Sammenligning av teststandarder for kraftlitiumbatterier i inn- og utland

Sammenligning av teststandarder for kraftlitiumbatterier i inn- og utland

1、 Utenlandske standarder for kraftlitium-ion-batterier

Tabell 1 viser de mest brukte teststandardene for litium-ion-batterier i utlandet. Standardutstedende organer inkluderer hovedsakelig International Electrotechnical Commission (IEC), International Organization for Standardization (ISO), Underwriters' Laboratories (UL) i USA, Society of Automotive Engineers (SAE) i USA, og relevante institusjoner i Den europeiske union.

1） Internasjonale standarder

Kraftlitium-ion-batteristandardene utgitt av IEC inkluderer hovedsakelig IEC 62660-1:2010 "Lithium ion power battery units for electric road vehicles - Part 1: Performance testing" og IEC 62660-2:2010 "Lithium ion power battery units for electric veikjøretøyer - Del 2: Pålitelighets- og misbrukstesting". UN 38 utstedt av FNs transportkommisjon. Kravene til litiumbatteritesting i "United Nations Recommendations, Standards and Test Manual on the Transport of Dangerous Goods" er rettet mot sikkerheten til batterier under transport.

Standardene utviklet av ISO innen kraftlitium-ion-batterier inkluderer ISO 12405-1:2011 "Elektriske kjøretøyer - Testprosedyrer for lithium-ion-batteripakker og -systemer - Del 1: Høyeffektsapplikasjoner" ISO 12405-2: 2012 "Elektriske kjøretøyer - Lithium-ion-batteripakker og systemtestingsprosedyrer - Del 2: Høyenergiapplikasjoner" og ISO 12405-3:2014 "Elektriske kjøretøyer - Litiumion-batteripakker og testprosedyrer for systemer - Del 3: Sikkerhetskrav" er henholdsvis rettet mot høyeffektbatterier, høyenergibatterier og sikkerhetsytelseskrav, med sikte på å gi kjøretøyprodusenter med valgfrie testelementer og metoder.

2） Amerikanske standarder

UL 2580:2011 "Batterier for elektriske kjøretøy" evaluerer hovedsakelig påliteligheten av batterimisbruk og evnen til å beskytte personell i tilfelle skade forårsaket av misbruk. Denne standarden ble revidert i 2013.

SAE har et omfattende og omfattende standardsystem i bilindustrien. SAE J2464: 2009 "Safety and Abuse Testing of Rechargeable Energy Storage Systems for Electric and Hybrid Electric Vehicles", utgitt i 2009, er en tidlig serie med bruksanvisninger for misbruk av kjøretøybatterier brukt i Nord-Amerika og verden. Den spesifiserer tydelig bruksomfanget og dataene som skal samles inn for hvert testelement, og gir også anbefalinger for antall prøver som kreves for testelementet.

SAE J2929: 2011 "Safety Standards for Electric and Hybrid Battery Systems" er en sikkerhetsstandard foreslått av SAE for å oppsummere forskjellige strømbatterirelaterte standarder tidligere utstedt, inkludert to deler: rutinetesting og unormal testing som kan forekomme under drift av elektriske kjøretøy.

SAE J2380: 2013 "Vibrasjonstesting av elektriske kjøretøybatterier" er en klassisk standard for vibrasjonstesting av elektriske kjøretøybatterier. Basert på de innsamlede statistiske resultatene av vibrasjonsbelastningsspekteret for faktisk kjøretøy som kjører på veien, er testmetoden mer i tråd med vibrasjonssituasjonen til faktiske kjøretøy og har en viktig referanseverdi.

3 Andre organisatoriske standarder

Det amerikanske energidepartementet (DOE) er hovedansvarlig for utforming av energipolitikk, energiindustristyring og energirelatert teknologiforskning og utvikling. I 2002 etablerte den amerikanske regjeringen "Freedom CAR"-prosjektet og utstedte suksessivt Freedom CAR kraftassistert hybridelektrisk kjøretøybatteritestingmanual og energilagringssystemmisbrukstestemanualen for elektriske og hybridbiler.

The German Automobile Industry Association (VDA) er en forening dannet i Tyskland for å forene ulike standarder for den innenlandske bilindustrien. Standardene som utstedes er VDA 2007 "Battery System Testing for Hybrid Electric Vehicles", som hovedsakelig fokuserer på ytelses- og pålitelighetstesting av litium-ion-batterisystemer for hybride elektriske kjøretøy.

2、 Innenlandsk standard for kraftlitium-ion-batterier

I 2001 utstedte Automotive Standardization Committee det første veiledende tekniske dokumentet for testing av litium-ion-batterier av elektriske kjøretøy i Kina, GB/Z 18333 1: 2011 "Lithium-ion-batterier for elektriske kjøretøyer". Ved utformingen av denne standarden ble det referert til IEC 61960-2:2000 "Bærbare litiumbatterier og batteripakker - Del 2: Litiumbatteripakker", som brukes til litiumionbatterier og batteripakker i bærbare enheter. Testinnholdet inkluderer ytelse og sikkerhet, men gjelder kun batterier på 21,6V og 14,4V.

I 2006 utstedte departementet for industri og informasjonsteknologi QC/T 743 "Lithium ion Power Batteries for Electric Vehicles", som ble mye brukt i industrien og revidert i 2012. GB/Z 18333 1: 2001 og QC/T 743: 2006 er både standarder for individuelle nivåer og modulnivåer, med et smalt bruksområde og testinnhold som ikke lenger oppfyller behovene til den raskt utviklende elbilindustrien.

I 2015 utstedte National Standardization Administration en rekke standarder, inkludert GB/T 31484-2015 "Sykluslevetid og testmetoder for strømbatterier for elektriske kjøretøy", GB/T 31485-2015 "Sikkerhetskrav og testmetoder for strømbatterier for elektriske kjøretøy", GB/T 31486-2015 "Elektrisk ytelse Krav og testmetoder for strømbatterier for elektriske kjøretøy", og GB/T 31467 1-2015 "Lithium-ion-batteripakker og systemer for elektriske kjøretøy - Del 1: Testprosedyrer for høyeffektapplikasjoner, GB/T 31467 2-2015 "Lithium ion power batteripakker og systemer for elektriske kjøretøy - Del 2: Testprosedyrer for høyenergiapplikasjoner, GB/T 31467 3 "Testprosedyrer for litiumionstrømbatterisystemer for elektriske kjøretøy - Del 3: Sikkerhetskrav og testmetoder.

GB/T 31485-2015 og GB/T 31486-2015 henholdsvis refererer til testing av sikkerhet og elektrisk ytelse av individuelle enheter/moduler. GB/T 31467-2015-serien refererer til ISO 12405-serien og er egnet for testing av batteripakker eller batterisystemer. GB/T 31484-2015 er en teststandard som er spesielt utviklet for sykluslevetid, med standard sykluslevetid brukt for individuelle enheter og moduler, og driftssykluslevetid brukt for batteripakker og systemer.

Economic Commission for Europe (ECE) R100 "Enhetsbestemmelsene om godkjenning av kjøretøy med hensyn til spesielle krav for elektriske kjøretøy" er et spesifikt krav formulert av ECE for elektriske kjøretøy, som er delt inn i to deler: den første delen regulerer motoren beskyttelse, oppladbare energilagringssystemer, funksjonell sikkerhet og hydrogenutslipp av hele kjøretøyet, og den andre delen legger til spesifikke krav til sikkerheten og påliteligheten til oppladbare energilagringssystemer.

I 2016 utstedte departementet for industri og informasjonsteknologi "Sikkerhetstekniske betingelser for elektrisk buss", som omfattende vurderte personell elektrisk støt, vannstøvbeskyttelse, brannvern, ladesikkerhet, kollisjonssikkerhet, fjernovervåking og andre aspekter. Den trakk seg fullt ut på eksisterende tradisjonelle buss- og elektriske kjøretøyrelaterte standarder og lokale standarder som Shanghai og Beijing, og la frem høyere tekniske krav for strømbatterier, og la til to testelementer: termisk runaway og termisk runaway-utvidelse. Den ble offisielt implementert 1. januar , 2017.

3、 Analyse av nasjonale og internasjonale standarder for kraftlitium-ion-batterier

De fleste internasjonale standarder for kraftlitium-ion-batterier ble utgitt rundt 2010, med mange revisjoner og nye standarder som ble introdusert etter hverandre. GB/Z 18333 1: 2001 ble utgitt i 2001, noe som indikerer at Kinas litium-ion-batteristandarder for elektriske kjøretøy ikke startet sent i verden, men utviklingen deres var relativt langsom. Siden utgivelsen av QC/T 743-standarden i 2006 har det ikke vært noen standardoppdatering i Kina på lenge, og før utgivelsen av den nye nasjonale standarden i 2015 var det ingen standarder for batteripakker eller systemer. Ovennevnte innenlandske og utenlandske standarder er forskjellige når det gjelder anvendelsesområde, innhold av testelementer, alvorlighetsgrad av testelementer og vurderingskriterier.

1） Anvendelsesområde

IEC 62660-serien, QC/T 743, GB/T 31486 og GB/T 31485 er tester for individuelle batterier og modulnivåer, mens UL2580, SAE J2929, ISO12405 og GB/T 31467-seriene kan brukes for å teste batterier pakker og batterisystemer. I tillegg til IEC 62660 involverer andre standarder i utlandet generelt testing av batteripakke eller systemnivå, slik som SAE J2929 og ECE R100 2 til og med nevnte testing av kjøretøynivå. Dette indikerer at utformingen av utenlandske standarder tar mer hensyn til bruken av batterier i hele kjøretøyet, noe som er mer i tråd med behovene til praktiske anvendelser.

2） Testelementinnhold

Samlet sett kan alle testelementer deles inn i to kategorier: elektrisk ytelse og sikkerhetspålitelighet, mens sikkerhetspålitelighet videre kan deles inn i mekanisk pålitelighet, miljøpålitelighet, misbrukspålitelighet og elektrisk pålitelighet.

Mekanisk pålitelighet simulerer den mekaniske belastningen som et kjøretøy opplever under kjøring, for eksempel vibrasjoner som simulerer kjøretøyets ujevnhet på veibanen; Miljøpålitelighet simulerer utholdenheten til kjøretøy i ulike klima, for eksempel temperatursykling som simulerer situasjonen til kjøretøy som kjører frem og tilbake i kalde og varme områder med store temperaturforskjeller mellom dag og natt; Misbruk av pålitelighet, for eksempel brann, for å vurdere sikkerheten til batterier ved feil bruk; Elektrisk pålitelighet, som for eksempel beskyttende testelementer, undersøker hovedsakelig om batteristyringssystemet (BMS) kan spille en beskyttende rolle på kritiske tidspunkter.

Når det gjelder battericeller, er IEC 62660 delt inn i to uavhengige standarder, IEC 62660-1 og IEC 62660-2, som tilsvarer henholdsvis ytelses- og pålitelighetstesting. GB/T 31485 og GB/T 31486 er utviklet fra QC/T 743, og vibrasjonsmotstand er klassifisert som en ytelsestest i GB/T 31486, da dette testelementet undersøker virkningen av batterivibrasjoner på batteriytelsen. Sammenlignet med IEC 62660-2 er testelementene i GB/T 31485 strengere, for eksempel å legge til akupunktur og nedsenking i sjøvann.

Når det gjelder testing av batteripakke og batterisystem, både elektrisk ytelse og pålitelighet, dekker den amerikanske standarden de fleste testelementene. Når det gjelder ytelsestesting, har DOE/ID-11069 flere testelementer enn andre standarder, for eksempel hybrid pulse power characteristics (HPPC), stabilitet av driftssettpunkter, kalenderlevetid, referanseytelse, impedansspektrum, modulkontrollinspeksjonstesting, termisk ledelsesbelastning og testing på systemnivå kombinert med livsverifisering.

Analysemetodene for testresultater for elektrisk ytelse er beskrevet i vedlegget til standarden. Blant dem kan HPPC-testing brukes til å oppdage toppeffekten til strømbatterier, og testmetoden for intern DC-motstand avledet fra dette har blitt mye brukt i studiet av batteriets interne motstandsegenskaper. Når det gjelder pålitelighet, har UL2580 flere testelementer enn andre standarder, for eksempel ubalansert batterilading, spenningsmotstand, isolasjon, kontinuitetstesting og feiltesting av kjøle-/varmestabilitetssystem. Den inkluderer også grunnleggende sikkerhetstesting for batteripakkekomponenter på produksjonslinjen, og styrker kravene til sikkerhetsgjennomgang i BMS, kjølesystem og beskyttelseskretsdesign. SAE J2929 foreslår å gjennomføre feilanalyse på ulike deler av batterisystemet og lagre relevant dokumentasjon, inkludert forbedringstiltak som er enkle å identifisere feil.

ISO 12405-serien med standarder inkluderer både ytelsen og sikkerhetsaspektene til batterier. ISO 12405-1 er en standard for testing av batteriytelse for applikasjoner med høy effekt, mens ISO 12405-2 er en standard for testing av batteriytelse for applikasjoner med høy energi. Førstnevnte inkluderer ytterligere to innhold: kaldstart og varmstart. GB/T 31467-serien kombinerer utviklingsstatusen til strømbatterier i Kina og er modifisert i henhold til innholdet i ISO 12405-seriens standard.

Forskjellige fra andre standarder er SAE J 2929 og ECE R100. Begge innebærer krav til høyspenningsbeskyttelse og tilhører sikkerhetskategorien elektriske kjøretøy. De relevante testelementene i Kina er oppført i GB/T 18384 og GB/T 31467 3 påpeker at batteripakken og batterisystemet må oppfylle kravene i GB/T 18384 før sikkerhetstester 1 og GB/T 18384 3 utføres. Relevant krav.

3） Alvorlighet

For samme testelement er testmetodene og vurderingskriteriene spesifisert i forskjellige standarder også forskjellige. For eksempel, for ladetilstanden (SOC) for testprøver, krever GB/T 31467 3 at prøven er fulladet; ISO 12405 krever et strømbatteri SOC på 50 % og et energitype batteri SOC på 100 %; ECE R100 2. Krev at SOC-en til batteriet er over 50 %; UN38. 3 har ulike krav til ulike testartikler, og noen testartikler krever også resirkulerte batterier.

I tillegg kreves det også at høy simulering, termisk testing, vibrasjon, støt og eksterne kortslutninger må testes med samme prøve, som er relativt strengere. For vibrasjonstesting krever ISO 12405 at prøver skal vibrere ved forskjellige omgivelsestemperaturer, med anbefalt høye og lave temperaturer på henholdsvis 75 ℃ og -40 ℃. Andre standarder har ikke dette kravet.

For branntesten, GB/T 31467. Den eksperimentelle metoden og parameterinnstillingene i 3 er i samsvar med ISO 12405. Forskjellen er ikke signifikant, som begge er forvarmet, direkte brent og indirekte brent ved å tenne drivstoff, men GB/T 31467 3 Hvis det er en flamme i prøven, må den slukkes innen 2 minutter. ISO 12405 krever ikke en tid for flammen å slukke. Branntesten i SAE J2929 er forskjellig fra de to foregående. Det krever at prøven plasseres i en termisk strålingsbeholder, raskt varmes opp til 890 ℃ innen 90 sekunder og holdes i 10 minutter, og ingen komponenter eller stoffer må passere gjennom metallnettingsdekselet plassert utenfor testprøven.

4、 Mangler i eksisterende innenlandske standarder

Selv om formuleringen og utgivelsen av relevante nasjonale standarder har fylt gapet i Kinas kraftlitium-ion-batterikombinasjonssystemer og har blitt bredt tatt i bruk, er det fortsatt mangler.

Når det gjelder testobjekter: Alle standarder spesifiserer kun testing av nye batterier, og det er ingen relevante forskrifter eller krav for brukte batterier. Batteriene har ingen problemer når de forlater fabrikken, noe som ikke betyr at de fortsatt er trygge etter å ha vært brukt i en periode. Derfor er det nødvendig å gjennomføre samme testing på batterier som brukes til forskjellige tider, noe som tilsvarer vanlige fysiske undersøkelser.

Når det gjelder resultatvurdering: Dagens vurderingsgrunnlag er relativt bredt og enkelt, med kun bestemmelser om ingen lekkasje, ingen granatbrudd, ingen brann og ingen eksplosjon, mangler et kvantifiserbart evalueringssystem. Den europeiske kommisjonen for bilforskning og teknologiutvikling (EUCAR) har delt opp skadenivået til batterier i 8 nivåer, som har en viss referansebetydning.

Når det gjelder testelementer: GB/T31467 3. Det er mangel på testinnhold for batteripakker og batterisystemer når det gjelder termisk styring og termisk løping, og termisk sikkerhetsytelse er avgjørende for batterier. Hvordan man kan kontrollere den termiske løpingen av individuelle batterier og forhindre spredning av termisk løping er av stor betydning, noe som fremgår av den obligatoriske implementeringen av "Sikkerhetstekniske betingelser for elektrisk buss". I tillegg, fra perspektivet til kjøretøyanvendelse, for ikke-destruktiv pålitelighetstesting, for eksempel miljøpålitelighet, er det nødvendig å legge til elektrisk ytelsestesting etter at testen er fullført for å simulere virkningen av kjøretøyytelse etter å ha opplevd miljøendringer.

Når det gjelder testmetoder: Sykluslivstestingen av batteripakker og batterisystemer tar for lang tid, noe som påvirker produktutviklingssyklusen og er vanskelig å gjennomføre godt. Hvordan utvikle en rimelig akselerert sykluslivstesting er en utfordring.

5、 Sammendrag

De siste årene har Kina gjort store fremskritt i utformingen og anvendelsen av standarder for kraftlitium-ion-batterier, men det er fortsatt et visst gap sammenlignet med utenlandske standarder. I tillegg til teststandarder, forbedres standardsystemet for litium-ion-batterier i Kina også gradvis på andre aspekter. Den 9. november 2016 ga departementet for industri og informasjonsteknologi ut "Comprehensive Standardization Technical System for Lithium Ion Batteries", som påpekte at det fremtidige standardsystemet inkluderer fem hoveddeler: grunnleggende generell bruk, materialer og komponenter, design og produksjon prosesser, produksjons- og testutstyr og batteriprodukter. Blant dem er sikkerhetsstandarder av stor betydning. Med oppdatering og utvikling av strømbatteriprodukter, må teststandarder også forbedre tilsvarende testteknologier. Videre øker det sikkerhetsnivået til strømbatterier.