Primerjava standardov testiranja za napajanje litijevih baterij doma in v tujini

Primerjava standardov testiranja za napajanje litijevih baterij doma in v tujini

1、 Tuji standardi za napajanje litij-ionskih baterij

Tabela 1 navaja pogosto uporabljene standarde testiranja za litij-ionske baterije v tujini. Organi za izdajanje standardov vključujejo predvsem Mednarodno elektrotehnično komisijo (IEC), Mednarodno organizacijo za standardizacijo (ISO), Underwriters' Laboratories (UL) Združenih držav, Združenje avtomobilskih inženirjev (SAE) Združenih držav in ustrezne institucije Evropske unije.

1） Mednarodni standardi

Standardi za napajanje litij-ionskih baterij, ki jih je objavil IEC, vključujejo predvsem IEC 62660-1:2010 "Litij-ionske baterije za električna cestna vozila - 1. del: Preskušanje zmogljivosti" in IEC 62660-2:2010 "Litij-ionske baterije za električna vozila". cestna vozila – 2. del: Testiranje zanesljivosti in zlorabe«. UN 38, ki ga je izdala prometna komisija Združenih narodov. Zahteve za testiranje litijevih baterij v »Priporočilih, standardih in preskusnem priročniku Združenih narodov za prevoz nevarnega blaga« so namenjene varnosti baterij med prevozom.

Standardi, ki jih je razvil ISO na področju energetskih litij-ionskih baterij, vključujejo ISO 12405-1:2011 "Vozila z električnim pogonom - Preskusni postopki za litij-ionske akumulatorske sklope in sisteme - 1. del: Aplikacije z visoko močjo" ISO 12405-2: 2012 "Vozila z električnim pogonom - Litij-ionski akumulatorji in postopki testiranja sistemov - 2. del: Visokoenergijske aplikacije" in ISO 12405-3:2014 "Vozila z električnim pogonom - Litij-ionski akumulatorji in postopki testiranja sistemov - 3. del: Varnostne zahteve " ciljajo na visokozmogljive baterije, visokoenergijske baterije in zahteve glede varnosti, s ciljem proizvajalcem vozil zagotoviti izbirne predmete in metode testiranja.

2) Ameriški standardi

UL 2580:2011 »Akumulatorji za električna vozila« ocenjuje predvsem zanesljivost zlorabe akumulatorja in zmožnost zaščite osebja v primeru škode, ki jo povzroči zloraba. Ta standard je bil revidiran leta 2013.

SAE ima obsežen in celovit sistem standardov v avtomobilski industriji. SAE J2464: 2009 "Testiranje varnosti in zlorabe sistemov za shranjevanje energije z možnostjo polnjenja za električna in hibridna električna vozila", izdano leta 2009, je prva serija priročnikov za testiranje zlorabe akumulatorja vozil, ki se uporabljajo v Severni Ameriki in po svetu. Jasno določa obseg uporabe in podatke, ki jih je treba zbrati za posamezen predmet preskušanja, ter daje tudi priporočila za število vzorcev, potrebnih za predmet preskušanja.

SAE J2929: 2011 "Varnostni standardi za električne in hibridne baterijske sisteme" je varnostni standard, ki ga je predlagala SAE v povzemanju različnih prej izdanih standardov, povezanih z baterijami, vključno z dvema deloma: rutinskim testiranjem in neobičajnim testiranjem, do katerega lahko pride med delovanjem električnega vozila.

SAE J2380: 2013 "Vibration Testing of Electric Vehicle Batteries" je klasičen standard za vibracijsko testiranje baterij električnih vozil. Na podlagi zbranih statističnih rezultatov spektra vibracijske obremenitve dejanskega vozila, ki se vozi po cesti, je preskusna metoda bolj v skladu z vibracijsko situacijo dejanskih vozil in ima pomembno referenčno vrednost.

3 Drugi organizacijski standardi

Ameriško ministrstvo za energijo (DOE) je v prvi vrsti odgovorno za oblikovanje energetske politike, upravljanje energetske industrije ter raziskave in razvoj tehnologije, povezane z energijo. Leta 2002 je ameriška vlada ustanovila projekt "Freedom CAR" in zaporedoma izdala priročnik za testiranje akumulatorjev hibridnih električnih vozil Freedom CAR in priročnik za testiranje zlorabe sistema za shranjevanje energije za električna in hibridna vozila.

Združenje nemške avtomobilske industrije (VDA) je združenje, ustanovljeno v Nemčiji za poenotenje različnih standardov za domačo avtomobilsko industrijo. Izdani standardi so VDA 2007 "Preskušanje akumulatorskih sistemov za hibridna električna vozila", ki se osredotoča predvsem na testiranje delovanja in zanesljivosti litij-ionskih baterijskih sistemov za hibridna električna vozila.

2、 Domači standard za napajanje litij-ionskih baterij

Leta 2001 je Odbor za avtomobilsko standardizacijo izdal prvi vodilni tehnični dokument za testiranje litij-ionskih baterij električnih vozil na Kitajskem, GB/Z 18333 1: 2011 "Litij-ionske baterije za električna cestna vozila". Pri oblikovanju tega standarda se je skliceval na IEC 61960-2:2000 "Prenosne litijeve baterije in baterijski paketi - 2. del: Litijevi baterijski paketi", ki se uporablja za litij-ionske baterije in baterijske sklope v prenosnih napravah. Vsebina testiranja vključuje zmogljivost in varnost, vendar velja le za baterije 21,6 V in 14,4 V.

Leta 2006 je Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo izdalo QC/T 743 "Litij-ionske baterije za električna vozila", ki se je široko uporabljal v industriji in revidiran leta 2012. GB/Z 18333 1: 2001 in QC/T 743: 2006 sta standarda za individualno in modularno raven, z ozkim obsegom uporabe in vsebino testiranja, ki ne izpolnjuje več potreb hitro razvijajoče se industrije električnih vozil.

Leta 2015 je Nacionalna uprava za standardizacijo izdala vrsto standardov, vključno z GB/T 31484-2015 "Zahteve glede življenjske dobe in preskusne metode za električne baterije za električna vozila", GB/T 31485-2015 "Varnostne zahteve in preskusne metode za električne baterije za električna vozila", GB/T 31486-2015 "Zahteve glede električne zmogljivosti in preskusne metode za električne baterije za električna vozila", in GB/T 31467 1-2015 "Litij-ionski akumulatorski sklopi in sistemi za električna vozila - 1. del: Visoka postopki testiranja napajalne aplikacije, GB/T 31467 2-2015 "Litij-ionski akumulatorski sklopi in sistemi za električna vozila - 2. del: Postopki testiranja napajanja z visoko energijo, GB/T 31467 3 "Testni postopki za sisteme litij-ionske napajalne baterije za električna vozila - 3. del: Varnostne zahteve in preskusne metode.

GB/T 31485-2015 oziroma GB/T 31486-2015 se nanašata na testiranje varnosti in električne učinkovitosti posameznih enot/modulov. Serija GB/T 31467-2015 se nanaša na serijo ISO 12405 in je primerna za testiranje baterijskih paketov ali baterijskih sistemov. GB/T 31484-2015 je preskusni standard, posebej zasnovan za življenjsko dobo, s standardno življenjsko dobo, ki se uporablja za posamezne enote in module, in življenjsko dobo delovnega cikla, ki se uporablja za baterije in sisteme.

Ekonomska komisija za Evropo (ECE) R100 "Enotne določbe o odobritvi vozil glede na posebne zahteve za električna vozila" so posebna zahteva, ki jo je oblikovala ECE za električna vozila in je razdeljena na dva dela: prvi del ureja motor zaščita, sistemi za shranjevanje energije za ponovno polnjenje, funkcionalna varnost in emisije vodika celotnega vozila, drugi del pa dodaja posebne zahteve glede varnosti in zanesljivosti sistemov za shranjevanje energije za ponovno polnjenje.

Leta 2016 je Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo izdalo "Varnostne tehnične pogoje za električni avtobus", ki so celovito obravnavali električni udar osebja, zaščito pred vodnim prahom, požarno zaščito, varnost pri polnjenju, varnost pred trkom, daljinsko spremljanje in druge vidike. V celoti je izhajal iz obstoječih tradicionalnih standardov, povezanih z avtobusi in električnimi vozili, ter lokalnih standardov, kot sta Šanghaj in Peking, ter predstavil višje tehnične zahteve za električne baterije in dodal dve preskusni točki: termično odvajanje in toplotno oddaljevanje. Uradno je bilo uvedeno 1. januarja , 2017.

3、 Analiza domačih in mednarodnih standardov za napajanje litij-ionskih baterij

Večina mednarodnih standardov za napajanje litij-ionskih baterij je bila izdana okoli leta 2010, s številnimi revizijami in novimi standardi, ki so bili uvedeni drug za drugim. GB/Z 18333 1: 2001 je bil izdan leta 2001, kar kaže, da se kitajski standardi za litij-ionske baterije za električna vozila v svetu niso začeli pozno, vendar je bil njihov razvoj relativno počasen. Od izdaje standarda QC/T 743 leta 2006 na Kitajskem dolgo ni bilo nobene posodobitve standarda in pred izdajo novega nacionalnega standarda leta 2015 ni bilo nobenih standardov za baterije ali sisteme. Navedeni domači in tuji standardi se razlikujejo po obsegu uporabe, vsebini testnih nalog, resnosti testnih postavk in merilih presoje.

1） Področje uporabe

Serije IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 in GB/T 31485 so testi za posamezne in modulske nivoje baterij, medtem ko so serije UL2580, SAE J2929, ISO12405 in GB/T 31467 uporabne za testiranje baterij paketi in baterijski sistemi. Poleg standarda IEC 62660 drugi standardi v tujini na splošno vključujejo testiranje na ravni baterije ali sistema, na primer SAE J2929 in ECE R100 2, celo omenjeno testiranje na ravni vozila. To kaže, da formulacija tujih standardov bolj upošteva uporabo baterij v celotnem vozilu, kar je bolj v skladu s potrebami praktičnih aplikacij.

2） Preizkusite vsebino predmeta

Na splošno lahko vse preskusne elemente razdelimo v dve kategoriji: električna zmogljivost in varnostna zanesljivost, medtem ko lahko varnostno zanesljivost nadalje razdelimo na mehansko zanesljivost, okoljsko zanesljivost, zanesljivost pred zlorabo in električno zanesljivost.

Mehanska zanesljivost simulira mehanske obremenitve, ki jih vozilo doživi med vožnjo, kot so vibracije, ki simulirajo neravnine vozila na cestišču; Okoljska zanesljivost simulira vzdržljivost vozil v različnih podnebjih, kot je temperaturno cikliranje, ki simulira položaj vozil, ki se vozijo naprej in nazaj v hladnih in vročih območjih z velikimi temperaturnimi razlikami med dnevom in nočjo; Zloraba zanesljivosti, kot je požar, za oceno varnosti baterij v primeru nepravilne uporabe; Električna zanesljivost, kot so predmeti zaščitnega testiranja, v glavnem preverja, ali lahko sistem za upravljanje baterije (BMS) igra zaščitno vlogo v kritičnih trenutkih.

Kar zadeva baterijske celice, je IEC 62660 razdeljen na dva neodvisna standarda, IEC 62660-1 in IEC 62660-2, ki ustrezata testiranju zmogljivosti oziroma zanesljivosti. GB/T 31485 in GB/T 31486 sta se razvila iz QC/T 743, odpornost proti tresljajem pa je v GB/T 31486 razvrščena kot preskus zmogljivosti, saj ta postavka preučuje vpliv vibracij baterije na delovanje baterije. V primerjavi z IEC 62660-2 so predmeti testiranja GB/T 31485 strožji, na primer dodajanje akupunkture in potopitve v morsko vodo.

Kar zadeva preskušanje paketa baterij in baterijskega sistema, tako električne zmogljivosti kot zanesljivosti, ameriški standard zajema večino predmetov testiranja. Kar zadeva preizkušanje delovanja, ima DOE/ID-11069 več preskusnih postavk kot drugi standardi, kot so karakteristike hibridne impulzne moči (HPPC), stabilnost delovnih nastavljenih točk, koledarska življenjska doba, referenčna zmogljivost, impedančni spekter, testiranje inšpekcijskega nadzora modulov, toplota upravljanje obremenitve in testiranje na ravni sistema v kombinaciji s preverjanjem življenjske dobe.

Analitske metode za rezultate preskusa električne učinkovitosti so podrobno opisane v dodatku k standardu. Med njimi je testiranje HPPC mogoče uporabiti za odkrivanje konične moči električnih baterij, metoda testiranja notranjega upora enosmernega toka, ki izhaja iz tega, pa se pogosto uporablja pri preučevanju značilnosti notranjega upora akumulatorja. Kar zadeva zanesljivost, ima UL2580 več predmetov testiranja kot drugi standardi, kot so neuravnoteženo polnjenje paketa baterij, napetostna upornost, izolacija, preskušanje kontinuitete in preskušanje napak sistema za stabilnost hlajenja/gretja. Vključuje tudi osnovno varnostno testiranje komponent paketa baterij na proizvodni liniji in krepi zahteve glede varnostnega pregleda v BMS, hladilnem sistemu in zasnovi zaščitnega vezja. SAE J2929 predlaga izvedbo analize napak na različnih delih akumulatorskega sistema in shranjevanje ustrezne dokumentacije, vključno z ukrepi za izboljšanje, ki omogočajo enostavno prepoznavanje napak.

Serija standardov ISO 12405 vključuje vidike delovanja in varnosti baterij. ISO 12405-1 je standard za testiranje zmogljivosti baterije za aplikacije z visoko porabo energije, medtem ko je ISO 12405-2 standard za testiranje zmogljivosti baterije za aplikacije z visoko porabo energije. Prvi vključuje še dve vsebini: hladni zagon in vroč zagon. Serija GB/T 31467 združuje status razvoja električnih baterij na Kitajskem in je spremenjena glede na vsebino standarda serije ISO 12405.

Od ostalih standardov se razlikujeta SAE J 2929 in ECE R100. Oba vključujeta zahteve za visokonapetostno zaščito in spadata v varnostno kategorijo električnih vozil. Ustrezni preskusni elementi na Kitajskem so navedeni v GB/T 18384 in GB/T 31467 3 poudarja, da morata baterijski paket in baterijski sistem izpolnjevati zahteve GB/T 18384 pred izvedbo varnostnih preskusov 1 in GB/T 18384 3. Ustrezno zahteve.

3) Resnost

Za isto preizkušeno postavko se razlikujejo tudi preskusne metode in merila presoje, določena v različnih standardih. Na primer, za stanje napolnjenosti (SOC) preskusnih vzorcev GB/T 31467 3 zahteva, da je vzorec popolnoma napolnjen; ISO 12405 zahteva SOC baterije tipa power 50 % in SOC baterije tipa power 100 %; ECE R100 2. Zahtevajte, da je SOC baterije nad 50 %; UN38. 3 ima različne zahteve za različne testne elemente, nekateri testni elementi pa zahtevajo tudi reciklirane baterije.

Poleg tega se zahteva tudi, da je treba testirati visoko simulacijo, toplotno testiranje, vibracije, udarce in zunanje kratke stike z uporabo istega vzorca, kar je relativno strožje. Za testiranje vibracij ISO 12405 zahteva, da vzorci vibrirajo pri različnih temperaturah okolja, pri čemer je priporočena visoka in nizka temperatura 75 ℃ oziroma -40 ℃. Drugi standardi nimajo te zahteve.

Za preskus požara GB/T 31467 Eksperimentalna metoda in nastavitve parametrov v 3 so skladne z ISO 12405. Razlika ni bistvena, oba sta predhodno segreta, neposredno zgorela in posredno zgorela z vžigom goriva, vendar GB/T 31467 3 Če je v vzorcu plamen, ga je treba ugasniti v 2 minutah. ISO 12405 ne zahteva časa, da plamen ugasne. Požarni test v SAE J2929 se razlikuje od prejšnjih dveh. Zahteva, da se vzorec postavi v posodo za toplotno sevanje, se hitro segreje na 890 ℃ v 90 sekundah in vzdržuje 10 minut, nobena komponenta ali snov pa ne sme preiti skozi pokrov iz kovinske mreže, nameščen zunaj preskusnega vzorca.

4、 Pomanjkljivosti v obstoječih domačih standardih

Čeprav sta formulacija in izdaja ustreznih nacionalnih standardov zapolnila vrzel v kitajskih kombiniranih sistemih litij-ionskih baterij in bila široko sprejeta, še vedno obstajajo pomanjkljivosti.

Kar zadeva testne predmete: Vsi standardi določajo samo testiranje novih baterij, za rabljene baterije pa ni ustreznih predpisov ali zahtev. Baterije ob izstopu iz tovarne nimajo težav, kar pa ne pomeni, da so tudi po daljši uporabi varne. Zato je treba na baterijah, ki se uporabljajo različno dolgo, opraviti enako testiranje, kar je enakovredno rednim fizičnim pregledom.

Kar zadeva presojo rezultatov: Trenutna osnova za presojo je razmeroma široka in enotna, z določbami samo o odsotnosti puščanja, razpoka lupine, požara in eksplozije, brez merljivega sistema ocenjevanja. Evropska komisija za avtomobilske raziskave in tehnološki razvoj (EUCAR) je stopnjo škodljivosti baterij razdelila na 8 stopenj, kar ima določen referenčni pomen.

Kar zadeva preskusne postavke: GB/T31467 3. Primanjkuje vsebine testiranja baterijskih paketov in baterijskih sistemov v smislu toplotnega upravljanja in toplotnega uhajanja, toplotna varnost pa je ključnega pomena za baterije. Kako obvladovati toplotni odtok posameznih akumulatorjev in preprečiti širjenje toplotnega odmetavanja je velikega pomena, kar dokazuje obvezna izvedba »Varnostno tehničnih pogojev za električni avtobus«. Poleg tega je treba z vidika uporabe vozila za neporušitveno preskušanje zanesljivosti, kot je okoljska zanesljivost, po zaključku preskusa dodati preskušanje električnega delovanja, da se simulira vpliv delovanja vozila po okoljskih spremembah.

Kar zadeva preskusne metode: Preskušanje življenjske dobe baterijskih paketov in baterijskih sistemov traja predolgo, kar vpliva na razvojni cikel izdelka in ga je težko dobro izvesti. Kako razviti razumno pospešeno testiranje življenjskega cikla je izziv.

5、 Povzetek

V zadnjih letih je Kitajska dosegla velik napredek pri oblikovanju in uporabi standardov za napajanje litij-ionskih baterij, vendar še vedno obstaja določena vrzel v primerjavi s tujimi standardi. Poleg standardov testiranja se standardni sistem za litij-ionske baterije na Kitajskem postopoma izboljšuje tudi v drugih vidikih. Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo je 9. novembra 2016 izdalo "Celovit standardizacijski tehnični sistem za litij-ionske baterije", ki je poudaril, da prihodnji standardni sistem vključuje pet glavnih delov: osnovno splošno uporabo, materiale in komponente, načrtovanje in proizvodnjo. procesi, oprema za proizvodnjo in testiranje ter baterijski izdelki. Med njimi so varnostni standardi velikega pomena. S posodobitvijo in razvojem izdelkov za napajalne baterije morajo standardi testiranja izboljšati tudi ustrezne tehnologije testiranja. Poleg tega povečuje raven varnosti napajalnih baterij.