EV-Lithium-Ionen-Batterietest Standard-Teil 2

EV-Lithium-Ionen-Batterietest Standard-Teil 2

Um die Funktion des Überlade-/Tiefentladeschutzsystems zu bewerten, kann es vorkommen, dass das Laden oder Entladen der Batterie die vom Hersteller empfohlenen Grenzwerte überschreitet, z. B. ein Ladegerätausfall. Fast alle Normen und Vorschriften schreiben diesen Prüfgegenstand vor

The important safety hazards during overcharge are electrolyte decomposition, cathode and anode breakdown, diaphragm degradation and exothermic decomposition of lithium coating, resulting in battery overheating and heat out of control. If sufficient temperature is reached (e.g. 200 ℃), the fluorinated adhesive will undergo exothermic reaction with carbon lithium. The factors affecting the test results include the charging rate and the final SOC.

For overcharge test, charge the battery according to the charging current specified in the standard until the set end charging conditions (such as 200% SOC, 130% SOC, etc.) are reached, or the protection device is used (such as disconnecting charging, reducing current, etc.). There are great differences in the provisions of some standards and regulations on overcharge current and charging end conditions, resulting in great differences in test results, and the test results of different standards and regulations are not comparable. The starting temperature of thermal runaway of overcharged battery (SOC > 100%) shows a lower starting temperature (in the range of 65 ~ 80 ℃).

Serious accidents generally occur on battery cells with severe overcharge (e.g. twice the rated capacity), but repeated charge / discharge cycles under medium overcharge (110% SOC) may also lead to internal short circuit or failure of the battery.

Overdischarge (or forced discharge) test is also very important. The safety hazard during excessive discharge is polarity reversal, resulting in oxidation of anode collector and plating on cathode side. Even small overdischarge can lead to dendrite formation and eventually short circuit. During the over discharge test, discharge the fully charged battery (e.g. 1C rate for 1.5h, or C / 3 rate discharge until the tested equipment interrupts or limits the discharge). The test parameters of different standards and regulations vary greatly. It can be concluded that the test results may depend on the standards or regulations followed. Therefore, it is necessary to unify the test parameters for comparable tests.

2.2 Severe environment test

The environmental test aims to evaluate the safety performance of the system under the conditions of temperature change, such as fire caused by ambient temperature in different regions or accidents caused by extreme weather. The most common severe environmental tests are described below: temperature shock and cycle test, thermal stability test, over temperature test and external fire test.

2.2.1 Temperature shock and cycle test

This test is important to assess changes in DUT integrity due to exposure to extreme and sudden temperature changes (e.g., expansion and contraction of battery components when the vehicle enters or leaves a heated or frozen garage during transportation). During the temperature shock and cycle test, the DUT will withstand two temperature limits, high temperature and low temperature, and maintain the specified time under each temperature limit. The temperature shock and cycle tests described in standards and regulations have different maximum temperature limits. The lower temperature limit of all standards and regulations is – 40 ° C (the minimum temperature of IEC62660-2 under live operation is – 20 ℃), although the upper temperature limit is different.

It is worth noting that UN / ECER-100.02:2013 allows the operation of protective equipment during this test, while in other international standards, protective equipment is disabled, which makes the test conditions more stringent.

2.2.2 Thermal stability test

This test is important to evaluate the stability of the battery at high temperature to identify the starting temperature of battery thermal runaway or the stability at high temperature. During the test, the temperature of the battery shall be increased in steps of 5 ℃ / min, increased to the specified temperature and maintained for 30min, or until major damage occurs to the DUT.

The provisions of SAEJ2464:2009 are more stringent. It requires not only a temperature rise rate of 5 ℃ / min, but also to be maintained for 30min in each temperature step, but also a maximum temperature of 300 ℃ (higher than the maximum working temperature of the battery) until the temperature reaches 300 ℃ or self heating occurs (greater than 1.0 ℃ / min). It is used to evaluate the thermal runaway start time and thermal stability of the battery.

Andere Standards bewerten die Leistung der Batterie bei hohen Temperaturen. Der Zweck besteht nicht darin, einen thermischen Durchgehzustand zu erreichen, sondern die thermische Stabilität des DUT bei dieser Temperatur zu bewerten. Die Batterien wurden in Schritten von 5 /min von Raumtemperatur zugegeben, auf 130 ℃ erhöht und 30min bei dieser Temperatur platziert. Obwohl die thermische Stabilität für die Sicherheit von Energiespeichersystemen sehr wichtig ist, werden sie nicht in allen Normen allgemein gefordert.

2.2.3 Übertemperaturtest

Der Überhitzungstest (auch bekannt als schnelles Laden/Entladen, Überhitzungsschutztest) zielt darauf ab, die Auswirkungen eines Temperaturkontrollfehlers oder eines anderen Schutzfunktionsfehlers auf die interne Überhitzung der Batterie zu bewerten.

Für diesen Test verlangen sowohl EU- als auch internationale Normen, dass das aktive thermische Kontrollsystem (zB Kühlsystem) des Prüflings abgeschaltet und der Lade-Entlade-Test kontinuierlich durchgeführt wird. Es gibt kein Zeitintervall zwischen Laden und Entladen, das zu einem Temperaturanstieg des DUT führt. Drei internationale Normen verlangen, dass der Test in einem begrenzten Raum durchgeführt werden muss, um die Entflammbarkeit von gasförmigen Stoffen zu bewerten, die während des Tests aus der Batterie freigesetzt werden.

Relevante UN / ECE-R100.02:2013 erfordern nicht, dass die Prüfung auf engstem Raum durchgeführt wird. Alle Normen verlangen die Beendigung des Tests im Falle einer Beschädigung des Prüflings (zB Elektrolytaustritt, Bruch, Feuer oder Explosion).

2.2.4 externer Brandtest

Der Zweck des externen Brandtests besteht darin, das Explosionsrisiko der Batterie oder des Fahrzeugs zu bewerten, wenn es hohen Temperaturen oder externen Flammen ausgesetzt ist. Die Brandquelle kann durch Kraftstoffaustritt aus dem Fahrzeug selbst oder nahegelegenen Fahrzeugen verursacht werden.

Drei Arten von Tests:

(1) Strahlungswärmetest: SAEJ 2464:2009 Batterie (100% SOC)

Es befindet sich in einem zylindrischen Metallgerät, das durch Strahlung erhitzt wird. Die Temperatur soll innerhalb von 90 s 890 ℃ erreichen und für 10 min gehalten werden. Zeichnen Sie den Batterietestprozess oder nach dem Test auf, einschließlich Verformung, Undichtigkeit, Feuer, Explosion usw.

(2) Projektiltest: SAEJ 2929:2013 setzen Sie das DUT einem gleichmäßigen Feuer aus und lassen Sie das DUT von einem Stahldrahtgitter umgeben, damit die durch die Batterieexplosion verursachten Fragmente das Gittergitter nicht durchdringen können. Das gesamte Batteriesystem muss hohen Temperaturen und einer Flammenumgebung ausgesetzt werden, bis das Batteriesystem vollständig brennt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, entfernen Sie die externe Wärmequelle und die Flammenquelle und lassen Sie das Batteriesystem weiter brennen. Wenn keine Flamme sichtbar ist, ist der Test abgeschlossen und die Beobachtungszeit beginnt nach dem Test.

(3) Ölwannenverbrennungstest: der in UN . beschriebene Test/ ECE-R 100.02:2013 und iso6469-1:2019 entsteht durch das Verbrennen von Kraftstoff in der Ölwanne. Das DUT wird auf einem Reibungstisch über der mit Kraftstoff beladenen Testscheibe platziert. Zünden Sie während des Tests den Kraftstoff in der Testscheibe mindestens 3 m vom DUT entfernt und heizen Sie den DUT 60 s lang vor. Anschließend die Kraftstoffwanne unter den Prüfling stellen (Abstand 50cm bzw. Bodenhöhe des Prüflings bei entladenem Fahrzeug bzw. wie zwischen Hersteller und Kunde vereinbart) und den Prüfling direkt freilegen 70er Jahre in die Flamme. Decken Sie die feuerfeste Abdeckplatte der Ölwanne ab und testen Sie den Prüfling in diesem Zustand 60s lang. Ölwanne ausbauen und 3h nach UN / ECE-R 100.02:2013 und ISO 6469-1:2019 oder bis das DUT die Umgebungstemperatur erreicht, beobachten. Wenn während der Prüfung keine Explosionszeichen erkennbar sind, ist die Prüfung bestanden.

3. Fazit

In diesem Beitrag wird eine umfassende vergleichende Analyse verschiedener Normen und Vorschriften zum Sicherheitsverhalten von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge in den Prüfpunkten elektrische Sicherheit und raue Umgebung vorgenommen. Vergleichen Sie die Testparameter und -bedingungen, die in den in diesen Normen und Vorschriften beschriebenen Testmethoden verwendet werden. Aus der durchgeführten Analyse werden folgende Schlussfolgerungen gezogen:

Die Testbedingungen (zB SOC, Temperatur) einiger Tests (zB Überladung, Thermoschock, externes Feuer usw.) sind ziemlich breit gefächert. Dies macht es für verschiedene Standards unmöglich, Daten zu erhalten, und die unterschiedlichen Parameter können auf unterschiedliche Szenarien zurückzuführen sein, die von den Standardherstellern berücksichtigt wurden. Um einen fairen und gleichwertigen Test durchzuführen, wird empfohlen, die Testparameter und -bedingungen zu vereinheitlichen. Da der Worst Case in der Regel dem maximalen SOC entspricht, ist es logisch, auch in diesem Fall entsprechende Tests durchzuführen. Die meisten Standards verlangen bereits 100 % SOC, aber die Verordnung UN / ECE-R100.02:2013 erlaubt das Testen bei nicht weniger als 50 % SOC.

Auch auf die Vergleichbarkeit von Komponententests von Batteriezellen, Modulen und Batteriepacks ist zu achten. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass der Anfangsstrom, der bei einer Kurzschlussprüfung auftritt, von der Größe des Prüflings und seiner Anschlussart (dh parallel oder seriell) beeinflusst wird.

Aus Sicht der elektrischen Sicherheit und rauen Umgebungstestanforderungen von Lithium-Ionen-Batterien (Batteriezellen, Batteriemodule, Batteriepacks oder -systeme) für Elektrofahrzeuge sind die von verschiedenen Normen und Vorschriften geforderten Prüfbedingungen uneinheitlich, so dass die Testergebnisse von die gleichen Testgegenstände sind nicht vergleichbar.