Порівняння стандартів тестування літієвих акумуляторів у країні та за кордоном

Порівняння стандартів тестування літієвих акумуляторів у країні та за кордоном

1、 Іноземні стандарти живлення літій-іонних батарей

У таблиці 1 наведено стандарти тестування літій-іонних акумуляторів, які зазвичай використовуються за кордоном. Органи, що видають стандарти, в основному включають Міжнародну електротехнічну комісію (IEC), Міжнародну організацію зі стандартизації (ISO), Лабораторії андеррайтерів (UL) Сполучених Штатів, Товариство автомобільних інженерів (SAE) Сполучених Штатів та відповідні інститути Європейського Союзу.

1) Міжнародні стандарти

Стандарти силової літій-іонної батареї, видані IEC, в основному включають IEC 62660-1:2010 «Літій-іонна акумуляторна батарея для електричних дорожніх транспортних засобів – Частина 1: Тестування продуктивності» та IEC 62660-2:2010 «Літій-іонна акумуляторна батарея для електричних дорожні транспортні засоби - Частина 2: Тестування надійності та зловживань». UN 38, виданий транспортною комісією Організації Об’єднаних Націй. Вимоги до випробувань літієвих батарей у «Рекомендаціях, стандартах і посібнику з випробувань ООН щодо перевезення небезпечних вантажів» спрямовані на безпеку батарей під час транспортування.

Стандарти, розроблені ISO у сфері енергетичних літій-іонних акумуляторів, включають ISO 12405-1:2011 «Транспортні засоби з електроприводом. Процедури випробувань літій-іонних акумуляторних батарей і систем. Частина 1. Застосування високої потужності» ISO 12405-2: 2012 «Автомобілі з електроприводом. Літій-іонні акумуляторні батареї та процедури тестування систем. Частина 2. Високоенергетичні програми» та ISO 12405-3:2014 «Транспортні засоби з електроприводом — Літій-іонні акумуляторні батареї та процедури тестування систем — Частина 3: Вимоги до безпеки» відповідно націлені на батареї високої потужності, батареї високої енергії та вимоги щодо безпеки з метою надання виробникам транспортних засобів з додатковими предметами та методами тестування.

2) Американські стандарти

UL 2580:2011 «Акумулятори для електромобілів» в основному оцінює надійність використання акумулятора та здатність захистити персонал у разі пошкодження, спричиненого неправильним використанням. Цей стандарт було переглянуто в 2013 році.

SAE має широку та комплексну систему стандартів в автомобільній промисловості. SAE J2464: 2009 «Тестування на безпеку та зловживання акумуляторними системами накопичення енергії для електричних і гібридних електричних транспортних засобів», виданий у 2009 році, є першою серією посібників з тестування автомобільних акумуляторів на зловживання, які застосовуються в Північній Америці та світі. Він чітко визначає сферу застосування та дані, які потрібно зібрати для кожного тестового елемента, а також надає рекомендації щодо кількості зразків, необхідних для тестового елемента.

SAE J2929: 2011 «Стандарти безпеки для електричних і гібридних акумуляторних систем» — це стандарт безпеки, запропонований SAE у підсумку різних стандартів, пов’язаних із силовими батареями, виданих раніше, включаючи дві частини: звичайне випробування та ненормальне випробування, яке може відбуватися під час експлуатації електромобіля.

SAE J2380: 2013 «Вібраційне випробування акумуляторів електромобілів» — це класичний стандарт для вібраційних випробувань акумуляторів електромобілів. Ґрунтуючись на зібраних статистичних результатах спектру вібраційного навантаження фактичного руху транспортного засобу на дорозі, метод тестування більше відповідає ситуації вібрації реальних транспортних засобів і має важливе еталонне значення.

3 Інші організаційні стандарти

Міністерство енергетики США (DOE) головним чином відповідає за формулювання енергетичної політики, управління енергетичною галуззю та дослідження та розробку технологій, пов’язаних з енергетикою. У 2002 році уряд США започаткував проект «Freedom CAR» і послідовно випустив інструкцію з тестування гібридних електричних транспортних засобів з підтримкою електроживлення Freedom CAR і інструкцію з тестування систем накопичення енергії для електричних і гібридних транспортних засобів.

Німецька асоціація автомобільної промисловості (VDA) - це асоціація, створена в Німеччині для уніфікації різних стандартів для вітчизняної автомобільної промисловості. Випущеними стандартами є VDA 2007 «Тестування системи акумуляторів для гібридних електричних транспортних засобів», які в основному зосереджуються на перевірці продуктивності та надійності систем літій-іонних акумуляторів для гібридних електромобілів.

2、 Вітчизняний стандарт живлення літій-іонних батарей

У 2001 році Комітет з автомобільної стандартизації видав перший керівний технічний документ для випробувань літій-іонних акумуляторів електромобілів у Китаї, GB/Z 18333 1: 2011 «Літій-іонні акумулятори для електричних дорожніх транспортних засобів». При розробці цього стандарту було зроблено посилання на IEC 61960-2:2000 «Портативні літієві батареї та акумуляторні блоки — Частина 2: Літієві акумуляторні блоки», який використовується для літій-іонних акумуляторів і акумуляторних блоків у портативних пристроях. Зміст тестування включає продуктивність і безпеку, але стосується лише акумуляторів 21,6 В і 14,4 В.

У 2006 році Міністерство промисловості та інформаційних технологій випустило стандарт QC/T 743 «Літій-іонні батареї для електромобілів», який широко використовувався в промисловості та був переглянутий у 2012 році. GB/Z 18333 1: 2001 і QC/T 743: 2006 – це стандарти для індивідуального та модульного рівнів, з вузьким діапазоном застосування та змістом тестування який більше не відповідає потребам індустрії електромобілів, що швидко розвивається.

У 2015 році Національне управління стандартизації випустило низку стандартів, зокрема GB/T 31484-2015 «Вимоги до терміну служби та методи випробування акумуляторних батарей для електромобілів», GB/T 31485-2015 «Вимоги безпеки та методи випробувань для акумуляторних батарей». для електромобілів", GB/T 31486-2015 «Вимоги до електричних характеристик і методи випробування силових акумуляторів для електричних транспортних засобів» і GB/T 31467 1-2015 «Літій-іонні акумуляторні батареї та системи для електричних транспортних засобів — Частина 1: Процедури випробувань високої потужності, GB/T 31467 2- 2015 "Літій-іонні акумуляторні батареї та системи для електромобілів - Частина 2: Випробування високої енергії процедури, GB/T 31467 3 «Процедури випробувань систем літій-іонних акумуляторів для електромобілів – Частина 3: Вимоги безпеки та методи випробувань.

GB/T 31485-2015 і GB/T 31486-2015 відповідно стосуються перевірки безпеки та електричних характеристик окремих блоків/модулів. Серія GB/T 31467-2015 відноситься до серії ISO 12405 і підходить для тестування акумуляторних блоків або акумуляторних систем. GB/T 31484-2015 — це стандарт тестування, спеціально розроблений для циклічного терміну служби, причому стандартний термін служби циклу використовується для окремих блоків і модулів, а термін служби робочого циклу використовується для батарейних блоків і систем.

Європейська економічна комісія (ECE) R100 «Уніфіковані положення щодо схвалення транспортних засобів щодо особливих вимог до електромобілів» є спеціальною вимогою, сформульованою ЄЕК для електромобілів, яка складається з двох частин: перша частина регулює двигун захист, системи накопичення енергії, що перезаряджаються, функціональна безпека та викиди водню всього автомобіля, а друга частина додає особливі вимоги щодо безпеки та надійності перезаряджувані системи зберігання енергії.

У 2016 році Міністерство промисловості та інформаційних технологій видало «Технічні умови безпеки для електричних автобусів», у яких всебічно розглянуто ураження персоналу електричним струмом, захист від водяного пилу, протипожежний захист, безпеку заряджання, безпеку від зіткнень, дистанційний моніторинг та інші аспекти. Він повністю спирався на існуючі традиційні стандарти, пов’язані з автобусами та електромобілями, і місцеві стандарти, такі як Шанхай і Пекін, і висунув більш високі технічні вимоги до акумуляторів, додавши два тестові елементи: температурний розгін і теплове розбігове розширення. Це було офіційно впроваджено 1 січня. , 2017.

3、 Аналіз внутрішніх і міжнародних стандартів живлення літій-іонних батарей

Більшість міжнародних стандартів для живлення літій-іонних акумуляторів були видані приблизно в 2010 році, з багатьма переглядами та новими стандартами, які вводилися один за одним. GB/Z 18333 1: 2001 був виданий у 2001 році, вказуючи на те, що китайські стандарти на літій-іонні акумулятори для електромобілів не запізнилися у світі, але їх розвиток був відносно повільним. З моменту виходу стандарту QC/T 743 у 2006 році в Китаї протягом тривалого часу не було жодного оновлення стандарту, а до випуску нового національного стандарту в 2015 році не було жодних стандартів для акумуляторних блоків або систем. Наведені вище вітчизняні та закордонні стандарти відрізняються за сферою застосування, змістом тестових завдань, суворістю тестових завдань та критеріями оцінки.

1) Сфера застосування

Серія IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 і GB/T 31485 є тестами для окремих і модульних рівнів акумуляторів, тоді як серії UL2580, SAE J2929, ISO12405 і GB/T 31467 застосовуються для тестування акумуляторів. пакети та акумуляторні системи. На додаток до IEC 62660 інші стандарти за кордоном зазвичай передбачають тестування на рівні акумулятора або системи, наприклад SAE J2929 і ECE R100 2, навіть згадане тестування на рівні автомобіля. Це свідчить про те, що формулювання іноземних стандартів більше враховує застосування акумуляторів у всьому транспортному засобі, що більше відповідає потребам практичного застосування.

2） Вміст тестового елемента

Загалом усі тестові елементи можна розділити на дві категорії: електричні характеристики та надійність безпеки, тоді як надійність безпеки можна далі розділити на механічну надійність, екологічну надійність, надійність зловживання та електричну надійність.

Механічна надійність імітує механічне навантаження, яке відчуває транспортний засіб під час руху, наприклад вібрацію, що імітує нерівності транспортного засобу на поверхні дороги; Екологічна надійність імітує витривалість транспортних засобів у різних кліматичних умовах, наприклад зміна температури, що моделює ситуацію, коли транспортні засоби рухаються туди-сюди в холодних і жарких районах із великою різницею температур між днем ​​і ніччю; Зловживання надійністю, наприклад пожежа, для оцінки безпеки акумуляторів у разі неправильного використання; Електрична надійність, наприклад елементи захисного тестування, в основному перевіряє, чи може система керування акумулятором (BMS) виконувати захисну роль у критичні моменти.

Що стосується акумуляторних елементів, IEC 62660 розділений на два незалежні стандарти, IEC 62660-1 і IEC 62660-2, які відповідають тестуванню продуктивності та надійності відповідно. GB/T 31485 і GB/T 31486 є розвитком QC/T 743, а стійкість до вібрації класифікується як перевірка продуктивності в GB/T 31486, оскільки цей елемент перевірки перевіряє вплив вібрації акумулятора на продуктивність акумулятора. Порівняно з IEC 62660-2 пункти тестування GB/T 31485 є більш суворими, наприклад додавання акупунктури та занурення в морську воду.

Що стосується тестування акумуляторної батареї та системи акумуляторної батареї, як електричних характеристик, так і надійності, стандарт США охоплює більшість предметів тестування. З точки зору тестування продуктивності, DOE/ID-11069 містить більше тестових елементів, ніж інші стандарти, наприклад характеристики гібридної імпульсної потужності (HPPC), стабільність робочих заданих значень, календарний термін служби, еталонну продуктивність, спектр імпедансу, контрольне тестування модуля управління, термічні керування навантаженням і тестування системного рівня в поєднанні з перевіркою ресурсу.

Методи аналізу результатів випробування електричних характеристик детально описані в додатку до стандарту. Серед них тестування HPPC можна використовувати для визначення пікової потужності акумуляторних батарей, а отриманий на основі цього метод тестування внутрішнього опору постійного струму широко використовувався для вивчення характеристик внутрішнього опору акумулятора. З точки зору надійності, UL2580 має більше тестових елементів, ніж інші стандарти, наприклад незбалансоване заряджання акумуляторної батареї, опір напрузі, ізоляція, тестування безперервності та тестування несправностей системи охолодження/нагріву. Він також включає базове тестування на безпеку для компонентів акумуляторної батареї на виробничій лінії та посилює вимоги до перевірки безпеки в BMS, системі охолодження та конструкції схеми захисту. SAE J2929 пропонує провести аналіз несправностей на різних частинах системи батареї та зберегти відповідну документацію, включаючи заходи щодо вдосконалення, які легко ідентифікують несправності.

Серія стандартів ISO 12405 включає аспекти ефективності та безпеки акумуляторів. ISO 12405-1 — це стандарт тестування продуктивності батареї для високоенергетичних програм, тоді як ISO 12405-2 — це стандарт тестування продуктивності батареї для високоенергетичних програм. Перший включає ще два вмісту: холодний старт і гарячий старт. Серія GB/T 31467 поєднує статус розробки акумуляторних батарей у Китаї та модифікована відповідно до змісту стандарту серії ISO 12405.

Від інших стандартів відрізняються SAE J 2929 та ECE R100. Обидва передбачають вимоги щодо захисту від високої напруги та належать до категорії безпеки електромобілів. Відповідні тестові елементи в Китаї перераховані в GB/T 18384 і GB/T 31467 3. Вказується, що акумуляторна батарея та акумуляторна система повинні відповідати вимогам GB/T 18384 перед проведенням випробувань на безпеку 1 і GB/T 18384 3. Відповідні вимоги.

3) Ступінь тяжкості

Для одного і того ж елемента тестування методи тестування та критерії оцінки, визначені в різних стандартах, також відрізняються. Наприклад, для стану заряду (SOC) тестових зразків GB/T 31467 3 вимагає, щоб зразок був повністю заряджений; ISO 12405 вимагає SOC батареї силового типу 50% і SOC батареї енергетичного типу 100%; ECE R100 2. Вимагайте, щоб SOC батареї був вище 50%; UN38. 3 має різні вимоги до різних тестових елементів, і деякі тестові елементи також потребують перероблених батарей.

Крім того, також вимагається, щоб імітаційне моделювання, термічні випробування, вібрація, удари та зовнішні короткі замикання були випробувані з використанням того самого зразка, який є відносно суворішим. Для випробувань на вібрацію ISO 12405 вимагає, щоб зразки вібрували за різних температур навколишнього середовища, рекомендовані висока та низька температури 75 ℃ та -40 ℃ відповідно. Інші стандарти не містять цієї вимоги.

Для випробування на вогонь, GB/T 31467 Експериментальний метод і налаштування параметрів у пункті 3 відповідають стандарту ISO 12405. Різниця несуттєва, обидва вони попередньо нагріті, спалюються безпосередньо та непрямо спалюються під час запалювання палива, але GB/T 31467 3 Якщо в зразку є полум'я, його необхідно загасити протягом 2 хвилин. ISO 12405 не вимагає часу для згасання полум’я. Тест на вогонь у SAE J2929 відрізняється від двох попередніх. Це вимагає, щоб зразок поміщався в контейнер для теплового випромінювання, швидко нагрівався до 890 ℃ протягом 90 секунд і витримувався протягом 10 хвилин, і жодні компоненти або речовини не повинні проходити через металеву сітчасту кришку, розміщену поза тестовим зразком.

4、 Недоліки в існуючих вітчизняних стандартах

Незважаючи на те, що розробка та випуск відповідних національних стандартів заповнили прогалину в комбінованих системах живлення літій-іонних батарей Китаю та були широко прийняті, все ще є недоліки.

Щодо об’єктів випробування: усі стандарти визначають лише випробування нових батарей, і немає відповідних правил чи вимог для використаних батарей. Батареї не мають проблем, коли залишають фабрику, що не означає, що вони все ще безпечні після використання протягом певного періоду часу. Тому необхідно проводити однакове тестування батарей, які використовувалися протягом різного часу, що еквівалентно регулярним фізичним оглядам.

З точки зору судження про результати: поточна основа судження є відносно широкою та єдиною, лише з положеннями щодо відсутності витоку, відсутності розриву оболонки, відсутності пожежі та відсутності вибуху, відсутність кількісної системи оцінки. Європейська комісія з автомобільних досліджень і розвитку технологій (EUCAR) розділила рівень шкідливості акумуляторів на 8 рівнів, що має певне довідкове значення.

З точки зору тестових елементів: GB/T31467 3. Не вистачає вмісту для тестування акумуляторних блоків і акумуляторних систем з точки зору управління температурою та температурного розгону, а показники термічної безпеки є вирішальними для батарей. Велике значення має те, як контролювати розбіг окремих акумуляторів і запобігати поширенню розбігу тепла, про що свідчить обов’язкове виконання «Технічних умов безпеки електробуса». Крім того, з точки зору застосування транспортного засобу, для неруйнівного тестування надійності, такого як надійність навколишнього середовища, необхідно додати тестування електричних характеристик після завершення тесту, щоб змоделювати вплив на продуктивність транспортного засобу після зміни навколишнього середовища.

З точки зору методів тестування: тестування життєвого циклу акумуляторних блоків і акумуляторних систем триває надто довго, що впливає на цикл розробки продукту, і його важко добре виконати. Проблемою є те, як розробити розумне прискорене тестування життєвого циклу.

5、 Підсумок

За останні роки Китай досяг значного прогресу в розробці та застосуванні стандартів живлення літій-іонних акумуляторів, але все ще існує певний розрив у порівнянні з іноземними стандартами. Окрім стандартів тестування, стандартна система для літій-іонних батарей у Китаї також поступово вдосконалюється в інших аспектах. 9 листопада 2016 року Міністерство промисловості та інформаційних технологій опублікувало «Комплексну технічну систему стандартизації для літій-іонних батарей», у якій зазначено, що майбутня стандартна система включає п’ять основних частин: базове загальне використання, матеріали та компоненти, проектування та виробництво. процеси, обладнання для виробництва та тестування, а також акумуляторні вироби. Серед них велике значення мають стандарти безпеки. З оновленням і розробкою акумуляторних батарей стандарти тестування також потребують вдосконалення відповідних технологій тестування. Крім того, це підвищує рівень безпеки акумуляторних батарей.