12405 wymaga, aby próbki wibrowały w różnych temperaturach otoczenia, przy zalecanych wysokich i niskich temperaturach odpowiednio 75 ℃ i -40 ℃. Inne normy nie mają tego wymogu.

Dla testu ogniowego, GB/T 31467. Metoda eksperymentalna i ustawienia parametrów w 3 są zgodne z ISO 12405. Różnica nie jest znacząca, oba są wstępnie podgrzewane, bezpośrednio spalane i pośrednio spalane przez zapalenie paliwa, ale GB/T 31467 3 Jeżeli w próbce pojawił się płomień, należy go ugasić w ciągu 2 minut. ISO 12405 nie wymaga czasu na zgaśnięcie płomienia. Test ogniowy w SAE J2929 różni się od dwóch poprzednich. Wymaga umieszczenia próbki w pojemniku na promieniowanie cieplne, szybkiego podgrzania do 890 ℃ w ciągu 90 sekund i utrzymywania przez 10 minut, a żadne składniki ani substancje nie mogą przejść przez metalową siatkę umieszczoną na zewnątrz badanej próbki.

4. Niedociągnięcia w istniejących normach krajowych

Chociaż sformułowanie i wydanie odpowiednich norm krajowych wypełniło lukę w chińskich systemach kombinowanych akumulatorów litowo-jonowych i zostało powszechnie przyjęte, nadal występują niedociągnięcia.

Jeśli chodzi o obiekty testowe: Wszystkie normy określają jedynie testowanie nowych akumulatorów i nie ma odpowiednich przepisów ani wymagań dotyczących zużytych akumulatorów. Baterie opuszczają fabrykę bez żadnych problemów, co nie znaczy, że po dłuższym czasie użytkowania są nadal bezpieczne. Dlatego konieczne jest przeprowadzenie tych samych testów na akumulatorach używanych przez różny czas, co jest równoznaczne z regularnymi badaniami fizykalnymi.

In terms of result judgment: The current judgment basis is relatively broad and single, with only provisions for no leakage, no shell rupture, no fire, and no explosion, lacking a quantifiable evaluation system. The European Commission for Automotive Research and Technology Development (EUCAR) has divided the harm level of batteries into 8 levels, which has certain reference significance.

Jeśli chodzi o elementy testowe: GB/T31467 3. Brakuje treści testowych dla zestawów akumulatorów i systemów akumulatorów w zakresie zarządzania temperaturą i niestabilności termicznej, a bezpieczeństwo termiczne ma kluczowe znaczenie w przypadku akumulatorów. Ogromne znaczenie ma sposób kontroli niekontrolowanej niekontrolowanej niekontrolowanej temperatury poszczególnych akumulatorów i zapobiegania jej rozprzestrzenianiu się, czego dowodem jest obowiązkowe wdrażanie „Warunków technicznych bezpieczeństwa autobusu elektrycznego”. Ponadto, z punktu widzenia zastosowania pojazdu, w przypadku nieniszczących badań niezawodności, takich jak niezawodność środowiskowa, konieczne jest dodanie badania wydajności elektrycznej po zakończeniu badania w celu symulacji wpływu działania pojazdu po wystąpieniu zmian środowiskowych.

Jeśli chodzi o metody testowania: Testowanie żywotności pakietów akumulatorów i systemów akumulatorów trwa zbyt długo, co wpływa na cykl rozwoju produktu i jest trudne do dobrego przeprowadzenia. Opracowanie rozsądnych testów żywotności w przyspieszonym cyklu jest wyzwaniem.

5. Podsumowanie

W ostatnich latach Chiny poczyniły ogromne postępy w opracowywaniu i stosowaniu norm dotyczących mocy akumulatorów litowo-jonowych, jednak nadal istnieje pewna luka w porównaniu z normami zagranicznymi. Oprócz standardów testowania standardowy system akumulatorów litowo-jonowych w Chinach jest stopniowo ulepszany również pod innymi względami. W dniu 9 listopada 2016 r. Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych wydało „Kompleksowy system techniczny normalizacji akumulatorów litowo-jonowych”, w którym wskazano, że przyszły system norm obejmuje pięć głównych części: podstawowe zastosowanie ogólne, materiały i komponenty, projektowanie i produkcję procesów, sprzętu produkcyjnego i testującego oraz produktów akumulatorowych. Wśród nich ogromne znaczenie mają standardy bezpieczeństwa. Wraz z aktualizacją i rozwojem produktów akumulatorowych standardy testowania muszą również ulepszyć odpowiednie technologie testowania, a ponadto zwiększają poziom bezpieczeństwa akumulatorów zasilających.