Сравнение на стандартите за изпитване на захранващи литиеви батерии у дома и в чужбина

Сравнение на стандартите за изпитване на захранващи литиеви батерии у дома и в чужбина

1、 Чужди стандарти за захранване на литиево-йонни батерии

Таблица 1 изброява често използваните стандарти за изпитване на литиево-йонни батерии в чужбина. Органите за издаване на стандарти включват главно Международната електротехническа комисия (IEC), Международната организация по стандартизация (ISO), Лабораториите на застрахователите (UL) на Съединените щати, Обществото на автомобилните инженери (SAE) на Съединените щати и съответните институции на Европейския съюз.

1) Международни стандарти

Стандартите за захранващи литиево-йонни батерии, публикувани от IEC, включват главно IEC 62660-1:2010 „Литиево-йонни батерийни модули за електрически пътни превозни средства – Част 1: Тестване на ефективността“ и IEC 62660-2:2010 „Литиево-йонни батерийни модули за електрически пътни превозни средства - Част 2: Изпитване за надеждност и злоупотреба". UN 38, издаден от Транспортната комисия на ООН. Изискванията за изпитване на литиеви батерии в „Препоръки, стандарти и наръчник за изпитване на ООН за транспортиране на опасни товари“ са насочени към безопасността на батериите по време на транспортиране.

Стандартите, разработени от ISO в областта на захранващите литиево-йонни батерии, включват ISO 12405-1:2011 „Превозни средства с електрическо задвижване – Процедури за изпитване на литиево-йонни захранващи батерийни пакети и системи – Част 1: Приложения с висока мощност“ ISO 12405-2: 2012 „Превозни средства с електрическо задвижване – Пакети с литиево-йонни батерии и процедури за изпитване на системи – Част 2: Приложения с висока енергия“ и ISO 12405-3:2014 „Превозни средства с електрическо задвижване – Пакети с литиево-йонни батерии и процедури за изпитване на системи – Част 3: Изисквания за безопасност " съответно са насочени към батерии с висока мощност, батерии с висока мощност и изисквания за безопасност, с цел да предоставят на производителите на превозни средства незадължителни елементи и методи за изпитване.

2） Американски стандарти

UL 2580:2011 „Батерии за електрически превозни средства“ основно оценява надеждността на злоупотребата с батерията и способността за защита на персонала в случай на вреда, причинена от злоупотреба. Този стандарт беше преработен през 2013 г.

SAE има обширна и всеобхватна стандартна система в автомобилната индустрия. SAE J2464: 2009 „Тестване за безопасност и злоупотреба на акумулаторни системи за съхранение на енергия за електрически и хибридни електрически превозни средства“, издадено през 2009 г., е ранна група от ръководства за тестване на злоупотреба с акумулатори на превозни средства, прилагани в Северна Америка и света. Той ясно определя обхвата на приложение и данните, които трябва да бъдат събрани за всеки тестов елемент, и също така дава препоръки за броя на пробите, необходими за тестовия елемент.

SAE J2929: 2011 „Стандарти за безопасност за електрически и хибридни батерийни системи“ е стандарт за безопасност, предложен от SAE в обобщение на различни издадени преди това стандарти, свързани с батерии, включително две части: рутинно тестване и необичайно тестване, което може да възникне по време на работа на електрическо превозно средство.

SAE J2380: 2013 „Тестване на вибрации на батерии за електрически превозни средства“ е класически стандарт за изпитване на вибрации на батерии за електрически превозни средства. Въз основа на събраните статистически резултати от спектъра на вибрационно натоварване при действително шофиране на превозно средство по пътя, методът на изпитване е в по-голямо съответствие с вибрационната ситуация на действителните превозни средства и има важна референтна стойност.

3 Други организационни стандарти

Министерството на енергетиката на САЩ (DOE) отговаря основно за формулирането на енергийната политика, управлението на енергийната индустрия и свързаните с енергетиката технологични изследвания и разработки. През 2002 г. правителството на САЩ създаде проекта "Freedom CAR" и последователно издаде ръководството за тестване на батериите на хибридни електрически превозни средства с електрозахранване Freedom CAR и ръководството за тестване на злоупотреба със системата за съхранение на енергия за електрически и хибридни превозни средства.

Германската асоциация на автомобилната индустрия (VDA) е асоциация, създадена в Германия, за да обедини различни стандарти за местната автомобилна индустрия. Издадените стандарти са VDA 2007 „Тестване на акумулаторни системи за хибридни електрически превозни средства“, които се фокусират основно върху тестване на производителността и надеждността на литиево-йонни батерийни системи за хибридни електрически превозни средства.

2、 Вътрешен стандарт за литиево-йонни батерии

In 2001, the Automotive Standardization Committee issued the first guiding technical document for lithium-ion battery testing of electric vehicles in China, GB/Z 18333 1: 2011 "Lithium ion batteries for electric road vehicles". When formulating this standard, reference was made to IEC 61960-2:2000 "Portable lithium batteries and battery packs - Part 2: Lithium battery packs", which is used for lithium-ion batteries and battery packs in portable devices. The testing content includes performance and safety, but is only applicable to batteries of 21.6V and 14.4V.

През 2006 г. Министерството на промишлеността и информационните технологии издаде QC/T 743 „Литиево-йонни батерии за електрически превозни средства“, който беше широко използван в индустрията и преработен през 2012 г. GB/Z 18333 1: 2001 и QC/T 743: 2006 са както стандарти за индивидуални, така и за модулни нива, с тесен обхват на приложение и тестово съдържание, което вече не отговаря на нуждите на бързо развиващата се индустрия за електрически превозни средства.

През 2015 г. Националната администрация по стандартизация издаде серия от стандарти, включително GB/T 31484-2015 „Изисквания за цикъл на живот и методи за изпитване на захранващи батерии за електрически превозни средства“, GB/T 31485-2015 „Изисквания за безопасност и методи за изпитване на захранващи батерии за електрически превозни средства“, GB/T 31486-2015 „Изисквания за електрическа ефективност и методи за изпитване на захранващи батерии за електрически превозни средства“ и GB/T 31467 1-2015 „Литиево-йонни батерийни пакети и системи за електрически превозни средства – Част 1: Високо ниво процедури за изпитване на захранващи приложения, GB/T 31467 2-2015 „Литиево-йонни батерийни пакети и системи за електрически превозни средства – Част 2: Процедури за изпитване на високоенергийни приложения, GB/T 31467 3 „Процедури за изпитване на системи за литиево-йонни батерии за електрически превозни средства - Част 3: Изисквания за безопасност и методи за изпитване.

GB/T 31485-2015 и GB/T 31486-2015 съответно се отнасят за изпитване на безопасността и електрическите характеристики на отделни единици/модули. Серията GB/T 31467-2015 се отнася за серията ISO 12405 и е подходяща за тестване на батерийни пакети или батерийни системи. GB/T 31484-2015 е стандарт за изпитване, специално проектиран за цикъл на живот, със стандартен цикъл на живот, използван за отделни единици и модули, и експлоатационен живот на цикъл, използван за батерийни пакети и системи.

Икономическа комисия за Европа (ECE) R100 „Единните разпоредби за одобрение на превозни средства по отношение на специалните изисквания за електрически превозни средства“ е специфично изискване, формулирано от ECE за електрически превозни средства, което е разделено на две части: първата част регулира двигателя защита, акумулаторни системи за съхранение на енергия, функционална безопасност и водородни емисии на цялото превозно средство, а втората част добавя специфични изисквания за безопасността и надеждността на презареждаемите системи за съхранение на енергия.

През 2016 г. Министерството на промишлеността и информационните технологии издаде „Технически условия за безопасност за електрически автобуси“, които изчерпателно разглеждат токов удар на персонала, защита от воден прах, противопожарна защита, безопасност при зареждане, безопасност при сблъсък, дистанционно наблюдение и други аспекти. Той изцяло се основава на съществуващите традиционни стандарти, свързани с автобуси и електрически превозни средства, и местни стандарти като Шанхай и Пекин, и излага по-високи технически изисквания за захранващи батерии, добавяйки два тестови елемента: термично бягане и термично бягащо разширение. Беше официално въведено на 1 януари , 2017 г.

3、 Анализ на местни и международни стандарти за захранване на литиево-йонни батерии

Повечето от международните стандарти за захранване на литиево-йонни батерии бяха издадени около 2010 г., като много ревизии и нови стандарти бяха въведени една след друга. GB/Z 18333 1: 2001 е издаден през 2001 г., което показва, че китайските стандарти за литиево-йонни батерии за електрически превозни средства не са започнали късно в света, но тяхното развитие е относително бавно. От пускането на стандарта QC/T 743 през 2006 г. в Китай дълго време не е имало стандартна актуализация и преди пускането на новия национален стандарт през 2015 г. нямаше стандарти за батерийни пакети или системи. Горните местни и чуждестранни стандарти се различават по отношение на обхвата на приложение, съдържанието на тестовите елементи, тежестта на тестовите елементи и критериите за преценка.

1) Обхват на приложение

Серията IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 и GB/T 31485 са тестове за индивидуални и модулни нива на батерии, докато сериите UL2580, SAE J2929, ISO12405 и GB/T 31467 са приложими за тестване на батерии пакети и батерийни системи. В допълнение към IEC 62660, други стандарти в чужбина обикновено включват тестване на батерии или системно ниво, като SAE J2929 и ECE R100 2 дори споменават тестване на ниво превозно средство. Това показва, че формулировката на чуждестранните стандарти отчита повече приложението на батериите в цялото превозно средство, което е в по-голямо съответствие с нуждите на практическите приложения.

2） Съдържание на тестов елемент

Като цяло, всички тестови елементи могат да бъдат разделени на две категории: електрическа производителност и надеждност на безопасността, докато надеждността на безопасността може да бъде допълнително разделена на механична надеждност, екологична надеждност, надеждност при злоупотреба и електрическа надеждност.

Механичната надеждност симулира механичното напрежение, което превозното средство изпитва по време на шофиране, като например вибрации, симулиращи неравностите на превозното средство върху пътната повърхност; Екологичната надеждност симулира издръжливостта на превозните средства в различни климатични условия, като температурни цикли, симулиращи ситуацията на превозни средства, движещи се напред и назад в студени и горещи зони с големи температурни разлики между деня и нощта; Злоупотреба с надеждността, като пожар, за оценка на безопасността на батериите в случай на неправилна употреба; Електрическата надеждност, като защитни тестови елементи, основно проверява дали системата за управление на батерията (BMS) може да играе защитна роля в критични моменти.

По отношение на батерийните клетки, IEC 62660 е разделен на два независими стандарта, IEC 62660-1 и IEC 62660-2, които съответстват съответно на тестове за производителност и надеждност. GB/T 31485 и GB/T 31486 са еволюирали от QC/T 743, а устойчивостта на вибрации е класифицирана като тест за производителност в GB/T 31486, тъй като този тестов елемент изследва въздействието на вибрациите на батерията върху производителността на батерията. В сравнение с IEC 62660-2, тестовите елементи на GB/T 31485 са по-строги, като добавяне на акупунктура и потапяне в морска вода.

По отношение на тестването на батерийния пакет и батерийната система, както на електрическата производителност, така и на надеждността, стандартът на САЩ обхваща повечето тестови елементи. От гледна точка на тестване на производителността, DOE/ID-11069 има повече тестови елементи от други стандарти, като хибридни импулсни мощностни характеристики (HPPC), стабилност на работните зададени точки, календарен живот, референтна производителност, спектър на импеданс, тестване за контрол на модула, термично управление на натоварването и тестване на ниво система, комбинирано с проверка на живота.

Методите за анализ на резултатите от изпитването на електрически характеристики са описани подробно в приложението към стандарта. Сред тях HPPC тестването може да се използва за откриване на пиковата мощност на захранващите батерии, а методът за изпитване на вътрешното съпротивление при постоянен ток, получен от това, е широко използван в изследването на характеристиките на вътрешното съпротивление на батерията. По отношение на надеждността, UL2580 има повече елементи за тестване от други стандарти, като небалансирано зареждане на батерията, съпротивление на напрежение, изолация, тестване на непрекъснатост и тестване на грешки в системата за стабилност на охлаждане/отопляване. Той също така включва основни тестове за безопасност за компонентите на батерийния пакет на производствената линия и засилва изискванията за преглед на безопасността в BMS, охладителната система и дизайна на защитната верига. SAE J2929 предлага да се извърши анализ на грешките на различни части на акумулаторната система и да се запази съответната документация, включително мерки за подобрение, които лесно идентифицират грешките.

Серията от стандарти ISO 12405 включва аспектите както на производителността, така и на безопасността на батериите. ISO 12405-1 е стандарт за тестване на ефективността на батерията за приложения с висока мощност, докато ISO 12405-2 е стандарт за тестване на ефективността на батерията за приложения с висока мощност. Първият включва още две съдържания: студен старт и горещ старт. Серията GB/T 31467 съчетава състоянието на развитие на батериите за захранване в Китай и е модифицирана според съдържанието на стандарта от серия ISO 12405.

Различни от другите стандарти са SAE J 2929 и ECE R100. И двата включват изисквания за защита от високо напрежение и принадлежат към категорията за безопасност на електрическите превозни средства. Съответните тестови елементи в Китай са изброени в GB/T 18384 и GB/T 31467 3 посочва, че батерията и системата от батерии трябва да отговарят на изискванията на GB/T 18384 преди провеждането на тестове за безопасност 1 и GB/T 18384 3. От значение изисквания.

3) Тежест

За един и същи тестов елемент методите за тестване и критериите за преценка, определени в различни стандарти, също са различни. Например, за състоянието на зареждане (SOC) на тестовите проби, GB/T 31467 3 изисква пробата да бъде напълно заредена; ISO 12405 изисква SOC на енергийна батерия от 50% и SOC на енергийна батерия от 100%; ECE R100 2. Изискване SOC на батерията да бъде над 50%; UN38. 3 има различни изисквания за различните тестови елементи, а някои тестови елементи също изискват рециклирани батерии.

Освен това се изисква също висока симулация, термично изпитване, вибрации, удар и външни къси съединения да бъдат тествани с помощта на една и съща проба, което е относително по-строго. За изпитване на вибрации, ISO 12405 изисква пробите да вибрират при различни температури на околната среда, с препоръчителни високи и ниски температури съответно от 75 ℃ и -40 ℃. Други стандарти нямат това изискване.

За теста за пожар, GB/T 31467. Експерименталният метод и настройките на параметрите в 3 са в съответствие с ISO 12405. Разликата не е значителна, и двете са предварително загряти, директно изгорени и непряко изгорени чрез възпламеняване на гориво, но GB/T 31467 3 .Ако в пробата има пламък, той трябва да бъде изгасен в рамките на 2 минути. ISO 12405 не изисква време за изгасване на пламъка. Тестът за пожар в SAE J2929 е различен от предишните два. Изисква се пробата да се постави в контейнер за термично излъчване, бързо да се нагрее до 890 ℃ в рамките на 90 секунди и да се поддържа в продължение на 10 минути, като никакви компоненти или вещества не трябва да преминават през металния мрежест капак, поставен извън тестовата проба.

4、 Недостатъци в съществуващите вътрешни стандарти

Въпреки че формулирането и пускането на съответните национални стандарти запълни празнината в системите за комбиниране на литиево-йонни батерии в Китай и бяха широко приети, все още има недостатъци.

По отношение на тестовите обекти: Всички стандарти уточняват тестването само на нови батерии и няма съответни разпоредби или изисквания за използвани батерии. Батериите нямат проблеми при излизане от фабриката, което не означава, че са все още безопасни след използване за определен период от време. Следователно е необходимо да се проведе едно и също тестване на батерии, използвани за различно време, което е еквивалентно на редовни физически прегледи.

От гледна точка на оценката на резултата: Настоящата база за оценка е сравнително широка и единна, с разпоредби само за липса на изтичане, липса на разкъсване на обвивката, липса на пожар и експлозия, като липсва количествено измерима система за оценка. Европейската комисия за автомобилни изследвания и технологично развитие (EUCAR) раздели нивото на вредност на батериите на 8 нива, което има определено референтно значение.

От гледна точка на тестови елементи: GB/T31467 3. Липсва тестово съдържание за батерийни пакети и батерийни системи по отношение на термичното управление и термичното отклонение, а ефективността на термичната безопасност е от решаващо значение за батериите. Как да се контролира термичният бягство на отделните батерии и да се предотврати разпространението на термичния бягство е от голямо значение, както се вижда от задължителното прилагане на „Техническите условия за безопасност на електрическия автобус“. Освен това, от гледна точка на приложението на превозното средство, за безразрушителен тест за надеждност, като например екологична надеждност, е необходимо да се добави изпитване на електрическата ефективност след приключване на теста, за да се симулира въздействието на работата на превозното средство след претърпяване на промени в околната среда.

По отношение на методите за тестване: Тестването на жизнения цикъл на батерийните пакети и батерийните системи отнема твърде дълго време, което се отразява на цикъла на разработване на продукта и е трудно за добро изпълнение. Как да се разработи разумно ускорено тестване на жизнения цикъл е предизвикателство.

5、 Резюме

През последните години Китай постигна голям напредък във формулирането и прилагането на стандарти за захранване на литиево-йонни батерии, но все още има известна разлика в сравнение с чуждестранните стандарти. В допълнение към стандартите за тестване, стандартната система за литиево-йонни батерии в Китай постепенно се подобрява и в други аспекти. На 9 ноември 2016 г. Министерството на промишлеността и информационните технологии пусна „Цялостна стандартизираща техническа система за литиево-йонни батерии“, която посочи, че бъдещата стандартна система включва пет основни части: основна обща употреба, материали и компоненти, проектиране и производство процеси, оборудване за производство и тестване и батерийни продукти. Сред тях стандартите за безопасност са от голямо значение. С актуализирането и разработването на продукти за захранващи батерии стандартите за тестване също трябва да подобрят съответните технологии за тестване. Освен това, това повишава нивото на безопасност на захранващите батерии.