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Sicherheitsnormen für Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung - Teil 3

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Sicherheitsnormen für Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung - Teil 3

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2.1 Vergleich der strukturellen Sicherheitsanforderungen

Die UL1973 stellt detailliertere und spezifischere Anforderungen an das Produktgehäuse. So gibt es beispielsweise spezifische Anforderungen für nichtmetallische Gehäuse, Metallgehäuse, wandhängende Griffe, Kabel und Anschlüsse. Die IEC- und GB-Normen enthalten diesbezüglich keine detaillierten Anforderungen, sondern schreiben lediglich vor, dass das Gehäuse bei den entsprechenden Experimenten nicht beschädigt werden darf, was zu einer Freilegung des Innenmaterials oder zum Austreten von Flüssigkeiten führen kann. Die UL-Norm regelt auch die zuverlässige Schutzerdung des Gehäuses, während die IEC- und GB-Normen keine Spezifikationen für die Schutzerdung des Batteriesystems enthalten, die gemäß den einschlägigen elektrischen Normen umgesetzt werden, was bei der Prüfung leicht vernachlässigt werden kann.

2.2 Vergleich der Sicherheitsanforderungen für Batterien

Die Sicherheit des Batteriekörpers bezieht sich hier auf die Prüfanforderungen, die sich direkt auf die Batterie beziehen, wie z. B. die Überladungs- und Entladungsprüfung. Die nationale Norm spezifiziert die Prüfanforderungen und Prüfverfahren für Batterien auf den drei Ebenen Batterieeinheit, Batteriemodul und Batterieverbund (System). UL und IEC geben das Prüfobjekt für jeden Test an. In Bezug auf die Sicherheit des Batteriekörpers ist der Unterschied zwischen den drei Normen nicht allzu groß. In einigen Ländern sind die Anforderungen der nationalen Normen sogar noch strenger. So muss beispielsweise der Innenwiderstand der Leitung bei externem Kurzschluss weniger als 5 Ω betragen, und die Höchsttemperatur bei der Temperaturanstiegsprüfung muss 130 ℃ erreichen und 30 Minuten lang gehalten werden. Ein wichtiger Unterschied besteht darin, dass die UL-Norm bei der Beurteilung der Prüfqualifikation strenger ist. Sie verlangt nicht nur, dass kein Feuer, keine Explosion und kein Flüssigkeitsaustritt auftreten darf, sondern schreibt auch vor, dass sich nach der Prüfung keine giftigen oder brennbaren Gase ansammeln dürfen, keine Gefahr eines elektrischen Schlags besteht und die Schutzkontrolle nicht verloren geht.

Die Sicherheitsanforderungen in Bezug auf die Temperatur unterscheiden sich stark von der jeweiligen Norm. Der UL-Ladungsentladungsgrenztemperaturtest: Unter der maximalen Ladungsentladungsbedingung muss er innerhalb der angegebenen Grenzarbeitsbedingungen gehalten werden. Die wichtigsten Sicherheitsvorrichtungen, die temperaturempfindlich sind, müssen innerhalb ihres Nenntemperaturbereichs gehalten werden. Gleichzeitig darf die Temperatur der zugänglichen Oberfläche den Sicherheitsgrenzwert nicht überschreiten. Die IEC-Norm stellt Anforderungen unter dem Gesichtspunkt des Missbrauchs durch Hitze und verlangt einen BMS-Schutz bei Überhitzung beim Laden und Entladen. Die GB-Norm ist der IEC-Norm ähnlich, aber die Prüftemperatur ist auf 130 ℃ erhöht.

In Anbetracht der Realität sind die UL-Prüfanforderungen für die Grenztemperatur beim Laden und Entladen von Batterien näher an der tatsächlichen technischen Anwendung. Darüber hinaus schreibt UL auch den Test der unsymmetrischen Ladung von Batteriemodulen vor, der in IEC und GB nicht spezifiziert ist. Was den Falltest betrifft, so führen UL und IEC einen Abstufungstest nach dem Gewicht des Testobjekts durch, während die GB-Norm einheitlich die Testmethode des freien Falls aus 1,2 m Höhe auf die Zementoberfläche mit dem Plus- oder Minuspol nach unten vorsieht. Dieser einheitliche Ansatz ist leicht umzusetzen, aber ob er den Anforderungen der Produktentwicklung gerecht wird, muss noch diskutiert werden. Alle drei Normen enthalten Anforderungen an die thermische Durchschlagsdiffusion, wobei die IEC-Norm den Kurzschlusstest im Kern als alternative Prüfung vorsieht.

Darüber hinaus wird in den Vereinigten Staaten die Norm UL9540A verwendet, um die Eigenschaften des thermischen Durchgehens von Batterie-Energiespeichersystemen zu bewerten und geeignete Brand- und Explosionsschutzmechanismen anhand von Testdaten auszuwählen, die den Standard für einige Testmethoden darstellen. Sie soll dem Lieferanten dabei helfen, die Anforderungen an die Isolierung zwischen dem System und der Wand, die Heizkapazität des Systems, brennbare Teile, die Art des bei der Verbrennung entstehenden Gases und die Auswahl von Feuerlöschern zu klären. IEC und GB haben keine ähnlichen Normen formuliert.

2.3 Vergleich der Anforderungen an die Umweltverträglichkeit

Die UL-Norm schreibt Umwelttests wie Salzsprühnebeltest, Feuchtigkeitsschutztest und externen Feuertest vor, während die GB-Norm Salzsprühnebeltest, Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitstest vorschreibt. Es ist zu beachten, dass diese beiden Umwelttests je nach der tatsächlichen Anwendungsumgebung des Produkts festgelegt werden, was kein notwendiges Projekt ist. Die IEC62619 enthält keine Bestimmungen zu Umwelttests, was darauf zurückzuführen sein könnte, dass es sich um eine allgemeine Norm handelt, während die IEC62485-5 noch nicht veröffentlicht wurde. Es ist nicht bekannt, ob es in dieser Hinsicht irgendwelche Inhalte gibt. In Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit legt die nationale Norm in der technischen Spezifikation GB / T34131 für BMS die Prüfpunkte und die erforderlichen Stufen fest. In der UL- und IEC-Norm muss eine Analyse der funktionalen Sicherheit von Steuerungssystemen durchgeführt werden, die eine Schlüsselrolle für die Sicherheit spielen und von Elektrizität, Schaltkreisen und Software abhängen", was auch Tests für BMS beinhaltet. Eine der Referenznormen IEC60730-1, Anhang h, enthält Prüfpunkte und Prüfverfahren zur elektromagnetischen Verträglichkeit. Die Anzahl der Punkte ist größer als bei der nationalen Norm. Die Prüfmethode legt den Schwerpunkt auf die Prüfung verschiedener Arten von Steuerungen (BMS gehört zur Kategorie der elektronischen Steuerungen), die Auswirkungen der Prüfung auf die Sicherheit der gesteuerten Geräte.

2.4 Vergleich der Systemanforderungen

Was die Analyse der Systemsicherheit betrifft, so verlangen sowohl UL als auch IEC eine Bewertung der funktionalen Sicherheit der Software elektronischer Schaltungen. UL verlangt auch eine Risikoanalyse des Systems und die Erstellung eines FMEA- oder Fehlerbaumanalyseberichts, der zur Untersuchung verschiedener Risiken des Systems, wie z. B. Stromschlagrisiko, Brandrisiko, mechanisches Risiko usw., und zur Beherrschung des Risikos mit einer angemessen niedrigen Wahrscheinlichkeit beiträgt. Die GB-Norm enthält keine diesbezüglichen Angaben. Was die Sicherheit der Systemkomponenten angeht, so gibt die UL-Norm die Standardspezifikationen an, die für die wichtigsten Komponenten erfüllt werden müssen, während die IEC- und GB-Normen keine direkten Anforderungen stellen.

3.Schlussfolgerung

In diesem Beitrag werden die Merkmale der Sicherheitsnormen für Lithium-Ionen-Batterien in den wichtigsten Energiespeichersystemen im In- und Ausland eingehend analysiert und die Gemeinsamkeiten, Unterschiede, Vor- und Nachteile der jeweiligen Sicherheitsnormen zusammengefasst und verglichen. Im Allgemeinen ist das IEC-Normensystem relativ perfekt, aber die Ausarbeitung schreitet relativ langsam voran. Die Spezifikationen der UL-Norm sind umfassend und detailliert, und die Einhaltung der Prüfmethoden und Prüfgeräte muss während der Umsetzung überprüft werden. Die inländischen Normen orientieren sich an den nationalen Normen. Die Normen der verschiedenen Industriegruppen werden in Kombination mit den nationalen Normen und den IEC-Normen erstellt. Es gibt große Unterschiede in der Organisationsstruktur und größere Schwierigkeiten bei der Umsetzung. Daher wird die Herstellung von Energiespeichersystemen auf dem heimischen Markt hauptsächlich unter Bezugnahme auf die nationalen Normen durchgeführt. Für Chinas Lithium-Batterie-Energiespeichersystem gibt es die folgenden Probleme oder Vorschläge.

(1) Die Sicherheitsbewertung auf Systemebene in GB ist nicht perfekt, was sich vor allem im Fehlen von Anforderungen an die Identifizierung und Bewertung von Systemrisiken, im Fehlen einer Bewertung der funktionalen Sicherheit von BMS und im Versagen von BMS bei der Durchführung einer Gesamtbewertung in Kombination mit dem System zeigt.

(2) Es fehlt an detaillierten Spezifikationen oder klaren Leitlinien für die Anforderungen an Gehäuse, Schutzerdung, Anschlüsse und Kabel, Dokumentation und andere wichtige Komponenten.

(3) Es wird vorgeschlagen, die sicherheitsrelevanten Normen für Energiespeichersysteme von den funktionalen Leistungsnormen zu trennen, die entsprechende Zertifizierung gemäß den Sicherheitsnormen durchzuführen und verbindliche Vorschriften für den Produktzugang zu erlassen, was dem fairen Wettbewerb und der Entwicklung der Teilnehmer in der chinesischen Energiespeicherindustrie förderlich ist.