Vergelijking van testnormen voor lithiumbatterijen in binnen- en buitenland

Vergelijking van testnormen voor lithiumbatterijen in binnen- en buitenland

1. Buitenlandse normen voor lithium-ionbatterijen

Tabel 1 geeft een overzicht van de veelgebruikte testnormen voor lithium-ionbatterijen in het buitenland. Tot de standaarduitgevende instanties behoren voornamelijk de Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC), de Internationale Organisatie voor Standaardisatie (ISO), de Underwriters' Laboratories (UL) van de Verenigde Staten, de Society of Automotive Engineers (SAE) van de Verenigde Staten en relevante instellingen van de Europese Unie.

1) Internationale normen

De door IEC vrijgegeven normen voor lithium-ionbatterijen omvatten voornamelijk IEC 62660-1:2010 "Lithium-ionbatterijeenheden voor elektrische wegvoertuigen - Deel 1: Prestatietests" en IEC 62660-2:2010 "Lithium-ionbatterijeenheden voor elektrische wegvoertuigen wegvoertuigen - Deel 2: Betrouwbaarheids- en misbruiktests". UN 38 uitgegeven door de Transportcommissie van de Verenigde Naties De eisen voor het testen van lithiumbatterijen in de "United Nations Recommendations, Standards and Test Manual on the Transport of Dangerous Goods" zijn gericht op de veiligheid van batterijen tijdens transport.

De door ISO ontwikkelde normen op het gebied van krachtige lithium-ionbatterijen omvatten ISO 12405-1:2011 "Voertuigen met elektrische aandrijving - Testprocedures voor lithium-ionbatterijpakketten en -systemen - Deel 1: Toepassingen met hoog vermogen" ISO 12405-2: 2012 "Voertuigen met elektrische aandrijving - Testprocedures voor lithium-ionbatterijen en systemen - Deel 2: Toepassingen met hoge energie" en ISO 12405-3:2014 "Voertuigen met elektrische aandrijving - Testprocedures voor lithium-ionbatterijpakketten en systemen - Deel 3: Veiligheidseisen " richten zich respectievelijk op batterijen met een hoog vermogen, batterijen met een hoog energieverbruik en eisen op het gebied van veiligheidsprestaties, met als doel voertuigfabrikanten te voorzien van optionele testitems en -methoden.

2) Amerikaanse normen

UL 2580:2011 "Batterijen voor elektrische voertuigen" evalueert voornamelijk de betrouwbaarheid van batterijmisbruik en het vermogen om personeel te beschermen in geval van schade veroorzaakt door misbruik. Deze standaard is in 2013 herzien.

SAE beschikt over een uitgebreid en uitgebreid standaardsysteem in de auto-industrie. De SAE J2464: 2009 "Veiligheids- en misbruiktests van oplaadbare energieopslagsystemen voor elektrische en hybride elektrische voertuigen", uitgegeven in 2009, is een eerste reeks handleidingen voor het testen van misbruik van voertuigaccu's die in Noord-Amerika en de wereld worden toegepast. Het specificeert duidelijk het toepassingsgebied en de te verzamelen gegevens per testitem, en geeft ook aanbevelingen voor het aantal benodigde monsters voor het testitem.

De SAE J2929: 2011 "Veiligheidsnormen voor elektrische en hybride batterijsystemen" is een veiligheidsnorm voorgesteld door SAE als samenvatting van verschillende eerder uitgegeven normen met betrekking tot stroombatterijen, waaronder twee delen: routinetests en abnormale tests die kunnen optreden tijdens het gebruik van elektrische voertuigen.

SAE J2380: 2013 "Trillingstesten van accu's van elektrische voertuigen" is een klassieke norm voor trillingstesten van accu's van elektrische voertuigen. Gebaseerd op de verzamelde statistische resultaten van het trillingsbelastingsspectrum van daadwerkelijke voertuigen die op de weg rijden, komt de testmethode beter overeen met de trillingssituatie van daadwerkelijke voertuigen en heeft deze een belangrijke referentiewaarde.

3 Overige organisatorische standaarden

Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) is primair verantwoordelijk voor het formuleren van energiebeleid, het beheer van de energie-industrie en onderzoek en ontwikkeling op het gebied van energiegerelateerde technologie. In 2002 heeft de Amerikaanse regering het "Freedom CAR"-project opgezet en achtereenvolgens de Freedom CAR elektrisch ondersteunde batterijtesthandleiding voor hybride elektrische voertuigen uitgegeven en de handleiding voor het testen van misbruik van energieopslagsystemen voor elektrische en hybride voertuigen.

De Duitse Automobielindustrie Vereniging (VDA) is een vereniging die in Duitsland is opgericht om verschillende normen voor de binnenlandse auto-industrie te verenigen. De uitgegeven normen zijn VDA 2007 "Batterijsysteemtesten voor hybride elektrische voertuigen", die zich voornamelijk richten op het testen van de prestaties en betrouwbaarheid van lithium-ionbatterijsystemen voor hybride elektrische voertuigen.

2. Binnenlandse standaard voor lithium-ionbatterijen

In 2001 bracht de Automotive Standardization Committee het eerste begeleidende technische document uit voor het testen van lithium-ionbatterijen van elektrische voertuigen in China, GB/Z 18333 1: 2011 "Lithium-ionbatterijen voor elektrische wegvoertuigen". Bij het formuleren van deze norm werd verwezen naar IEC 61960-2:2000 "Draagbare lithiumbatterijen en batterijpakketten - Deel 2: Lithiumbatterijpakketten", die wordt gebruikt voor lithium-ionbatterijen en batterijpakketten in draagbare apparaten. De testinhoud omvat prestaties en veiligheid, maar is alleen van toepassing op batterijen van 21,6 V en 14,4 V.

In 2006 heeft het Ministerie van Industrie en Informatietechnologie de QC/T 743 "Lithium ion Power Batteries for Electric Vehicles" uitgegeven, die op grote schaal in de industrie werd gebruikt en in 2012 werd herzien. GB/Z 18333 1: 2001 en QC/T 743: 2006 zijn zowel normen voor individueel als moduleniveau, met een beperkt toepassingsbereik en testinhoud die niet langer voldoet aan de behoeften van de zich snel ontwikkelende elektrische voertuigindustrie.

In 2015 heeft de National Standardization Administration een reeks normen uitgegeven, waaronder GB/T 31484-2015 "Cycle Life Requirements and Test Methods for Power Batteries for Electric Vehicles", GB/T 31485-2015 "Veiligheidsvereisten en testmethoden voor Power Batteries voor elektrische voertuigen", GB/T 31486-2015 "Elektrische prestatie-eisen en testmethoden voor energiebatterijen voor elektrische voertuigen", en GB/T 31467 1-2015 "Lithium-ionbatterijpakketten en -systemen voor elektrische voertuigen - Deel 1: Hoog testprocedures voor stroomtoepassingen, GB/T 31467 2-2015 "Lithium-ion-energiebatterijpakketten en -systemen voor elektrische voertuigen - Deel 2: Testprocedures voor toepassingen met hoge energie, GB/T 31467 3" Testprocedures voor lithium-ion-energiebatterijsystemen voor elektrische voertuigen - Deel 3: Veiligheidseisen en testmethoden.

GB/T 31485-2015 en GB/T 31486-2015 verwijzen respectievelijk naar de veiligheids- en elektrische prestatietests van individuele eenheden/modules. De serie GB/T 31467-2015 verwijst naar de ISO 12405-serie en is geschikt voor het testen van accupakketten of accusystemen. GB/T 31484-2015 is een testnorm die specifiek is ontworpen voor de levensduur van de cyclus, waarbij de standaardlevensduur wordt gebruikt voor individuele eenheden en modules, en de levensduur van de bedrijfscyclus wordt gebruikt voor batterijpakketten en systemen.

Economische Commissie voor Europa (ECE) R100 De "Uniforme bepalingen over de goedkeuring van voertuigen met betrekking tot speciale vereisten voor elektrische voertuigen" is een specifieke eis geformuleerd door ECE voor elektrische voertuigen, die in twee delen is verdeeld: het eerste deel regelt de motor bescherming, oplaadbare energieopslagsystemen, functionele veiligheid en waterstofemissies van het gehele voertuig, en het tweede deel voegt specifieke eisen toe voor de veiligheid en betrouwbaarheid van oplaadbare energieopslagsystemen.

In 2016 heeft het ministerie van Industrie en Informatietechnologie de "Veiligheidstechnische voorwaarden voor elektrische bussen" uitgevaardigd, waarin uitgebreid aandacht werd besteed aan elektrische schokken voor het personeel, bescherming tegen waterstof, brandbeveiliging, oplaadveiligheid, botsingsveiligheid, bewaking op afstand en andere aspecten. Het maakte volledig gebruik van bestaande traditionele normen voor bussen en elektrische voertuigen en lokale normen zoals Shanghai en Beijing, en stelde hogere technische eisen voor stroombatterijen, waarbij twee testitems werden toegevoegd: thermische runaway en thermische runaway-uitbreiding. Het werd officieel geïmplementeerd op 1 januari , 2017.

3. Analyse van binnenlandse en internationale normen voor lithium-ionbatterijen

De meeste internationale normen voor krachtige lithium-ionbatterijen zijn rond 2010 uitgegeven, waarbij veel herzieningen en nieuwe normen de een na de ander werden geïntroduceerd. GB/Z 18333 1: 2001 werd uitgegeven in 2001, wat aangeeft dat de Chinese normen voor lithium-ionbatterijen voor elektrische voertuigen niet laat in de wereld begonnen, maar dat hun ontwikkeling relatief traag verliep. Sinds de release van de QC/T 743-standaard in 2006 is er in China lange tijd geen standaardupdate geweest, en vóór de release van de nieuwe nationale standaard in 2015 waren er geen normen voor accupakketten of systemen. Bovenstaande binnen- en buitenlandse normen verschillen qua toepassingsgebied, inhoud van de toetsonderdelen, zwaarte van de toetsonderdelen en beoordelingscriteria.

1) Toepassingsgebied

De IEC 62660-serie, QC/T 743, GB/T 31486 en GB/T 31485 zijn tests voor individuele en moduleniveaus van batterijen, terwijl de UL2580-, SAE J2929-, ISO12405- en GB/T 31467-serie geschikt zijn voor het testen van batterijen packs en batterijsystemen. Naast IEC 62660 omvatten andere buitenlandse normen over het algemeen het testen van accupakketten of systeemniveau, zoals SAE J2929 en ECE R100 2 noemden zelfs testen op voertuigniveau. Dit geeft aan dat bij het formuleren van buitenlandse normen meer rekening wordt gehouden met de toepassing van accu’s in het gehele voertuig, wat beter aansluit bij de behoeften van praktische toepassingen.

2) Inhoud van testitems

Over het geheel genomen kunnen alle testitems in twee categorieën worden verdeeld: elektrische prestaties en veiligheidsbetrouwbaarheid, terwijl de veiligheidsbetrouwbaarheid verder kan worden onderverdeeld in mechanische betrouwbaarheid, omgevingsbetrouwbaarheid, misbruikbetrouwbaarheid en elektrische betrouwbaarheid.

Mechanische betrouwbaarheid simuleert de mechanische belasting die een voertuig ervaart tijdens het rijden, zoals trillingen die de hobbeligheid van het voertuig op het wegdek simuleren; Milieubetrouwbaarheid simuleert het uithoudingsvermogen van voertuigen in verschillende klimaten, zoals temperatuurcycli die de situatie simuleren van voertuigen die heen en weer rijden in koude en warme gebieden met grote temperatuurverschillen tussen dag en nacht; Misbruik van betrouwbaarheid, zoals brand, om de veiligheid van batterijen te beoordelen bij oneigenlijk gebruik; Elektrische betrouwbaarheid, zoals beschermende testitems, onderzoekt vooral of het batterijmanagementsysteem (BMS) op kritieke momenten een beschermende rol kan spelen.

Wat batterijcellen betreft, is IEC 62660 verdeeld in twee onafhankelijke normen, IEC 62660-1 en IEC 62660-2, die respectievelijk overeenkomen met prestatie- en betrouwbaarheidstests. GB/T 31485 en GB/T 31486 zijn voortgekomen uit QC/T 743, en trillingsweerstand is geclassificeerd als een prestatietest in GB/T 31486, omdat dit testitem de impact van batterijtrillingen op de batterijprestaties onderzoekt. Vergeleken met IEC 62660-2 zijn de testitems van GB/T 31485 strenger, zoals het toevoegen van acupunctuur en onderdompeling in zeewater.

Wat betreft het testen van accu's en accusystemen, zowel de elektrische prestaties als de betrouwbaarheid, dekt de Amerikaanse norm de meeste testonderdelen. In termen van prestatietests heeft DOE/ID-11069 meer testitems dan andere standaarden, zoals hybride pulsvermogenskarakteristieken (HPPC), stabiliteit van operationele instelpunten, kalenderlevensduur, referentieprestaties, impedantiespectrum, inspectietests voor modulecontrole, thermische beheerbelasting en testen op systeemniveau gecombineerd met levensverificatie.

De analysemethoden voor de resultaten van elektrische prestatietests worden gedetailleerd beschreven in de bijlage van de norm. Onder hen kunnen HPPC-testen worden gebruikt om het piekvermogen van stroombatterijen te detecteren, en de hieruit afgeleide DC-interne weerstandstestmethode wordt op grote schaal gebruikt bij het onderzoek naar de interne weerstandskarakteristieken van batterijen. In termen van betrouwbaarheid heeft UL2580 meer testitems dan andere standaarden, zoals ongebalanceerd opladen van accu's, spanningsweerstand, isolatie, continuïteitstests en fouttests voor de stabiliteit van het koel-/verwarmingssysteem. Het omvat ook basisveiligheidstests voor componenten van accupakketten op de productielijn, en versterkt de veiligheidsbeoordelingsvereisten voor het gebouwbeheersysteem, het koelsysteem en het ontwerp van beveiligingscircuits. SAE J2929 stelt voor om foutanalyses uit te voeren op verschillende delen van het batterijsysteem en relevante documentatie op te slaan, inclusief verbeteringsmaatregelen die gemakkelijk te identificeren fouten zijn.

De ISO 12405-normenreeks omvat zowel de prestatie- als de veiligheidsaspecten van batterijen. ISO 12405-1 is een testnorm voor batterijprestaties voor toepassingen met hoog vermogen, terwijl ISO 12405-2 een testnorm voor batterijprestaties is voor toepassingen met hoog energieverbruik. De eerste bevat nog twee inhoud: koude start en warme start. De GB/T 31467-serie combineert de ontwikkelingsstatus van stroombatterijen in China en is aangepast aan de inhoud van de ISO 12405-seriestandaard.

Anders dan andere normen zijn SAE J 2929 en ECE R100. Beide omvatten eisen voor hoogspanningsbeveiliging en behoren tot de veiligheidscategorie van elektrische voertuigen. De relevante testitems in China zijn vermeld in GB/T 18384 en GB/T 31467. 3 wijst erop dat het batterijpakket en het batterijsysteem moeten voldoen aan de vereisten van GB/T 18384 voordat veiligheidstests worden uitgevoerd 1 en GB/T 18384 3. Relevant vereisten.

3) Ernst

Voor hetzelfde testonderdeel zijn ook de testmethoden en beoordelingscriteria die in verschillende normen zijn gespecificeerd verschillend. Voor de laadstatus (SOC) van testmonsters vereist GB/T 31467 3 bijvoorbeeld dat het monster volledig is opgeladen; ISO 12405 vereist een batterij-SOC van het energietype van 50% en een batterij-SOC van het energietype van 100%; ECE R100 2. Vereisen dat de SOC van de accu hoger is dan 50%; VN38. 3 heeft verschillende vereisten voor verschillende testitems, en voor sommige testitems zijn ook gerecyclede batterijen nodig.

Bovendien is het ook vereist dat hoge simulaties, thermische tests, trillingen, schokken en externe kortsluitingen moeten worden getest met hetzelfde monster, wat relatief strenger is. Voor trillingstests vereist ISO 12405 dat monsters trillen bij verschillende omgevingstemperaturen, met aanbevolen hoge en lage temperaturen van respectievelijk 75 ℃ en -40 ℃. Andere standaarden hebben deze vereiste niet.

Voor de brandtest, GB/T 31467. De experimentele methode en parameterinstellingen in 3 komen overeen met ISO 12405. Het verschil is niet significant, beide worden voorverwarmd, direct verbrand en indirect verbrand door brandstof te ontsteken, maar GB/T 31467 3 Als er een vlam in het monster aanwezig is, moet deze binnen 2 minuten worden gedoofd. ISO 12405 vereist geen tijd voordat de vlam dooft. De brandtest in SAE J2929 wijkt af van de vorige twee. Hiervoor moet het monster in een thermische stralingscontainer worden geplaatst, binnen 90 seconden snel worden verwarmd tot 890 ℃ en gedurende 10 minuten worden bewaard, en er mogen geen componenten of stoffen door de metalen gaasafdekking gaan die buiten het testmonster is geplaatst.

4. Tekortkomingen in bestaande binnenlandse normen

Hoewel de formulering en publicatie van relevante nationale normen de leemte in de Chinese combinatiesystemen voor lithium-ionbatterijen hebben opgevuld en op grote schaal zijn toegepast, zijn er nog steeds tekortkomingen.

In termen van testobjecten: alle normen specificeren alleen het testen van nieuwe batterijen, en er zijn geen relevante voorschriften of vereisten voor gebruikte batterijen. De accu's hebben geen problemen bij het verlaten van de fabriek, wat niet betekent dat ze na een tijdje gebruik nog steeds veilig zijn. Daarom is het noodzakelijk om dezelfde tests uit te voeren op batterijen die op verschillende tijdstippen worden gebruikt, wat overeenkomt met reguliere fysieke onderzoeken.

In termen van resultaatbeoordeling: de huidige beoordelingsbasis is relatief breed en enkelvoudig, met alleen voorzieningen voor geen lekkage, geen breuk van de granaat, geen brand en geen explosie, waarbij een kwantificeerbaar evaluatiesysteem ontbreekt. De Europese Commissie voor Automotive Research and Technology Development (EUCAR) heeft het schadeniveau van batterijen onderverdeeld in 8 niveaus, die een bepaalde referentiewaarde hebben.

In termen van testitems: GB/T31467 3. Er is een gebrek aan testinhoud voor batterijpakketten en batterijsystemen op het gebied van thermisch beheer en thermische runaway, en thermische veiligheidsprestaties zijn van cruciaal belang voor batterijen. Het beheersen van de thermische runaway van individuele batterijen en het voorkomen van de verspreiding van thermische runaway is van groot belang, zoals blijkt uit de verplichte implementatie van de "Veiligheidstechnische Voorwaarden voor Elektrische Bus". Bovendien is het, vanuit het perspectief van voertuigtoepassingen, voor niet-destructieve betrouwbaarheidstests, zoals omgevingsbetrouwbaarheid, noodzakelijk om elektrische prestatietests toe te voegen nadat de test is voltooid om de impact van voertuigprestaties te simuleren na het ervaren van veranderingen in de omgeving.

Wat betreft testmethoden: Het testen van de levensduur van accu's en accusystemen duurt te lang, wat de productontwikkelingscyclus beïnvloedt en moeilijk goed uit te voeren is. Het ontwikkelen van een redelijke versnelde levenscyclustest is een uitdaging.

5, Samenvatting

De afgelopen jaren heeft China grote vooruitgang geboekt bij het formuleren en toepassen van normen voor krachtige lithium-ionbatterijen, maar er is nog steeds een zekere kloof ten opzichte van buitenlandse normen. Naast de testnormen wordt het standaardsysteem voor lithium-ionbatterijen in China ook op andere aspecten geleidelijk verbeterd. Op 9 november 2016 bracht het ministerie van Industrie en Informatietechnologie het "Comprehensive Standardization Technical System for Lithium Ion Batteries" uit, waarin werd opgemerkt dat het toekomstige standaardsysteem vijf belangrijke onderdelen omvat: algemeen algemeen gebruik, materialen en componenten, ontwerp en productie. processen, productie- en testapparatuur en batterijproducten. Onder hen zijn veiligheidsnormen van groot belang. Met de update en ontwikkeling van accuproducten moeten de testnormen ook de overeenkomstige testtechnologieën verbeteren. Bovendien verbetert het het veiligheidsniveau van accu's.