Sammenligning af teststandarder for Power Lithium-batterier i ind- og udland

Sammenligning af teststandarder for Power Lithium-batterier i ind- og udland

1、 Udenlandske standarder for power lithium-ion-batterier

Tabel 1 viser de almindeligt anvendte teststandarder for lithium-ion-batterier i udlandet. Standardudstedende organer omfatter hovedsageligt International Electrotechnical Commission (IEC), International Organization for Standardization (ISO), Underwriters' Laboratories (UL) i USA, Society of Automotive Engineers (SAE) i USA og relevante Den Europæiske Unions institutioner.

1） Internationale standarder

Kraftlithium-ion-batteristandarderne udgivet af IEC omfatter hovedsageligt IEC 62660-1:2010 "Lithium-ion-batterienheder til elektriske vejkøretøjer - Del 1: Ydelsestest" og IEC 62660-2:2010 "Lithium-ion-batterienheder til elektriske vejkøretøjer - Del 2: Pålideligheds- og misbrugstest". UN 38 udstedt af De Forenede Nationers Transportkommission Kravene til lithiumbatteritestning i "United Nations Recommendations, Standards and Test Manual on the Transport of Dangerous Goods" er rettet mod sikkerheden af ​​batterier under transport.

Standarderne udviklet af ISO inden for kraft-lithium-ion-batterier omfatter ISO 12405-1:2011 "Elektriske køretøjer - Testprocedurer for lithium-ion-batteripakker og -systemer - Del 1: Højeffektapplikationer" ISO 12405-2: 2012 "Elektriske drevne køretøjer - Lithium ion power batteripakker og systemtestprocedurer - Del 2: Højenergiapplikationer" og ISO 12405-3:2014 "Elektriske drevne køretøjer - Lithium ion power batteripakker og systemer testprocedurer - Del 3: Sikkerhedskrav " målretter henholdsvis højeffektbatterier, højenergibatterier og sikkerhedskrav til ydeevne med det formål at give køretøjsfabrikanter valgfrie testelementer og -metoder.

2） Amerikanske standarder

UL 2580:2011 "Batterier til elektriske køretøjer" evaluerer hovedsageligt pålideligheden af ​​batterimisbrug og evnen til at beskytte personale i tilfælde af skade forårsaget af misbrug. Denne standard blev revideret i 2013.

SAE har et stort og omfattende standardsystem i bilindustrien. SAE J2464: 2009 "Sikkerheds- og misbrugstest af genopladelige energilagringssystemer til elektriske og hybride elektriske køretøjer", udgivet i 2009, er et tidligt parti af testmanualer til køretøjsbatterimisbrug, der anvendes i Nordamerika og verden. Den specificerer klart anvendelsesområdet og de data, der skal indsamles for hvert testelement, og giver også anbefalinger for antallet af prøver, der kræves til testelementet.

SAE J2929: 2011 "Sikkerhedsstandarder for elektriske og hybride batterisystemer" er en sikkerhedsstandard foreslået af SAE til at opsummere forskellige strømbatterirelaterede standarder, der tidligere er udstedt, inklusive to dele: rutinetest og unormal test, der kan forekomme under drift af elektriske køretøjer.

SAE J2380: 2013 "Vibrationstest af elektriske køretøjsbatterier" er en klassisk standard for vibrationstest af elektriske køretøjsbatterier. Baseret på de indsamlede statistiske resultater af vibrationsbelastningsspektret for faktiske køretøjer, der kører på vejen, er testmetoden mere i overensstemmelse med vibrationssituationen for faktiske køretøjer og har en vigtig referenceværdi.

3 Andre organisatoriske standarder

Det amerikanske energiministerium (DOE) er primært ansvarlig for formulering af energipolitik, ledelse af energiindustrien og energirelateret teknologisk forskning og udvikling. I 2002 etablerede den amerikanske regering "Freedom CAR"-projektet og udsendte successivt Freedom CAR power assisted hybrid-elbilbatteritestmanualen og energilagringssystemets misbrugstestmanual for elektriske og hybridbiler.

The German Automobile Industry Association (VDA) er en sammenslutning dannet i Tyskland for at forene forskellige standarder for den indenlandske bilindustri. De udstedte standarder er VDA 2007 "Battery System Testing for Hybrid Electric Vehicles", som hovedsageligt fokuserer på præstations- og pålidelighedstestning af lithium-ion batterisystemer til hybride elektriske køretøjer.

2、 Indenlandsk standard for power lithium-ion-batterier

I 2001 udstedte Automotive Standardization Committee det første vejledende tekniske dokument til lithium-ion-batteritest af elektriske køretøjer i Kina, GB/Z 18333 1: 2011 "Lithium-ion-batterier til elektriske vejkøretøjer". Ved udformningen af ​​denne standard blev der henvist til IEC 61960-2:2000 "Bærbare lithiumbatterier og batteripakker - Del 2: Lithiumbatteripakker", som bruges til lithium-ion-batterier og batteripakker i bærbare enheder. Testindholdet omfatter ydeevne og sikkerhed, men gælder kun for batterier på 21,6V og 14,4V.

I 2006 udstedte ministeriet for industri og informationsteknologi QC/T 743 "Lithium ion Power Batteries for Electric Vehicles", som blev meget brugt i industrien og revideret i 2012. GB/Z 18333 1: 2001 og QC/T 743: 2006 er både standarder for individuelle niveauer og modulniveauer med et snævert anvendelsesområde og testindhold, der ikke længere opfylder behovene i den hurtigt udviklende elbilindustri.

I 2015 udstedte den nationale standardiseringsadministration en række standarder, herunder GB/T 31484-2015 "Cykluslevetid og testmetoder for strømbatterier til elektriske køretøjer", GB/T 31485-2015 "Sikkerhedskrav og testmetoder for strømbatterier til elektriske køretøjer", GB/T 31486-2015 "Elektriske ydeevnekrav og testmetoder for strømbatterier til elektriske køretøjer", og GB/T 31467 1-2015 "Lithium-ion-batteripakker og -systemer til elektriske køretøjer - Del 1: Høj testprocedurer for strømapplikationer, GB/T 31467 2-2015 "Lithium-ion-batteripakker og -systemer til elektriske køretøjer - Del 2: Testprocedurer for højenergiapplikationer, GB/T 31467 3" Testprocedurer for lithium-ion-batterisystemer til elektriske køretøjer - Del 3: Sikkerhedskrav og testmetoder.

GB/T 31485-2015 og GB/T 31486-2015 henholdsvis henviser til sikkerheds- og elektrisk ydeevnetest af individuelle enheder/moduler. GB/T 31467-2015-serien refererer til ISO 12405-serien og er velegnet til test af batteripakker eller batterisystemer. GB/T 31484-2015 er en teststandard, der er specielt designet til cykluslevetid, med standard cykluslevetid brugt til individuelle enheder og moduler og driftscykluslevetid brugt til batteripakker og systemer.

Economic Commission for Europe (ECE) R100 "Ensartede bestemmelser om godkendelse af køretøjer med hensyn til særlige krav til elektriske køretøjer" er et specifikt krav formuleret af ECE for elektriske køretøjer, som er opdelt i to dele: den første del regulerer motoren beskyttelse, genopladelige energilagringssystemer, funktionel sikkerhed og brint-emissioner fra hele køretøjet, og den anden del tilføjer specifikke krav til sikkerheden og pålideligheden af ​​genopladelige energilagringssystemer.

I 2016 udstedte ministeriet for industri og informationsteknologi "Sikkerhedstekniske betingelser for elbus", som udførligt behandlede personalet elektrisk stød, vandstøvbeskyttelse, brandsikring, opladningssikkerhed, kollisionssikkerhed, fjernovervågning og andre aspekter. Den trak fuldt ud på eksisterende traditionelle bus- og elektriske køretøjsrelaterede standarder og lokale standarder som Shanghai og Beijing, og fremsatte højere tekniske krav til strømbatterier og tilføjede to testelementer: termisk runaway og termisk runaway-udvidelse. Det blev officielt implementeret den 1. januar , 2017.

3、 Analyse af nationale og internationale standarder for power lithium-ion-batterier

De fleste af de internationale standarder for power lithium-ion-batterier blev udgivet omkring 2010, med mange revisioner og nye standarder, der blev introduceret efter hinanden. GB/Z 18333 1: 2001 blev udgivet i 2001, hvilket indikerer, at Kinas lithium-ion batteristandarder for elektriske køretøjer ikke startede sent i verden, men deres udvikling var relativt langsom. Siden udgivelsen af ​​QC/T 743-standarden i 2006 har der ikke været nogen standardopdatering i Kina i lang tid, og før udgivelsen af ​​den nye nationale standard i 2015 var der ingen standarder for batteripakker eller systemer. Ovenstående indenlandske og udenlandske standarder adskiller sig med hensyn til anvendelsesområde, indhold af testelementer, sværhedsgrad af testelementer og bedømmelseskriterier.

1） Anvendelsesområde

IEC 62660-serien, QC/T 743, GB/T 31486 og GB/T 31485 er tests for individuelle og modulniveauer af batterier, mens UL2580, SAE J2929, ISO12405 og GB/T 31467-serien er anvendelig til at teste batterier pakker og batterisystemer. Ud over IEC 62660 involverer andre standarder i udlandet generelt test af batteripakke eller systemniveau, såsom SAE J2929 og ECE R100 2 endda nævnte test af køretøjsniveau. Dette indikerer, at formuleringen af ​​udenlandske standarder tager mere hensyn til anvendelsen af ​​batterier i hele køretøjet, hvilket er mere i overensstemmelse med behovene ved praktiske anvendelser.

2） Testelementindhold

Samlet set kan alle testelementer opdeles i to kategorier: elektrisk ydeevne og sikkerhedspålidelighed, mens sikkerhedspålidelighed yderligere kan opdeles i mekanisk pålidelighed, miljøpålidelighed, misbrugspålidelighed og elektrisk pålidelighed.

Mekanisk pålidelighed simulerer den mekaniske belastning, som et køretøj oplever under kørsel, såsom vibrationer, der simulerer køretøjets ujævnhed på vejoverfladen; Miljømæssig pålidelighed simulerer køretøjers udholdenhed i forskellige klimaer, såsom temperaturcykling, der simulerer situationen for køretøjer, der kører frem og tilbage i kolde og varme områder med store temperaturforskelle mellem dag og nat; Misbrug af pålidelighed, såsom brand, til at vurdere batteriernes sikkerhed i tilfælde af ukorrekt brug; Elektrisk pålidelighed, såsom beskyttende testartikler, undersøger hovedsageligt, om batteristyringssystemet (BMS) kan spille en beskyttende rolle på kritiske tidspunkter.

Med hensyn til battericeller er IEC 62660 opdelt i to uafhængige standarder, IEC 62660-1 og IEC 62660-2, som svarer til henholdsvis ydeevne- og pålidelighedstest. GB/T 31485 og GB/T 31486 er udviklet fra QC/T 743, og vibrationsmodstand er klassificeret som en ydeevnetest i GB/T 31486, da dette testelement undersøger virkningen af ​​batterivibrationer på batteriets ydeevne. Sammenlignet med IEC 62660-2 er testelementerne i GB/T 31485 mere stringente, såsom tilføjelse af akupunktur og nedsænkning i havvand.

Med hensyn til batteripakke og batterisystemtest, både elektrisk ydeevne og pålidelighed, dækker den amerikanske standard de fleste testemner. Med hensyn til ydelsestest har DOE/ID-11069 flere testelementer end andre standarder, såsom hybrid pulse power karakteristika (HPPC), stabilitet af driftssætpunkter, kalenderlevetid, referenceydelse, impedansspektrum, modulkontrolinspektionstest, termisk ledelsesbelastning og test på systemniveau kombineret med livsverifikation.

Analysemetoderne for testresultater for elektrisk ydeevne er detaljeret beskrevet i tillægget til standarden. Blandt dem kan HPPC-test bruges til at detektere spidseffekten af ​​strømbatterier, og den interne DC-modstandstestmetode, der er afledt heraf, er blevet brugt i vid udstrækning i undersøgelsen af ​​batteriets interne modstandskarakteristika. Med hensyn til pålidelighed har UL2580 flere testelementer end andre standarder, såsom ubalanceret batteriopladning, spændingsmodstand, isolering, kontinuitetstest og fejltest af køle-/varmestabilitetssystem. Det inkluderer også grundlæggende sikkerhedstest for batteripakkekomponenter på produktionslinjen og styrker krav til sikkerhedsgennemgang i BMS, kølesystem og beskyttelseskredsløbsdesign. SAE J2929 foreslår at udføre fejlanalyse på forskellige dele af batterisystemet og gemme relevant dokumentation, herunder forbedringstiltag, der er nemme at identificere fejl.

ISO 12405-serien af ​​standarder omfatter både ydeevne og sikkerhedsaspekter af batterier. ISO 12405-1 er en standard for batteriydelsestest til højenergiapplikationer, mens ISO 12405-2 er en batteriydeevneteststandard for højenergiapplikationer. Førstnævnte indeholder yderligere to indhold: koldstart og varmstart. GB/T 31467-serien kombinerer udviklingsstatus for strømbatterier i Kina og er modificeret i henhold til indholdet af ISO 12405-seriens standard.

Forskellige fra andre standarder er SAE J 2929 og ECE R100. Begge indebærer krav til højspændingsbeskyttelse og tilhører sikkerhedskategorien for elektriske køretøjer. De relevante testpunkter i Kina er opført i GB/T 18384 og GB/T 31467 3 påpeger, at batteripakken og batterisystemet skal opfylde kravene i GB/T 18384, før der udføres sikkerhedstest 1 og GB/T 18384 3. Relevant krav.

3） Sværhedsgrad

For det samme testelement er testmetoderne og bedømmelseskriterierne specificeret i forskellige standarder også forskellige. For eksempel kræver GB/T 31467 3, at prøven er fuldt opladet for testprøvernes ladningstilstand (SOC). ISO 12405 kræver et strømbatteri SOC på 50 % og et energitype batteri SOC på 100 %; ECE R100 2. Kræv, at batteriets SOC er over 50 %; UN38. 3 har forskellige krav til forskellige testartikler, og nogle testartikler kræver også genbrugsbatterier.

Derudover er det også påkrævet, at høj simulering, termisk testning, vibration, stød og eksterne kortslutninger skal testes med samme prøve, som er relativt strengere. Til vibrationstestning kræver ISO 12405, at prøver vibrerer ved forskellige omgivende temperaturer med anbefalede høje og lave temperaturer på henholdsvis 75 ℃ og -40 ℃. Andre standarder har ikke dette krav.

Til brandtesten, GB/T 31467. Den eksperimentelle metode og parameterindstillinger i 3 er i overensstemmelse med ISO 12405. Forskellen er ikke signifikant, som begge er forvarmet, direkte brændt og indirekte brændt ved antænding af brændstof, men GB/T 31467 3 Hvis der er en flamme i prøven, skal den slukkes inden for 2 minutter. ISO 12405 kræver ikke en tid for flammen at slukke. Brandtesten i SAE J2929 er forskellig fra de to foregående. Det kræver, at prøven placeres i en termisk strålingsbeholder, hurtigt opvarmes til 890 ℃ inden for 90 sekunder og holdes i 10 minutter, og ingen komponenter eller stoffer må passere gennem metalnetdækslet, der er placeret uden for testprøven.

4、 Mangler i eksisterende indenlandske standarder

Selvom formuleringen og udgivelsen af ​​relevante nationale standarder har udfyldt hullet i Kinas power lithium-ion batteri kombinationssystemer og er blevet bredt vedtaget, er der stadig mangler.

Med hensyn til testobjekter: Alle standarder specificerer kun test af nye batterier, og der er ingen relevante regler eller krav til brugte batterier. Batterierne har ingen problemer, når de forlader fabrikken, hvilket ikke betyder, at de stadig er sikre efter at have været brugt i en periode. Derfor er det nødvendigt at udføre den samme test på batterier, der bruges til forskellige tidspunkter, hvilket svarer til almindelige fysiske undersøgelser.

Med hensyn til resultatvurdering: Det nuværende bedømmelsesgrundlag er relativt bredt og enkelt, med kun bestemmelser om ingen lækage, ingen granatbrud, ingen brand og ingen eksplosion, der mangler et kvantificerbart evalueringssystem. European Commission for Automotive Research and Technology Development (EUCAR) har opdelt skadesniveauet for batterier i 8 niveauer, hvilket har en vis referencebetydning.

Med hensyn til testelementer: GB/T31467 3. Der er mangel på testindhold for batteripakker og batterisystemer med hensyn til termisk styring og termisk løb, og termisk sikkerhedsydelse er afgørende for batterier. Hvordan man kontrollerer den termiske løbning af individuelle batterier og forhindrer spredning af termisk løbsk er af stor betydning, hvilket fremgår af den obligatoriske implementering af "Sikkerhedstekniske betingelser for elektrisk bus". Derudover er det, set fra køretøjsapplikationens perspektiv, for ikke-destruktiv pålidelighedstestning, såsom miljøpålidelighed, nødvendigt at tilføje elektrisk ydeevnetest efter testen er afsluttet for at simulere virkningen af ​​køretøjets ydeevne efter at have oplevet miljøændringer.

Med hensyn til testmetoder: Cykluslevetidstesten af ​​batteripakker og batterisystemer tager for lang tid, hvilket påvirker produktudviklingscyklussen og er svær at udføre godt. Hvordan man udvikler en rimelig accelereret cykluslivstest er en udfordring.

5, Resumé

I de seneste år har Kina gjort store fremskridt i formuleringen og anvendelsen af ​​standarder for power lithium-ion-batterier, men der er stadig et vist hul i forhold til udenlandske standarder. Ud over teststandarder forbedres standardsystemet for lithium-ion-batterier i Kina også gradvist i andre aspekter. Den 9. november 2016 udgav ministeriet for industri og informationsteknologi "Comprehensive Standardization Technical System for Lithium Ion Batteries", som påpegede, at det fremtidige standardsystem omfatter fem hoveddele: grundlæggende generel brug, materialer og komponenter, design og fremstilling processer, fremstillings- og testudstyr og batteriprodukter. Blandt dem er sikkerhedsstandarder af stor betydning. Med opdateringen og udviklingen af ​​strømbatteriprodukter skal teststandarder også forbedre de tilsvarende testteknologier. Desuden øger det sikkerhedsniveauet for strømbatterier.