Comparación de estándares de prueba para baterías de litio eléctricas en el país y en el extranjero

Comparación de estándares de prueba para baterías de litio eléctricas en el país y en el extranjero

1. Normas extranjeras para baterías de iones de litio.

La Tabla 1 enumera los estándares de prueba comúnmente utilizados para baterías de iones de litio en el extranjero. Los organismos emisores de normas incluyen principalmente la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la Organización Internacional de Normalización (ISO), los Underwriters' Laboratories (UL) de los Estados Unidos, la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) de los Estados Unidos y los organismos pertinentes. instituciones de la Unión Europea.

1） Estándares internacionales

Los estándares de baterías de iones de litio publicados por IEC incluyen principalmente IEC 62660-1:2010 "Unidades de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos de carretera - Parte 1: Pruebas de rendimiento" e IEC 62660-2:2010 "Unidades de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos vehículos de carretera - Parte 2: Pruebas de fiabilidad y abuso". ONU 38 emitido por la Comisión de Transporte de las Naciones Unidas Los requisitos para las pruebas de baterías de litio en el "Manual de recomendaciones, normas y pruebas de las Naciones Unidas sobre el transporte de mercancías peligrosas" están dirigidos a la seguridad de las baterías durante el transporte.

Las normas desarrolladas por ISO en el campo de las baterías de iones de litio incluyen la ISO 12405-1:2011 "Vehículos de propulsión eléctrica. Procedimientos de prueba para sistemas y paquetes de baterías de iones de litio. Parte 1: Aplicaciones de alta potencia". ISO 12405-2: 2012 "Vehículos de propulsión eléctrica. Procedimientos de prueba de sistemas y paquetes de baterías de iones de litio. Parte 2: Aplicaciones de alta energía" e ISO 12405-3:2014 "Vehículos eléctricos. conducir vehículos - Procedimientos de prueba de sistemas y paquetes de baterías de iones de litio - Parte 3: Requisitos de seguridad" se refieren respectivamente a baterías de alta potencia, baterías de alta energía y requisitos de rendimiento de seguridad, con el objetivo de proporcionar a los fabricantes de vehículos elementos y métodos de prueba opcionales.

2） Estándares americanos

UL 2580:2011 "Baterías para vehículos eléctricos" evalúa principalmente la confiabilidad del abuso de baterías y la capacidad de proteger al personal en caso de daños causados ​​por el abuso. Esta norma fue revisada en 2013.

SAE cuenta con un amplio y completo sistema de estándares en la industria automotriz. La SAE J2464: 2009 "Pruebas de seguridad y abuso de sistemas de almacenamiento de energía recargables para vehículos eléctricos e híbridos", publicada en 2009, es uno de los primeros manuales de pruebas de abuso de baterías de vehículos aplicados en América del Norte y el mundo. Especifica claramente el ámbito de aplicación y los datos que se recopilarán para cada elemento de prueba, y también proporciona recomendaciones para la cantidad de muestras necesarias para el elemento de prueba.

La SAE J2929: 2011 "Normas de seguridad para sistemas de baterías eléctricas e híbridas" es una norma de seguridad propuesta por la SAE para resumir varias normas relacionadas con baterías eléctricas emitidas anteriormente, que incluyen dos partes: pruebas de rutina y pruebas anormales que pueden ocurrir durante la operación de vehículos eléctricos.

SAE J2380: 2013 "Prueba de vibración de baterías de vehículos eléctricos" es un estándar clásico para las pruebas de vibración de baterías de vehículos eléctricos. Según los resultados estadísticos recopilados del espectro de carga de vibración del vehículo real que circula por la carretera, el método de prueba está más en línea con la situación de vibración de los vehículos reales y tiene un valor de referencia importante.

3 Otros estándares organizacionales

El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) es el principal responsable de la formulación de políticas energéticas, la gestión de la industria energética y la investigación y el desarrollo de tecnologías relacionadas con la energía. En 2002, el gobierno de EE. UU. estableció el proyecto "Freedom CAR" y publicó sucesivamente el manual de prueba de baterías de vehículos eléctricos híbridos asistidos por energía Freedom CAR y el manual de pruebas de abuso del sistema de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos e híbridos.

La Asociación Alemana de la Industria del Automóvil (VDA) es una asociación formada en Alemania para unificar varios estándares para la industria automotriz nacional. Los estándares emitidos son VDA 2007 "Pruebas de sistemas de baterías para vehículos eléctricos híbridos", que se centra principalmente en las pruebas de rendimiento y confiabilidad de sistemas de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos híbridos.

2. Estándar nacional para baterías de iones de litio.

En 2001, el Comité de Normalización Automotriz publicó el primer documento técnico rector para las pruebas de baterías de iones de litio de vehículos eléctricos en China, GB/Z 18333 1: 2011 "Baterías de iones de litio para vehículos eléctricos de carretera". Al formular esta norma, se hizo referencia a la norma IEC 61960-2:2000 "Baterías y paquetes de baterías de litio portátiles - Parte 2: Paquetes de baterías de litio", que se utiliza para baterías de iones de litio y paquetes de baterías en dispositivos portátiles. El contenido de la prueba incluye rendimiento y seguridad, pero solo se aplica a baterías de 21,6 V y 14,4 V.

En 2006, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió QC/T 743 "Baterías de iones de litio para vehículos eléctricos", que fue ampliamente utilizado en la industria y revisado en 2012. GB/Z 18333 1: 2001 y QC/T 743: 2006 son estándares para niveles individuales y modulares, con un rango de aplicación limitado y un contenido de prueba que ya no satisface las necesidades de la industria de vehículos eléctricos en rápido desarrollo.

En 2015, la Administración Nacional de Normalización emitió una serie de normas, entre ellas GB/T 31484-2015 "Requisitos de vida útil y métodos de prueba para baterías eléctricas para vehículos eléctricos", GB/T 31485-2015 "Requisitos de seguridad y métodos de prueba para baterías eléctricas para vehículos eléctricos", GB/T 31486-2015 "Requisitos de rendimiento eléctrico y métodos de prueba para baterías eléctricas para vehículos eléctricos" y GB/T 31467 1-2015 "Paquetes y sistemas de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos - Parte 1: Procedimientos de prueba de aplicaciones de alta potencia, GB/T 31467 2-2015 "Paquetes y sistemas de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos - Parte 2: Aplicación de alta energía procedimientos de prueba, GB/T 31467 3 "Procedimientos de prueba para sistemas de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos - Parte 3: Prueba y requisitos de seguridad Métodos.

GB/T 31485-2015 y GB/T 31486-2015 respectivamente se refieren a las pruebas de seguridad y rendimiento eléctrico de unidades/módulos individuales. La serie GB/T 31467-2015 hace referencia a la serie ISO 12405 y es adecuada para probar paquetes de baterías o sistemas de baterías. GB/T 31484-2015 es un estándar de prueba diseñado específicamente para el ciclo de vida, con un ciclo de vida estándar utilizado para unidades y módulos individuales, y un ciclo de vida operativo utilizado para sistemas y paquetes de baterías.

Comisión Económica para Europa (ECE) R100 Las "Disposiciones uniformes sobre la homologación de vehículos con respecto a requisitos especiales para vehículos eléctricos" es un requisito específico formulado por la ECE para los vehículos eléctricos, que se divide en dos partes: la primera parte regula el motor protección, sistemas de almacenamiento de energía recargables, seguridad funcional y emisiones de hidrógeno de todo el vehículo, y la segunda parte añade requisitos específicos para la seguridad y fiabilidad de los sistemas de almacenamiento de energía recargables.

En 2016, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió las "Condiciones técnicas de seguridad para autobuses eléctricos", que consideran de manera integral las descargas eléctricas del personal, la protección contra el polvo del agua, la protección contra incendios, la seguridad de carga, la seguridad contra colisiones, el monitoreo remoto y otros aspectos. Se basó plenamente en los estándares tradicionales existentes relacionados con autobuses y vehículos eléctricos y en estándares locales como Shanghai y Beijing, y propuso requisitos técnicos más altos para las baterías eléctricas, agregando dos elementos de prueba: fuga térmica y expansión de fuga térmica. Se implementó oficialmente el 1 de enero. , 2017.

3. Análisis de estándares nacionales e internacionales para baterías de iones de litio.

La mayoría de las normas internacionales para baterías de iones de litio se publicaron alrededor de 2010, y se introdujeron muchas revisiones y nuevas normas una tras otra. GB/Z 18333 1: 2001 se emitió en 2001, lo que indica que los estándares chinos para baterías de iones de litio para vehículos eléctricos no comenzaron tarde en el mundo, pero su desarrollo fue relativamente lento. Desde el lanzamiento del estándar QC/T 743 en 2006, no ha habido ninguna actualización del estándar en China durante mucho tiempo, y antes del lanzamiento del nuevo estándar nacional en 2015, no había estándares para paquetes o sistemas de baterías. Las normas nacionales y extranjeras mencionadas anteriormente difieren en términos de ámbito de aplicación, contenido de los elementos de prueba, severidad de los elementos de prueba y criterios de evaluación.

1） Ámbito de aplicación

Las series IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 y GB/T 31485 son pruebas para niveles individuales y de módulos de baterías, mientras que las series UL2580, SAE J2929, ISO12405 y GB/T 31467 son aplicables para probar baterías. paquetes y sistemas de baterías. Además de IEC 62660, otras normas en el extranjero generalmente involucran pruebas a nivel de sistema o paquete de baterías, como SAE J2929 y ECE R100 2 incluso mencionaron pruebas a nivel de vehículo. Esto indica que la formulación de normas extranjeras tiene más en cuenta la aplicación de baterías en todo el vehículo, lo que está más en línea con las necesidades de las aplicaciones prácticas.

2） Contenido del elemento de prueba

En general, todos los elementos de la prueba se pueden dividir en dos categorías: rendimiento eléctrico y confiabilidad de la seguridad, mientras que la confiabilidad de la seguridad se puede dividir en confiabilidad mecánica, confiabilidad ambiental, confiabilidad del abuso y confiabilidad eléctrica.

La confiabilidad mecánica simula la tensión mecánica que experimenta un vehículo durante la conducción, como la vibración que simula los baches del vehículo en la superficie de la carretera; La confiabilidad ambiental simula la resistencia de los vehículos en diferentes climas, como los ciclos de temperatura que simulan la situación de los vehículos que van y vienen en áreas frías y calientes con grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche; Abuso de fiabilidad, como incendio, para evaluar la seguridad de las baterías en caso de uso inadecuado; La confiabilidad eléctrica, como los elementos de prueba de protección, examina principalmente si el sistema de administración de baterías (BMS) puede desempeñar un papel protector en momentos críticos.

En términos de celdas de batería, IEC 62660 se divide en dos estándares independientes, IEC 62660-1 e IEC 62660-2, que corresponden a pruebas de rendimiento y confiabilidad, respectivamente. GB/T 31485 y GB/T 31486 son una evolución de QC/T 743, y la resistencia a la vibración se clasifica como una prueba de rendimiento en GB/T 31486, ya que este elemento de prueba examina el impacto de la vibración de la batería en el rendimiento de la batería. En comparación con IEC 62660-2, los elementos de prueba de GB/T 31485 son más estrictos, como agregar acupuntura e inmersión en agua de mar.

En términos de pruebas de paquetes de baterías y sistemas de baterías, tanto de rendimiento eléctrico como de confiabilidad, el estándar estadounidense cubre la mayoría de los elementos de prueba. En términos de pruebas de rendimiento, DOE/ID-11069 tiene más elementos de prueba que otros estándares, como características de potencia de pulso híbrido (HPPC), estabilidad de los puntos de ajuste operativos, vida útil, rendimiento de referencia, espectro de impedancia, pruebas de inspección de control de módulos, pruebas térmicas. carga de gestión y pruebas a nivel de sistema combinadas con verificación de vida.

Los métodos de análisis de los resultados de las pruebas de rendimiento eléctrico se detallan en el apéndice de la norma. Entre ellos, las pruebas HPPC se pueden utilizar para detectar la potencia máxima de las baterías, y el método de prueba de resistencia interna de CC derivado de esto se ha utilizado ampliamente en el estudio de las características de resistencia interna de las baterías. En términos de confiabilidad, UL2580 tiene más elementos de prueba que otros estándares, como carga desequilibrada del paquete de baterías, resistencia de voltaje, aislamiento, pruebas de continuidad y pruebas de fallas del sistema de estabilidad de enfriamiento/calefacción. También incluye pruebas de seguridad básicas para los componentes del paquete de baterías en la línea de producción y fortalece los requisitos de revisión de seguridad en BMS, sistemas de enfriamiento y diseño de circuitos de protección. SAE J2929 propone realizar análisis de fallas en varias partes del sistema de batería y guardar documentación relevante, incluidas medidas de mejora que sean fáciles de identificar fallas.

La serie de normas ISO 12405 incluye aspectos tanto de rendimiento como de seguridad de las baterías. ISO 12405-1 es un estándar de prueba de rendimiento de baterías para aplicaciones de alta potencia, mientras que ISO 12405-2 es un estándar de pruebas de rendimiento de baterías para aplicaciones de alta energía. El primero incluye dos contenidos más: arranque en frío y arranque en caliente. La serie GB/T 31467 combina el estado de desarrollo de las baterías eléctricas en China y se modifica de acuerdo con el contenido de la norma de la serie ISO 12405.

A diferencia de otras normas, SAE J 2929 y ECE R100 implican requisitos de protección de alto voltaje y pertenecen a la categoría de seguridad de vehículos eléctricos. Los elementos de prueba relevantes en China se enumeran en GB/T 18384 y GB/T 31467 3 señala que el paquete de baterías y el sistema de batería deben cumplir con los requisitos de GB/T 18384 antes de realizar pruebas de seguridad 1 y GB/T 18384 3. Relevante requisitos.

3） Gravedad

Para el mismo elemento de prueba, los métodos de prueba y los criterios de evaluación especificados en diferentes normas también son diferentes. Por ejemplo, para el estado de carga (SOC) de las muestras de prueba, GB/T 31467 3 requiere que la muestra esté completamente cargada; ISO 12405 requiere un SOC de batería de tipo de energía del 50 % y un SOC de batería de tipo de energía del 100 %; ECE R100 2. Requerir que el SOC de la batería esté por encima del 50%; ONU38. 3 tiene diferentes requisitos para diferentes elementos de prueba y algunos elementos de prueba también requieren baterías recicladas.

Además, también se requiere que se prueben alta simulación, pruebas térmicas, vibración, impacto y cortocircuitos externos utilizando la misma muestra, que es relativamente más estricta. Para las pruebas de vibración, la norma ISO 12405 requiere que las muestras vibren a diferentes temperaturas ambiente, con temperaturas máximas y mínimas recomendadas de 75 ℃ y -40 ℃, respectivamente. Otras normas no tienen este requisito.

Para la prueba de fuego, GB/T 31467 El método experimental y la configuración de parámetros en 3 son consistentes con ISO 12405. La diferencia no es significativa, los cuales se precalientan, se queman directamente y se queman indirectamente al encender combustible, pero GB/T 31467 3 Si hay llama en la muestra, se debe apagar en 2 minutos. ISO 12405 no requiere un tiempo para que la llama se apague. La prueba de fuego en SAE J2929 es diferente a las dos anteriores. Requiere que la muestra se coloque en un recipiente de radiación térmica, se caliente rápidamente a 890 ℃ en 90 segundos y se mantenga durante 10 minutos, y ningún componente o sustancia debe pasar a través de la cubierta de malla metálica colocada fuera de la muestra de prueba.

4. Deficiencias en las normas nacionales existentes

Aunque la formulación y publicación de estándares nacionales relevantes han llenado el vacío en los sistemas de combinación de baterías de iones de litio de China y han sido ampliamente adoptados, todavía existen deficiencias.

En términos de objetos de prueba: todos los estándares solo especifican la prueba de baterías nuevas y no existen regulaciones o requisitos relevantes para baterías usadas. Las baterías no tienen problemas al salir de fábrica, lo que no significa que sigan siendo seguras después de un tiempo de uso. Por lo tanto, es necesario realizar las mismas pruebas en baterías utilizadas en diferentes momentos, lo que equivale a exámenes físicos periódicos.

En términos de juicio de resultados: la base de juicio actual es relativamente amplia y única, con solo disposiciones para que no haya fugas, ni ruptura del proyectil, ni incendio ni explosión, y carece de un sistema de evaluación cuantificable. La Comisión Europea para la Investigación y el Desarrollo de Tecnología Automotriz (EUCAR) ha dividido el nivel de daño de las baterías en 8 niveles, lo que tiene cierta importancia de referencia.

En términos de elementos de prueba: GB/T31467 3. Falta contenido de prueba para paquetes de baterías y sistemas de baterías en términos de gestión térmica y fuga térmica, y el rendimiento de seguridad térmica es crucial para las baterías. Cómo controlar la fuga térmica de las baterías individuales y prevenir su propagación es de gran importancia, como lo demuestra la implementación obligatoria de las "Condiciones técnicas de seguridad para autobuses eléctricos". Además, desde la perspectiva de la aplicación del vehículo, para las pruebas de confiabilidad no destructivas, como la confiabilidad ambiental, es necesario agregar pruebas de rendimiento eléctrico después de completar la prueba para simular el impacto del rendimiento del vehículo después de experimentar cambios ambientales.

En términos de métodos de prueba: la prueba del ciclo de vida de los paquetes de baterías y los sistemas de baterías lleva demasiado tiempo, lo que afecta el ciclo de desarrollo del producto y es difícil de ejecutar bien. Cómo desarrollar una prueba de vida de ciclo acelerado razonable es un desafío.

5 、 Resumen

En los últimos años, China ha logrado grandes avances en la formulación y aplicación de normas para las baterías de iones de litio, pero todavía existe una cierta brecha en comparación con las normas extranjeras. Además de los estándares de prueba, el sistema estándar para baterías de iones de litio en China también está mejorando gradualmente en otros aspectos. El 9 de noviembre de 2016, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información publicó el "Sistema Técnico Integral de Normalización para Baterías de Iones de Litio", que señaló que el futuro sistema estándar incluye cinco partes principales: uso general básico, materiales y componentes, diseño y fabricación. procesos, equipos de fabricación y prueba, y productos de baterías. Entre ellos, las normas de seguridad son de gran importancia. Con la actualización y el desarrollo de productos de baterías eléctricas, los estándares de prueba también deben mejorar las tecnologías de prueba correspondientes. Además, mejora el nivel de seguridad de las baterías eléctricas.