Jämförelse av teststandarder för kraftlitiumbatterier hemma och utomlands

Jämförelse av teststandarder för kraftlitiumbatterier hemma och utomlands

1、 Utländska standarder för kraftlitiumjonbatterier

Tabell 1 listar de vanligaste teststandarderna för litiumjonbatterier utomlands. De standardutgivande organen inkluderar främst International Electrotechnical Commission (IEC), International Organization for Standardization (ISO), Underwriters' Laboratories (UL) i USA, Society of Automotive Engineers (SAE) i USA och relevanta Europeiska unionens institutioner.

1） Internationella standarder

Kraftlitiumjonbatteristandarderna som släppts av IEC inkluderar huvudsakligen IEC 62660-1:2010 "Lithium ion power battery units for electric road vehicles - Part 1: Performance testing" och IEC 62660-2:2010 "Lithium ion power battery units for electric vägfordon - Del 2: Tillförlitlighets- och missbrukstestning". UN 38 utfärdat av FN:s transportkommission Kraven för testning av litiumbatterier i "United Nations Recommendations, Standards and Test Manual on the Transport of Dangerous Goods" syftar till säkerheten för batterier under transport.

Standarderna som utvecklats av ISO inom området kraftfulla litiumjonbatterier inkluderar ISO 12405-1:2011 "Elektriska fordon - Testprocedurer för litiumjonbatterier och -system - Del 1: Högeffektstillämpningar" ISO 12405-2: 2012 "Eldrivna fordon - Litiumjonbatterier och testprocedurer för system - Del 2: Högenergiapplikationer" och ISO 12405-3:2014 "Elektriska fordon - Litiumjonbatterier och testprocedurer för system - Del 3: Säkerhetskrav " riktar in sig på högeffektsbatterier, högenergibatterier och krav på säkerhetsprestanda, i syfte att förse fordonstillverkarna med valfria testartiklar och metoder.

2） Amerikanska standarder

UL 2580:2011 "Batterier för elektriska fordon" utvärderar huvudsakligen tillförlitligheten av batterimissbruk och förmågan att skydda personal i händelse av skada orsakad av missbruk. Denna standard reviderades 2013.

SAE har ett stort och heltäckande standardsystem inom fordonsindustrin. SAE J2464: 2009 "Safety and Abuse Testing of Rechargeable Energy Storage Systems for Electric and Hybrid Electric Vehicles", utgiven 2009, är en tidig serie manualer för missbrukstestning av fordonsbatterier som tillämpas i Nordamerika och världen. Den anger tydligt tillämpningsområdet och de data som ska samlas in för varje testobjekt, och ger även rekommendationer för antalet prover som krävs för testobjektet.

SAE J2929: 2011 "Safety Standards for Electric and Hybrid Battery Systems" är en säkerhetsstandard som föreslagits av SAE för att sammanfatta olika kraftbatterirelaterade standarder som tidigare utfärdats, inklusive två delar: rutintestning och onormala tester som kan inträffa under drift av elfordon.

SAE J2380: 2013 "Vibrationstestning av elfordonsbatterier" är en klassisk standard för vibrationstestning av elfordonsbatterier. Baserat på de insamlade statistiska resultaten av vibrationsbelastningsspektrumet för faktiska fordon som kör på vägen, är testmetoden mer i linje med vibrationssituationen för faktiska fordon och har ett viktigt referensvärde.

3 Andra organisatoriska standarder

Det amerikanska energidepartementet (DOE) är primärt ansvarigt för utformning av energipolitik, energiindustriledning och energirelaterad teknologiforskning och utveckling. År 2002 etablerade den amerikanska regeringen "Freedom CAR"-projektet och utfärdade successivt Freedom CAR power assisted hybrid-elfordons batteritestmanual och energilagringssystemets missbrukstestmanual för el- och hybridfordon.

German Automobile Industry Association (VDA) är en sammanslutning som bildas i Tyskland för att förena olika standarder för den inhemska bilindustrin. Standarderna som utfärdas är VDA 2007 "Battery System Testing for Hybrid Electric Vehicles", som huvudsakligen fokuserar på prestanda- och tillförlitlighetstestning av litiumjonbatterisystem för hybridelektriska fordon.

2、 Inhemsk standard för kraftlitiumjonbatterier

År 2001 utfärdade Automotive Standardization Committee det första vägledande tekniska dokumentet för litiumjonbatteritestning av elfordon i Kina, GB/Z 18333 1: 2011 "Lithium ion batteries for electric road vehicles". Vid utformningen av denna standard hänvisades till IEC 61960-2:2000 "Bärbara litiumbatterier och batteripaket - Del 2: Litiumbatteripaket", som används för litiumjonbatterier och batteripaket i bärbara enheter. Testinnehållet inkluderar prestanda och säkerhet, men är endast tillämpligt på batterier på 21,6V och 14,4V.

Under 2006 utfärdade ministeriet för industri och informationsteknologi QC/T 743 "Lithium ion Power Batteries for Electric Vehicles", som användes flitigt i branschen och reviderades 2012. GB/Z 18333 1: 2001 och QC/T 743: 2006 är både standarder för individuella nivåer och modulnivåer, med ett smalt applikationsområde och testinnehåll som inte längre uppfyller behoven hos den snabbt växande elfordonsindustrin.

Under 2015 utfärdade National Standardization Administration en serie standarder, inklusive GB/T 31484-2015 "Cykellivslängdskrav och testmetoder för kraftbatterier för elektriska fordon", GB/T 31485-2015 "Säkerhetskrav och testmetoder för kraftbatterier för elektriska fordon", GB/T 31486-2015 "Electrical Performance Requirements and Test Methods for Power Batteries for Electric Vehicles", och GB/T 31467 1-2015 "Lithium ion power battery packs and systems for electric vehicles - Part 1: High testprocedurer för kraftapplikationer, GB/T 31467 2-2015 "Lithium ion power battery packs and systems for electric vehicles - Part 2: High energy application testing procedures, GB/T 31467 3 "Test Procedures for Lithium Ion Power Battery Systems for Electric Vehicles - Del 3: Säkerhetskrav och testmetoder.

GB/T 31485-2015 respektive GB/T 31486-2015 hänvisar till säkerhets- och elektrisk prestandatestning av enskilda enheter/moduler. GB/T 31467-2015-serien hänvisar till ISO 12405-serien och är lämplig för att testa batteripaket eller batterisystem. GB/T 31484-2015 är en teststandard speciellt utformad för cykellivslängd, med standardcykellivslängd som används för enskilda enheter och moduler, och driftscykellivslängd som används för batteripaket och system.

Ekonomiska kommissionen för Europa (ECE) R100 "Enhetliga bestämmelser om godkännande av fordon med avseende på särskilda krav för elektriska fordon" är ett specifikt krav formulerat av ECE för elfordon, som är uppdelat i två delar: den första delen reglerar motorn skydd, laddningsbara energilagringssystem, funktionell säkerhet och vätgasutsläpp från hela fordonet, och den andra delen lägger till specifika krav på säkerheten och tillförlitligheten hos laddningsbara energilagringssystem.

Under 2016 utfärdade ministeriet för industri och informationsteknik "Säkerhetstekniska villkor för elbuss", som övervägde personalens elektriska stötar, vattendammskydd, brandskydd, laddningssäkerhet, kollisionssäkerhet, fjärrövervakning och andra aspekter. Den byggde helt på befintliga traditionella buss- och elfordonsrelaterade standarder och lokala standarder som Shanghai och Peking, och lade fram högre tekniska krav för kraftbatterier, och lade till två testobjekt: termisk runaway och termisk runaway expansion. Den implementerades officiellt den 1 januari , 2017.

3、 Analys av inhemska och internationella standarder för kraftlitiumjonbatterier

De flesta av de internationella standarderna för kraftlitiumjonbatterier utfärdades runt 2010, med många revisioner och nya standarder som introducerades en efter en. GB/Z 18333 1: 2001 utfärdades 2001, vilket indikerar att Kinas litiumjonbatteristandarder för elfordon inte startade sent i världen, men deras utveckling var relativt långsam. Sedan lanseringen av QC/T 743-standarden 2006 har det inte funnits någon standarduppdatering i Kina på länge, och innan den nya nationella standarden släpptes 2015 fanns det inga standarder för batteripaket eller system. Ovanstående inhemska och utländska standarder skiljer sig åt när det gäller tillämpningsområde, innehåll av testobjekt, svårighetsgrad av testobjekt och bedömningskriterier.

1） Tillämpningsområde

IEC 62660-serien, QC/T 743, GB/T 31486 och GB/T 31485 är tester för individuella batterier och modulnivåer, medan UL2580, SAE J2929, ISO12405 och GB/T 31467-serien är tillämpliga för att testa batterier paket och batterisystem. Förutom IEC 62660 involverar andra standarder utomlands i allmänhet testning av batteripaket eller systemnivå, såsom SAE J2929 och ECE R100 2 nämnde till och med fordonsnivåtestning. Detta tyder på att utformningen av utländska standarder tar mer hänsyn till användningen av batterier i hela fordonet, vilket är mer i linje med behoven av praktiska tillämpningar.

2） Testobjektets innehåll

Sammantaget kan alla testobjekt delas in i två kategorier: elektrisk prestanda och säkerhetstillförlitlighet, medan säkerhetstillförlitlighet ytterligare kan delas in i mekanisk tillförlitlighet, miljöpålitlighet, missbrukspålitlighet och elektrisk tillförlitlighet.

Mekanisk tillförlitlighet simulerar den mekaniska påfrestning som ett fordon utsätts för under körning, såsom vibrationer som simulerar fordonets ojämnhet på vägytan; Miljötillförlitlighet simulerar fordons uthållighet i olika klimat, såsom temperaturcykling som simulerar situationen för fordon som kör fram och tillbaka i kalla och varma områden med stora temperaturskillnader mellan dag och natt; Missbruk av tillförlitlighet, såsom brand, för att bedöma batteriernas säkerhet i händelse av felaktig användning; Elektrisk tillförlitlighet, såsom skyddande testobjekt, undersöker främst om batterihanteringssystemet (BMS) kan spela en skyddande roll vid kritiska tidpunkter.

När det gäller battericeller är IEC 62660 uppdelad i två oberoende standarder, IEC 62660-1 och IEC 62660-2, som motsvarar prestanda- respektive tillförlitlighetstestning. GB/T 31485 och GB/T 31486 har utvecklats från QC/T 743, och vibrationsmotstånd klassificeras som ett prestandatest i GB/T 31486, eftersom detta testobjekt undersöker effekten av batterivibrationer på batteriets prestanda. Jämfört med IEC 62660-2 är testobjekten i GB/T 31485 strängare, som att lägga till akupunktur och nedsänkning i havsvatten.

När det gäller testning av batteripaket och batterisystem, både elektrisk prestanda och tillförlitlighet, täcker den amerikanska standarden de flesta testobjekten. När det gäller prestandatestning har DOE/ID-11069 fler testobjekt än andra standarder, såsom hybridpulseffektkarakteristik (HPPC), stabilitet för driftsbörvärden, kalenderlivslängd, referensprestanda, impedansspektrum, modulkontrollinspektionstestning, termisk hanteringsbelastning och testning på systemnivå kombinerat med livsverifiering.

Analysmetoderna för testresultat av elektriska prestanda beskrivs i bilagan till standarden. Bland dem kan HPPC-testning användas för att upptäcka toppeffekten hos batterier, och testmetoden för DC internt motstånd som härrör från detta har använts i stor utsträckning i studien av batteriets interna resistansegenskaper. När det gäller tillförlitlighet har UL2580 fler testartiklar än andra standarder, såsom obalanserad batteriladdning, spänningsresistans, isolering, kontinuitetstestning och feltestning av kyl-/värmestabilitetssystem. Det inkluderar också grundläggande säkerhetstester för batteripaketkomponenter på produktionslinjen och stärker säkerhetsgranskningskraven i BMS, kylsystem och skyddskretsdesign. SAE J2929 föreslår att göra felanalyser på olika delar av batterisystemet och spara relevant dokumentation, inklusive förbättringsåtgärder som är lätta att identifiera fel.

ISO 12405-serien av standarder inkluderar både prestanda och säkerhetsaspekter för batterier. ISO 12405-1 är en teststandard för batteriprestanda för högenergiapplikationer, medan ISO 12405-2 är en standard för batteriprestandatestning för högenergiapplikationer. Den förra innehåller ytterligare två innehåll: kallstart och varmstart. GB/T 31467-serien kombinerar utvecklingsstatusen för kraftbatterier i Kina och är modifierad enligt innehållet i ISO 12405-seriens standard.

Skiljer sig från andra standarder är SAE J 2929 och ECE R100. Båda innebär krav på högspänningsskydd och tillhör säkerhetskategorin elfordon. De relevanta testartiklarna i Kina är listade i GB/T 18384 och GB/T 31467 3 påpekar att batteripaketet och batterisystemet måste uppfylla kraven i GB/T 18384 innan säkerhetstester 1 och GB/T 18384 3 utförs. Relevant krav.

3） Allvarlighet

För samma testobjekt är testmetoderna och bedömningskriterierna som anges i olika standarder också olika. Till exempel, för laddningstillståndet (SOC) för testprover, kräver GB/T 31467 3 att provet är fulladdat; ISO 12405 kräver ett batteri SOC av strömtyp på 50 % och ett batteri SOC av energityp på 100 %; ECE R100 2. Kräv att batteriets SOC är över 50 %; UN38. 3 har olika krav på olika testartiklar, och vissa testartiklar kräver även återvunna batterier.

Dessutom krävs det också att högsimulering, termisk testning, vibration, stöt och externa kortslutningar måste testas med samma prov, vilket är relativt strängare. För vibrationstestning kräver ISO 12405 att proverna ska vibrera vid olika omgivningstemperaturer, med rekommenderade höga och låga temperaturer på 75 ℃ respektive -40 ℃. Andra standarder har inte detta krav.

För brandtestet, GB/T 31467. Den experimentella metoden och parameterinställningarna i 3 överensstämmer med ISO 12405. Skillnaden är inte signifikant, båda är förvärmda, direkt förbrända och indirekt förbrända genom att antända bränsle, men GB/T 31467 3 Om det finns en låga i provet måste den släckas inom 2 minuter. ISO 12405 kräver ingen tid för lågan att släcka. Brandtestet i SAE J2929 skiljer sig från de två tidigare. Det kräver att provet placeras i en värmestrålningsbehållare, snabbt värms upp till 890 ℃ inom 90 sekunder och hålls i 10 minuter, och inga komponenter eller ämnen får passera genom metallnätskyddet placerat utanför testprovet.

4、 Brister i befintliga inhemska standarder

Även om formuleringen och utgivningen av relevanta nationella standarder har fyllt luckan i Kinas kombinationssystem för kraftlitium-jonbatterier och har antagits i stor utsträckning, finns det fortfarande brister.

När det gäller testobjekt: Alla standarder anger endast testning av nya batterier, och det finns inga relevanta föreskrifter eller krav för använda batterier. Batterierna har inga problem när de lämnar fabriken, vilket inte betyder att de fortfarande är säkra efter att ha använts under en tid. Därför är det nödvändigt att utföra samma test på batterier som används för olika tider, vilket motsvarar vanliga fysiska undersökningar.

När det gäller resultatbedömning: Den nuvarande bedömningsgrunden är relativt bred och enkel, med endast bestämmelser om inget läckage, inget granatbrott, ingen brand och ingen explosion, utan ett kvantifierbart utvärderingssystem. Europeiska kommissionen för fordonsforskning och teknisk utveckling (EUCAR) har delat in skadenivån för batterier i 8 nivåer, vilket har viss referensbetydelse.

När det gäller testobjekt: GB/T31467 3. Det finns en brist på testinnehåll för batteripaket och batterisystem när det gäller termisk hantering och termisk runaway, och termisk säkerhetsprestanda är avgörande för batterier. Hur man kontrollerar den termiska rusningen av enskilda batterier och förhindrar spridningen av termisk runaway är av stor betydelse, vilket framgår av den obligatoriska implementeringen av "Säkerhetstekniska villkor för elbussar". Dessutom, ur fordonsapplikationens perspektiv, för oförstörande tillförlitlighetstestning, såsom miljötillförlitlighet, är det nödvändigt att lägga till elektrisk prestandatestning efter att testet har slutförts för att simulera effekten av fordonsprestanda efter att ha upplevt miljöförändringar.

När det gäller testmetoder: Cykellivstestningen av batteripaket och batterisystem tar för lång tid, vilket påverkar produktutvecklingscykeln och är svår att utföra väl. Hur man utvecklar ett rimligt accelererad livscykeltestning är en utmaning.

5, Sammanfattning

Under de senaste åren har Kina gjort stora framsteg i utformningen och tillämpningen av standarder för kraftlitiumjonbatterier, men det finns fortfarande ett visst gap jämfört med utländska standarder. Förutom teststandarder förbättras standardsystemet för litiumjonbatterier i Kina gradvis också i andra aspekter. Den 9 november 2016 släppte ministeriet för industri och informationsteknologi "Comprehensive Standardization Technical System for Lithium Ion Batteries", som påpekade att det framtida standardsystemet innehåller fem huvuddelar: grundläggande allmän användning, material och komponenter, design och tillverkning processer, tillverknings- och testutrustning och batteriprodukter. Bland dem är säkerhetsstandarder av stor betydelse. Med uppdateringen och utvecklingen av batteriprodukter måste teststandarder också förbättra motsvarande testteknik, och dessutom förbättrar det säkerhetsnivån för kraftbatterier.