{{{sourceTextContent.title}}}

Sicherheitsprüfnormen für Lithium-Ionen-Akkus - Teil 1

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Sicherheitsprüfnormen für Lithium-Ionen-Akkus - Teil 1

{{{sourceTextContent.description}}}

In den letzten Jahren haben Länder auf der ganzen Welt die politische Unterstützung für neue Energiefahrzeuge kontinuierlich erhöht, und auch Automobilunternehmen wie Tesla haben neue Modelle auf den Markt gebracht. Dies hat zu einem schnellen Wachstum des globalen Marktes für Elektrofahrzeuge geführt. Allerdings haben sich immer wieder Brand- und Explosionsunfälle mit Elektrofahrzeugen ereignet, so dass das Thema Sicherheit in den Fokus der Verbraucher gerückt ist. In diesem Zusammenhang haben Länder und einschlägige internationale Organisationen Normen für die Sicherheitsprüfung von Strombatterien erlassen, um die sichere Verwendung von Strombatterien zu standardisieren.

Derzeit sind die internationalen technischen Normen/Spezifikationen für die Sicherheit von Strombatterien in der Abbildung dargestellt. Die von der ISO (International Organization for Standardization), der IEC (International Electrotechnical Commission) und der SAE International (Society of Automotive Engineers) herausgegebenen Normen sind internationale Normen, die für die nationalen Normen von großer Bedeutung sind. Wie in der japanischen Norm JIS C8715-2-2012 Secondary lithium batteries for industrial applications - Part 2: Test and safety requirements (Sekundäre Lithiumbatterien für industrielle Anwendungen - Teil 2: Prüf- und Sicherheitsanforderungen) festgelegt, werden die Normen der Reihe IEC 62660 für Batterien für Straßenfahrzeuge bevorzugt.

UL 2580 ist eine Norm für Lithiumbatterien, die von den Underwriters Laboratories (UL) in den Vereinigten Staaten herausgegeben wurde. Sie deckt ein umfassendes Spektrum an Inhalten ab, darunter die elektrische Leistung, die Umwelteignung und die Sicherheitsanforderungen von einzelnen Batterien, Batteriemodulen, Batteriestapeln und Batteriesystemen sowie die grundlegenden Sicherheitsprüfungen für Batteriekomponenten in der Produktionslinie. Gleichzeitig werden die Anforderungen an die Sicherheitsüberprüfung von Batteriemanagementsystemen, Kühlsystemen und Schutzschaltungen verschärft. Die ECE R100 ist die Fahrzeugregelung der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa. Die Norm ist in zwei Teile gegliedert. Teil 2 der Norm spezifiziert die Sicherheit von wiederaufladbaren Energiespeichersystemen (REESS) für Fahrzeuge im Detail. Zusätzlich zu den oben genannten Normen plant die FreedomCAR des US-Energieministeriums für 2005 die Veröffentlichung eines Handbuchs für die Sicherheitsprüfung von Strombatterien für Elektrofahrzeuge, das umfassende Bestimmungen für die Sicherheitsprüfung von Strombatterien enthält.

Je nach den Merkmalen der Prüflinge kann die Sicherheitsprüfung im Allgemeinen in eine mechanische Sicherheitsprüfung (Vibration, Schock, Fall, Einstich usw.), eine Umweltsicherheitsprüfung (Temperaturschock, thermische Stabilität, Feuer usw.) und eine elektrische Sicherheitsprüfung (Kurzschluss, Überladung, Überentladung usw.) unterteilt werden. Im Folgenden werden der Thermoschockzyklus, der Kurzschluss, die Überladung, die Überentladung, die Vibration, der mechanische Schock, die Extrusion und andere Projekte, die weit verbreitet sind, im Detail beschrieben.

1.Mechanische Sicherheit

1.1 Erschütterungen

Vibrationen sind beim Fahren von Elektrofahrzeugen unvermeidlich. Daher werden sie in fast allen Normen/Spezifikationen in diesem Papier als Sicherheitsprüfpunkt aufgeführt. Die Frequenz, die spektrale Leistungsdichte und andere Parameter der Schwingungsprüfung variieren stark in den verschiedenen Normen. Sinusförmige Abtastprüfungen werden in der Regel verwendet, um Produktresonanzen zu ermitteln, während zufällige Schwingungen in der Regel den Alltag simulieren, dem die Probe ausgesetzt ist.

Die Schwingungsparameter von ISO 12405-1 (2.3) und IEC 62660-2 (3) beziehen sich auf IEC 60068-2-64. Erstere ist die einzige in Tabelle 3 aufgeführte Norm(serie), die Schwingungsprüfungen bei verschiedenen Temperaturen (- 40 ℃,+25 ℃,+75 ℃) verlangt. Die ursprüngliche Vibrationsprüfung von GB/T 31467.3-2015 bezieht sich auf die Normen der Reihe ISO 12405, und die Vibrationsparameter sind die gleichen. Im Jahr 2017 änderte die Norm den Vibrationstest auf sinusförmige Vibration, und die spezifischen Testparameter sind die gleichen wie ECE R100-02. Die Sinusschwingung von SAE J2929 2013 bezieht sich auf UN 38.3-2015, und die Zufallsschwingung bezieht sich auf SAE J2380. Die Sinusschwingung legt fest, dass je nach Qualität der Probe unterschiedliche Prüfparameter gewählt werden. Die Vibration einer einzelnen Batterie in UL 2580-2013 [16] bezieht sich indirekt auf IEC 60068-2-64 bis IEC 62660-2.

Die Schwingungen von Batteriemodulen und Batteriestapeln beziehen sich auf SAE J2380. Obwohl die zufälligen Vibrationen von FreedomCAR nicht explizit auf SAE J2380 verweisen, sind die Vibrationsparameter dieselben wie bei SAE J2380. Was die Dauer des Vibrationstests betrifft, so beträgt die längste 92,6 Stunden und die kürzeste 3 Stunden. Es zeigt sich, dass der Vibrationstest eher für die kurzfristige Beanspruchung der Batterie repräsentativ ist als für die langfristige mechanische Haltbarkeit. In IEC63660-2 (3) wird die Vibrationsrichtung nicht erwähnt. ECE R100-02-2013 und GB/T 31487.3-2015 [11] schwingen nur in der vertikalen Richtung. In den anderen Normen wird aus drei zueinander senkrechten Richtungen vibriert, was eine umfassende Bewertung der Vibrationen ermöglicht, denen die Batterie während des Gebrauchs ausgesetzt sein kann. Für den Ladezustand (SOC) der Prüfmuster variieren die Bestimmungen der verschiedenen Normen von 20 % bis 100 %.

1.2 Mechanischer Schock

Der mechanische Schock zielt darauf ab, die Auswirkungen der plötzlichen Beschleunigung/Verzögerung von Elektrofahrzeugen auf die Batterien zu bewerten. Von der Beschleunigung und Abbremsung im normalen Fahrbetrieb über den Druck auf den Bordstein bei hoher Geschwindigkeit bis hin zum Autounfall können diese Szenarien durch mechanische Stöße simuliert oder teilweise simuliert werden. Es gibt große Unterschiede in den Bestimmungen verschiedener Normen/Spezifikationen zu den Testbedingungen (Spitzenbeschleunigung, Dauer usw.) des mechanischen Aufpralls. Darüber hinaus verweist die ISO 12405-3-2014 bei der Angabe des mechanischen Aufpralls auch auf die ECE R100-02, aber der mechanische Aufpralltest der letzteren ist ein Aufpralltest.

Sowohl SAE J2464 2009 als auch SAE J2929 2013 verweisen auf UN 38.3-2015. Die Prüfparameter werden in Abhängigkeit von der Masse der Probe gewählt. Die Spitzenbeschleunigung bei geringer Masse ist groß und die Dauer ist kurz. In diesen beiden Normen wird eine viel höhere Spitzenbeschleunigung als in anderen Normen für Einzelbatterien und Batteriemodule/Batteriesysteme mit geringerer Masse angenommen. Obwohl der Anwendungsbereich unterschiedlich ist, verweisen die mechanischen Aufpralltests von sechs Normen, wie ISO 12405-1 (2.3), IEC 62660-2 (3) und UL 2580-2013, indirekt auf IEC 60068-2-27 durch ISO 16750-3. FreedomCAR unterteilt den Aufpralltest in zwei Stufen: niedrige Stufe (die Probe darf nach dem Test nicht beschädigt sein) und mittlere Stufe (die Probe darf nach dem Test nicht normal funktionieren). Darüber hinaus erlaubt FreedomCAR die Verwendung anderer Impulswellenformen neben der Halbsinuswelle, während andere Normen die Verwendung der Halbsinuswelle vorschreiben. Die von FreedomCAR festgelegte Dauer ist länger als bei anderen Normen, und die Spitzenbeschleunigung ist niedriger als bei anderen Normen.

1.3 Crash

Der Zweck des Crashtests ist es, die Sicherheitsleistung des Musters unter der Trägheitslast, die durch den Fahrzeugaufprall verursacht wird, zu überprüfen. Daher wird er in der ISO 12405-32014 auch als Trägheitslast beim Fahrzeugaufprall bezeichnet. Dieser Prüfgegenstand hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem mechanischen Aufprall. ECE R100-02-2013, obwohl als mechanischer Stoß bezeichnet, ist eigentlich ein Crash-Test. Auch die beiden Normen ISO 12405-3: 2014 und GB/T 31467.3-2015 spezifizieren die Prüfgegenstände. Es ist erwähnenswert, dass die Prüfparameter des Aufpralltests in den drei Normen identisch sind. Der Beschleunigungswert des Aufpralltests ist viel niedriger als der des mechanischen Aufpralltests, und die Impulsdauer ist länger als die des mechanischen Aufpralltests.

1.4 Quetschung

Der Quetschtest wird verwendet, um die Auswirkungen der kontinuierlichen Kraft auf die Batterieform und die Sicherheitsleistung zu bewerten, wenn das Fahrzeug auf einen Unfall oder eine andere äußere Kraft trifft. Dieser Test wird in ISO 12405-3:2014 als Kontaktkraft bei einem Fahrzeugaufprall und in SAE J2929 2013 als Integrität des Batteriegehäuses bezeichnet. Bei der Extrusionsprüfung wird in der Regel eine Kraft durch eine Stahlplatte mit einer bestimmten Form auf die Batterie ausgeübt, bis der festgelegte Druckwert erreicht wird oder eine bestimmte Verformung oder ein plötzlicher Spannungsabfall auftritt.