Сравнение стандартов испытаний силовых литиевых батарей в стране и за рубежом

Сравнение стандартов испытаний силовых литиевых батарей в стране и за рубежом

1. Зарубежные стандарты для литий-ионных аккумуляторов.

В таблице 1 перечислены широко используемые стандарты испытаний литий-ионных аккумуляторов за рубежом. К органам, выдающим стандарты, в основном относятся Международная электротехническая комиссия (МЭК), Международная организация по стандартизации (ISO), Лаборатории страховщиков (UL) США, Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE) США и соответствующие организации, выдающие стандарты. учреждения Европейского Союза.

1) Международные стандарты

Стандарты силовых литий-ионных аккумуляторов, выпущенные IEC, в основном включают IEC 62660-1:2010 «Блоки силовых литий-ионных аккумуляторов для дорожных электромобилей. Часть 1: Испытание рабочих характеристик» и IEC 62660-2:2010 «Блоки силовых литий-ионных аккумуляторов для электрических транспортных средств». дорожные транспортные средства. Часть 2: Проверка надежности и злоупотреблений». ООН 38, выданный Транспортной комиссией ООН. Требования к испытаниям литиевых батарей, содержащиеся в «Рекомендациях, стандартах и ​​руководстве по испытаниям Организации Объединенных Наций по транспортировке опасных грузов», направлены на безопасность батарей во время транспортировки.

Стандарты, разработанные ISO в области силовых литий-ионных аккумуляторов, включают ISO 12405-1:2011 «Транспортные средства с электроприводом. Процедуры испытаний блоков и систем литий-ионных аккумуляторных батарей. Часть 1. Применения высокой мощности». ISO 12405-2: 2012 «Электрические транспортные средства. Литий-ионные аккумуляторные батареи и процедуры тестирования систем. Часть 2. Высокоэнергетические применения» и ISO 12405-3: 2014 «Электрические транспортные средства. Литий-ионные аккумуляторные батареи и процедуры тестирования систем. Часть 3. Требования безопасности. «соответственно нацелены на аккумуляторы большой мощности, аккумуляторы высокой энергии и требования к безопасности с целью предоставить производителям транспортных средств дополнительные элементы и методы тестирования.

2) Американские стандарты

UL 2580:2011 «Аккумуляторы для электромобилей» в основном оценивает надежность неправильного использования аккумуляторов и способность защитить персонал в случае вреда, причиненного в результате неправильного обращения. Этот стандарт был пересмотрен в 2013 году.

SAE имеет обширную и всеобъемлющую систему стандартов в автомобильной промышленности. SAE J2464: 2009 «Испытание на безопасность и злоупотребление перезаряжаемыми системами хранения энергии для электрических и гибридных электромобилей», выпущенное в 2009 году, представляет собой раннюю серию руководств по испытаниям аккумуляторов транспортных средств, применяемых в Северной Америке и во всем мире. В нем четко указана сфера применения и данные, которые необходимо собрать для каждого элемента тестирования, а также приведены рекомендации по количеству образцов, необходимых для элемента тестирования.

SAE J2929: 2011 «Стандарты безопасности для электрических и гибридных аккумуляторных систем» — это стандарт безопасности, предложенный SAE для обобщения различных ранее выпущенных стандартов, связанных с силовыми батареями, включающий две части: плановые испытания и аномальные испытания, которые могут возникнуть во время работы электромобиля.

SAE J2380: 2013 «Испытание аккумуляторов электромобилей на вибрацию» — это классический стандарт испытаний аккумуляторов электромобилей на вибрацию. Основываясь на собранных статистических результатах спектра вибрационных нагрузок реальных транспортных средств, движущихся по дороге, метод испытаний больше соответствует вибрационной ситуации реальных транспортных средств и имеет важное справочное значение.

3 Другие организационные стандарты

Министерство энергетики США (DOE) несет основную ответственность за формулирование энергетической политики, управление энергетической отраслью, а также исследования и разработки технологий, связанных с энергетикой. В 2002 году правительство США учредило проект «Freedom CAR» и последовательно выпустило руководство по тестированию аккумуляторов гибридных электромобилей с усилителем Freedom CAR и руководство по тестированию на злоупотребление системой хранения энергии для электрических и гибридных транспортных средств.

Немецкая ассоциация автомобильной промышленности (VDA) — это ассоциация, созданная в Германии с целью унификации различных стандартов для отечественной автомобильной промышленности. Выпущенными стандартами являются VDA 2007 «Тестирование аккумуляторных систем для гибридных электромобилей», в которых основное внимание уделяется испытаниям производительности и надежности систем литий-ионных аккумуляторов для гибридных электромобилей.

2. Внутренний стандарт для литий-ионных аккумуляторов.

В 2001 году Комитет автомобильной стандартизации выпустил первый в Китае руководящий технический документ по испытаниям литий-ионных аккумуляторов электромобилей GB/Z 18333 1: 2011 «Литий-ионные аккумуляторы для дорожных электромобилей». При разработке этого стандарта была сделана ссылка на IEC 61960-2:2000 «Портативные литиевые батареи и аккумуляторные блоки. Часть 2: Литиевые аккумуляторные блоки», который используется для литий-ионных батарей и аккумуляторных блоков в портативных устройствах. Содержание тестирования включает в себя производительность и безопасность, но применимо только к батареям напряжением 21,6 В и 14,4 В.

В 2006 году Министерство промышленности и информационных технологий выпустило QC/T 743 «Литий-ионные аккумуляторы для электромобилей», который широко использовался в промышленности и был пересмотрен в 2012 году. GB/Z 18333 1: 2001 и QC/T 743: 2006 года — это стандарты как для индивидуального, так и для модульного уровня, с узким диапазоном применения и содержанием испытаний, которые больше не отвечают потребностям быстро развивающейся отрасли электромобилей.

В 2015 году Национальное управление по стандартизации выпустило ряд стандартов, в том числе GB/T 31484-2015 «Требования к сроку службы и методы испытаний силовых аккумуляторов для электромобилей», GB/T 31485-2015 «Требования безопасности и методы испытаний силовых аккумуляторов». для электромобилей», GB/T 31486-2015 «Требования к электрическим характеристикам и методы испытаний силовых аккумуляторов для электромобилей» и GB/T 31467 1-2015 «Литий-ионные аккумуляторные батареи и системы для электромобилей. Часть 1: Высокая Процедуры испытаний силовых приложений, GB/T 31467 2-2015 «Литий-ионные аккумуляторные батареи и системы для электромобилей. Часть 2. Процедуры испытаний высокоэнергетических приложений», GB/T 31467 3 «Процедуры испытаний систем литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей». - Часть 3: Требования безопасности и методы испытаний.

GB/T 31485-2015 и GB/T 31486-2015 соответственно относятся к испытаниям безопасности и электрических характеристик отдельных блоков/модулей. Серия GB/T 31467-2015 относится к серии ISO 12405 и подходит для тестирования аккумуляторных блоков или аккумуляторных систем. GB/T 31484-2015 — это стандарт тестирования, специально разработанный для определения срока службы, при этом стандартный срок службы используется для отдельных блоков и модулей, а срок рабочего цикла используется для аккумуляторных блоков и систем.

Европейская экономическая комиссия (ЕЭК) R100 «Единые положения по допуску транспортных средств в отношении специальных требований к электромобилям» — это специальное требование, сформулированное ЕЭК для электромобилей, которое разделено на две части: первая часть регулирует работу двигателя. защита, перезаряжаемые системы хранения энергии, функциональная безопасность и выбросы водорода всего автомобиля, а вторая часть добавляет конкретные требования к безопасности и надежности перезаряжаемых систем хранения энергии.

В 2016 году Министерство промышленности и информационных технологий выпустило «Технические условия безопасности для электробусов», в которых всесторонне учтены поражение электрическим током персонала, защита от водяной пыли, противопожарная защита, безопасность зарядки, безопасность при столкновении, дистанционный мониторинг и другие аспекты. Он полностью основан на существующих традиционных стандартах, касающихся автобусов и электромобилей, а также местных стандартах, таких как Шанхай и Пекин, и выдвигает более высокие технические требования к силовым батареям, добавляя два тестовых элемента: тепловой разгон и тепловое расширение. Он был официально реализован 1 января. , 2017.

3、 Анализ отечественных и международных стандартов на литий-ионные аккумуляторы.

Большинство международных стандартов на силовые литий-ионные батареи были выпущены примерно в 2010 году, при этом один за другим вводилось множество изменений и новых стандартов. GB/Z 18333 1: 2001 был выпущен в 2001 году, что указывает на то, что китайские стандарты литий-ионных аккумуляторов для электромобилей не появились поздно в мире, но их развитие было относительно медленным. С момента выпуска стандарта QC/T 743 в 2006 году в Китае долгое время не было обновлений стандарта, а до выпуска нового национального стандарта в 2015 году не существовало стандартов для аккумуляторных блоков или систем. Вышеуказанные отечественные и зарубежные стандарты различаются по сфере применения, содержанию тестовых заданий, строгости тестовых заданий и критериям оценки.

1) Область применения

Серии IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 и GB/T 31485 представляют собой тесты для отдельных и модульных уровней батарей, а серии UL2580, SAE J2929, ISO12405 и GB/T 31467 применимы для тестирования батарей. аккумуляторы и аккумуляторные системы. Помимо IEC 62660, другие зарубежные стандарты обычно включают тестирование аккумуляторных батарей или системы, например, SAE J2929 и ECE R100 2 даже упоминают тестирование на уровне транспортного средства. Это указывает на то, что при формулировании зарубежных стандартов в большей степени учитывается применение аккумуляторов во всем автомобиле, что в большей степени соответствует потребностям практического применения.

2) Содержание тестового задания

В целом, все элементы испытаний можно разделить на две категории: электрические характеристики и надежность безопасности, тогда как надежность безопасности можно разделить на механическую надежность, экологическую надежность, надежность при злоупотреблениях и электрическую надежность.

Механическая надежность имитирует механическое напряжение, которое транспортное средство испытывает во время движения, например, вибрацию, имитирующую неровности транспортного средства на поверхности дороги; Экологическая надежность моделирует выносливость транспортных средств в различных климатических условиях, например, циклическое изменение температуры, имитирующее ситуацию движения транспортных средств туда и обратно в холодных и жарких регионах с большой разницей температур днем ​​и ночью; Злоупотребление надежностью, например, пожар, для оценки безопасности аккумуляторов в случае неправильного использования; Электрическая надежность, например, средства защитного тестирования, в основном проверяет, может ли система управления батареями (BMS) играть защитную роль в критические моменты.

Что касается аккумуляторных элементов, IEC 62660 разделен на два независимых стандарта: IEC 62660-1 и IEC 62660-2, которые соответствуют испытаниям производительности и надежности соответственно. GB/T 31485 и GB/T 31486 произошли от QC/T 743, а виброустойчивость классифицируется как тест производительности в GB/T 31486, поскольку этот элемент теста исследует влияние вибрации аккумулятора на его производительность. По сравнению со стандартом IEC 62660-2, элементы тестирования GB/T 31485 являются более строгими, например, добавление иглоукалывания и погружения в морскую воду.

Что касается тестирования аккумуляторной батареи и аккумуляторной системы, как электрических характеристик, так и надежности, стандарт США охватывает большинство вопросов тестирования. Что касается тестирования производительности, DOE/ID-11069 содержит больше элементов тестирования, чем другие стандарты, такие как характеристики гибридной импульсной мощности (HPPC), стабильность рабочих уставок, календарный срок службы, эталонные характеристики, спектр импеданса, контрольные испытания управления модулем, тепловые испытания. нагрузка управления и тестирование на уровне системы в сочетании с проверкой срока службы.

Методы анализа результатов испытаний электрических характеристик подробно описаны в приложении к стандарту. Среди них тестирование HPPC может использоваться для определения пиковой мощности силовых батарей, а полученный на его основе метод тестирования внутреннего сопротивления постоянному току широко используется при изучении характеристик внутреннего сопротивления батареи. С точки зрения надежности, UL2580 имеет больше элементов тестирования, чем другие стандарты, такие как несбалансированная зарядка аккумуляторной батареи, сопротивление напряжению, изоляция, проверка целостности и проверка устойчивости системы охлаждения/нагрева. Он также включает базовые испытания безопасности компонентов аккумуляторных батарей на производственной линии и ужесточает требования к проверке безопасности в BMS, системе охлаждения и проектировании схем защиты. SAE J2929 предлагает проводить анализ неисправностей различных частей аккумуляторной системы и сохранять соответствующую документацию, включая меры по улучшению, позволяющие легко выявить неисправности.

Серия стандартов ISO 12405 охватывает как аспекты производительности, так и безопасности аккумуляторов. ISO 12405-1 — это стандарт тестирования производительности аккумуляторов для приложений высокой мощности, а ISO 12405-2 — стандарт тестирования производительности аккумуляторов для приложений с высоким энергопотреблением. Первый включает в себя еще два содержимого: холодный старт и горячий старт. Серия GB/T 31467 сочетает в себе статус разработки силовых батарей в Китае и модифицирована в соответствии с содержанием стандарта серии ISO 12405.

Отличием от других стандартов являются SAE J 2929 и ECE R100. Оба они включают требования по защите от высокого напряжения и относятся к категории безопасности электромобилей. Соответствующие тестовые объекты в Китае перечислены в GB/T 18384 и GB/T 31467 3. Отмечается, что аккумуляторная батарея и аккумуляторная система должны соответствовать требованиям GB/T 18384 перед проведением испытаний на безопасность 1 и GB/T 18384 3. Соответствует требования.

3) Серьезность

Для одного и того же объекта испытаний методы тестирования и критерии оценки, указанные в разных стандартах, также различаются. Например, для определения состояния заряда (SOC) тестовых образцов GB/T 31467 3 требует, чтобы образец был полностью заряжен; ISO 12405 требует, чтобы SOC батареи энергетического типа составлял 50 %, а SOC батареи энергетического типа — 100 %; ECE R100 2. Требовать, чтобы SOC батареи был выше 50%; ООН38. 3 предъявляют разные требования к различным тестовым объектам, а для некоторых тестовых объектов также требуются переработанные батареи.

Кроме того, также требуется, чтобы сложные имитационные, термические испытания, вибрация, удары и внешние короткие замыкания проходили с использованием одного и того же образца, что является относительно более строгим. Для испытаний на вибрацию стандарт ISO 12405 требует, чтобы образцы вибрировали при различных температурах окружающей среды, с рекомендуемыми высокими и низкими температурами 75 ℃ и -40 ℃ соответственно. Другие стандарты не содержат этого требования.

Для испытания на огнестойкость GB/T 31467. Экспериментальный метод и настройки параметров в пункте 3 соответствуют стандарту ISO 12405. Разница незначительна, оба из них подвергаются предварительному нагреву, прямому сжиганию и непрямому сжиганию путем воспламенения топлива, но GB/T 31467 3 . Если в образце возникло пламя, его необходимо потушить в течение 2 минут. ISO 12405 не требует времени для затухания пламени. Испытание на огнестойкость по SAE J2929 отличается от двух предыдущих. Для этого образец должен быть помещен в контейнер для теплового излучения, быстро нагрет до 890 ℃ в течение 90 секунд и выдержан в течение 10 минут, при этом никакие компоненты или вещества не должны проходить через металлическую сетчатую крышку, расположенную снаружи испытуемого образца.

4、 Недостатки существующих отечественных стандартов.

Хотя разработка и выпуск соответствующих национальных стандартов заполнили пробел в комбинированных системах энергетических литий-ионных аккумуляторов Китая и получили широкое распространение, недостатки все еще существуют.

Что касается объектов испытаний: все стандарты предусматривают тестирование только новых батарей, и не существует соответствующих правил или требований для использованных батарей. Батареи не имеют проблем при выпуске с завода, что не означает, что они по-прежнему безопасны после использования в течение определенного периода времени. Поэтому необходимо проводить одно и то же тестирование на батареях, используемых в разное время, что эквивалентно регулярному медицинскому осмотру.

С точки зрения оценки результатов: Текущая основа оценки относительно широка и едина, включает только положения об отсутствии утечек, разрывов корпуса, пожаров и взрывов, а также не имеет поддающейся количественной оценке системы оценки. Европейская комиссия по автомобильным исследованиям и развитию технологий (EUCAR) разделила уровень вредности аккумуляторов на 8 уровней, что имеет определенное справочное значение.

Что касается элементов тестирования: GB/T31467 3. Недостаточно материалов для тестирования аккумуляторных блоков и аккумуляторных систем с точки зрения управления температурным режимом и выхода из-под контроля температуры, а для батарей решающее значение имеют показатели термической безопасности. Как контролировать тепловой разгон отдельных аккумуляторов и не допускать распространения терморазбега, имеет большое значение, о чем свидетельствует обязательное выполнение «Технических условий безопасности электробуса». Кроме того, с точки зрения применения транспортных средств, для неразрушающего тестирования надежности, такого как экологическая надежность, необходимо добавить тестирование электрических характеристик после завершения испытания, чтобы имитировать влияние производительности транспортного средства после воздействия изменений окружающей среды.

Что касается методов тестирования: Тестирование срока службы аккумуляторных блоков и аккумуляторных систем занимает слишком много времени, что влияет на цикл разработки продукта и его трудно выполнить должным образом. Как разработать разумное ускоренное циклическое тестирование жизненного цикла является непростой задачей.

5、 Резюме

За последние годы Китай добился большого прогресса в разработке и применении стандартов на силовые литий-ионные аккумуляторы, однако по-прежнему существует определенный разрыв по сравнению с зарубежными стандартами. Помимо стандартов тестирования, стандартная система литий-ионных аккумуляторов в Китае постепенно совершенствуется и в других аспектах. 9 ноября 2016 года Министерство промышленности и информационных технологий опубликовало «Комплексную техническую систему стандартизации литий-ионных аккумуляторов», в которой указано, что будущая система стандартов включает пять основных частей: базовое общее использование, материалы и компоненты, проектирование и производство. процессы, производственное и испытательное оборудование, а также аккумуляторные изделия. Среди них большое значение имеют стандарты безопасности. С обновлением и разработкой аккумуляторных батарей стандарты тестирования также должны улучшать соответствующие технологии тестирования. Кроме того, это повышает уровень безопасности силовых батарей.