Prüfnorm für Leistungs-Lithium-Ionen-Batterie

Prüfnorm für Leistungs-Lithium-Ionen-Batterie

Normen für Batterieprodukte, insbesondere Sicherheitsnormen, sind nicht nur eine wichtige Grundlage für die Begrenzung der Qualität, sondern auch ein wichtiges Mittel zur Vereinheitlichung der Marktordnung und zur Förderung des technischen Fortschritts. In diesem Papier werden die bestehenden gemeinsamen Normen vorgestellt, zusammengefasst und analysiert, und es wird kurz auf die in diesen Normensystemen bestehenden Probleme eingegangen.

Gemeinsame Normen für Lithium-Ionen-Batterien

internationale Normen

Wichtige von der IEC veröffentlichte Normen für Lithium-Ionen-Batterien sind IEC62660-1:2010 Lithium-Ionen-Batterien für elektrische Straßenfahrzeuge - Teil 1: Leistungsprüfung und IEC62660-2:2010 Lithium-Ionen-Batterien für elektrische Straßenfahrzeuge - Teil 2: Zuverlässigkeits- und Missbrauchsprüfung. UN 38.3 "United Nations recommendations, standards and test manual on the transport of dangerous goods" (Empfehlungen, Normen und Prüfhandbuch der Vereinten Nationen für die Beförderung gefährlicher Güter), herausgegeben vom Verkehrsausschuss der Vereinten Nationen, zielen die Anforderungen für die Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien auf die Sicherheit der Batterien während des Transports ab.

Zu den ISO-Normen für Lithium-Ionen-Leistungsbatterien gehören ISO12405-1:2011 Elektrisch angetriebene Fahrzeuge - Prüfverfahren für Lithium-Ionen-Leistungsbatteriepacks und -systeme - Teil 1: Anwendungen mit hoher Leistung, ISO12405-2:2012 Elektrisch angetriebene Fahrzeuge - Prüfverfahren für Lithium-Ionen-Leistungsbatteriepacks und -systeme - Teil 2: Anwendungen mit hoher Energie, und ISO12405-3:2014 Elektrisch angetriebene Fahrzeuge - Prüfverfahren für Lithium-Ionen-Power-Lithium-Batteriesätze und -Systeme - Teil 3: Sicherheitsanforderungen, die jeweils auf Hochleistungsbatterien, Hochenergiebatterien und Anforderungen an die Sicherheitsleistung abzielen, um optionale Prüfgegenstände und Prüfverfahren für das gesamte Fahrzeugwerk bereitzustellen.

Amerikanische Norm

UL2580:2011 Batterie für Elektrofahrzeuge bewertet hauptsächlich die Zuverlässigkeit der Batterie bei Missbrauch und die Fähigkeit, das Personal im Falle eines Missbrauchs zu schützen. Die Norm wurde im Jahr 2013 überarbeitet.

SAE verfügt über ein umfangreiches und perfektes Normensystem für den Automobilbereich. SAEJ2464:2009 Sicherheits- und Missbrauchsprüfung von wiederaufladbaren Energiespeichersystemen von Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen, herausgegeben im Jahr 2009 Es handelt sich um eine frühe Serie von Handbüchern für die Missbrauchsprüfung von Fahrzeugbatterien, die in Nordamerika und weltweit angewandt werden, die den Anwendungsbereich jedes Prüfpunkts und die zu erfassenden Daten klar aufzeigen und auch Vorschläge für die Anzahl der für das Prüfprojekt erforderlichen Proben enthalten.

SAEJ2929:2011 Sicherheitsnorm für elektrische und hybride Lithiumbatteriesysteme, die 2011 herausgegeben wurde, ist eine von SAE vorgeschlagene Sicherheitsnorm, die verschiedene zuvor herausgegebene Normen zu Lithiumbatterien zusammenfasst, einschließlich zweier Teile: Routineprüfungen und anormale Prüfungen, die während des Fahrens von Elektrofahrzeugen auftreten können.

SAEJ2380:2013 Vibrationsprüfung von Elektrofahrzeugbatterien ist eine klassische Norm für die Vibrationsprüfung von Elektrofahrzeugbatterien. Basierend auf den statistischen Ergebnissen der Erhebung des Schwingungsbelastungsspektrums des tatsächlichen Fahrens auf der Straße entspricht die Prüfmethode eher der Schwingungssituation des tatsächlichen Fahrzeugs und hat einen wichtigen Referenzwert.

normen anderer Organisationen

Das US-Energieministerium (Department of Energy, DOE) ist hauptsächlich für die Formulierung der Energiepolitik, die Verwaltung der Energiewirtschaft und die Forschung und Entwicklung von Energietechnologien zuständig. Im Jahr 2002 rief die US-Regierung das "FreedomCAR"-Projekt ins Leben und gab nacheinander das FreedomCAR-Batterieprüfungshandbuch für stromunterstützte Hybrid-Elektrofahrzeuge und das Handbuch für die Missbrauchsprüfung von Energiespeichersystemen für Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge heraus.

Der deutsche Verband der Automobilindustrie (VDA) ist hauptsächlich für verschiedene Normen der deutschen Automobilindustrie verantwortlich, darunter die VDA2007-Batterieprüfung für Hybrid-Elektrofahrzeuge, die hauptsächlich auf die Leistungs- und Zuverlässigkeitsprüfung von Lithium-Ionen-Batteriesystemen für Hybrid-Elektrofahrzeuge abzielt.

Wirtschaftskommission für Europa (ECE) R100.2 einheitliche Bestimmungen für die Genehmigung von Fahrzeugen im Hinblick auf besondere Anforderungen für Elektrofahrzeuge Es handelt sich um die von der ECE formulierten spezifischen Anforderungen für Elektrofahrzeuge, die in zwei Teile unterteilt sind: der erste Teil standardisiert den Motorschutz, das wiederaufladbare Energiespeichersystem, die funktionale Sicherheit und die Wasserstoffemission des gesamten Fahrzeugs, und der zweite Teil ist die neuen spezifischen Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit des wiederaufladbaren Energiespeichersystems.

Standardanalyse der Lithium-Ionen-Batterie

Umfang der Anwendung

Die Normenreihe IEC62660 zielt auf die Prüfung von Batterieeinheiten und -modulen ab, während die Normenreihen UL2580, SAEJ2929 und ISO12405 für die Prüfung von Batteriepacks und Batteriesystemen gelten. Neben IEC62660 gibt es weitere Normen, die sich im Wesentlichen auf die Prüfung von Batteriepacks oder -systemen beziehen. SAEJ2929 und ECER100.2 erwähnen sogar Tests auf Fahrzeugebene. Dies zeigt, dass bei der Formulierung der internationalen Normen die Anwendung von Batterien im gesamten Fahrzeug stärker berücksichtigt wird, was den Bedürfnissen der praktischen Anwendungen eher entspricht.

Inhalt der Prüfpunkte

Im Großen und Ganzen können alle Testaufgaben in zwei Kategorien unterteilt werden: elektrische Leistung und Sicherheitszuverlässigkeit, und die Sicherheitszuverlässigkeit kann in mechanische Zuverlässigkeit, Umweltzuverlässigkeit, Missbrauchszuverlässigkeit und elektrische Zuverlässigkeit unterteilt werden.

Mechanische Zuverlässigkeit, die die mechanische Beanspruchung des Fahrzeugs während der Fahrt simuliert, wie z. B. Vibrationen, und die Unebenheiten des Fahrzeugs auf der Straße simuliert; Umweltzuverlässigkeit, die die Toleranz des Fahrzeugs in verschiedenen Klimazonen simuliert. Zum Beispiel simuliert der Temperaturzyklus die Situation des Fahrzeugs, wenn der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht groß ist oder das Hin- und Herfahren in kalten und heißen Gebieten; Abuse-Zuverlässigkeit, wie z.B. Feuer, um die Sicherheit der Batterie bei unsachgemäßem Gebrauch zu untersuchen; Für die elektrische Zuverlässigkeit, wie z.B. Schutzprüfgegenstände, ist es wichtig zu untersuchen, ob das Batteriemanagementsystem (BMS) eine schützende Rolle in einer kritischen Zeit spielen kann.

In Bezug auf Batteriezellen ist die IEC62660 in zwei unabhängige Normen unterteilt, IEC62660-1 und IEC62660-2, die jeweils für Leistungs- und Zuverlässigkeitstests gelten.

Was die Prüfung von Batteriepacks und Batteriesystemen angeht, decken die amerikanischen Normen die meisten Prüfpunkte in Bezug auf elektrische Leistung und Zuverlässigkeit ab. Was die Leistungsprüfung angeht, so umfasst DOE/id-11069 mehr Prüfpunkte als andere Normen, z. B. Hybrid-Pulsleistungscharakteristik (HPPC), Betriebssollwertstabilität, kalendarische Lebensdauer, Referenzleistung, Impedanzspektrum, Modulkontrollprüfung, Wärmemanagement-Belastung und Prüfung auf Systemebene in Verbindung mit Lebensdauerprüfung.

Die Analysemethode für die Ergebnisse der elektrischen Leistungstests wird im Anhang der Norm detailliert vorgestellt. Der HPPC-Test kann zur Ermittlung der Spitzenleistung der Lithiumbatterie verwendet werden. Die abgeleitete DC-Innenwiderstandsprüfung wurde weithin zur Untersuchung der Innenwiderstandseigenschaften der Batterie verwendet. In Bezug auf die Zuverlässigkeit bietet die UL2580 mehr Prüfpunkte als andere Normen: unsymmetrische Batterieladung, Spannungsfestigkeit, Isolierung, Durchgangsprüfung und Fehlerprüfung des Kühl-/Heizsystems. Sie umfasst auch die grundlegende Sicherheitsprüfung für Teile von Batteriepacks in der Produktionslinie. In Bezug auf das BMS, das Kühlsystem und die Schutzschaltung werden die Anforderungen an die Sicherheitsüberprüfung verschärft. SAEJ2929 schlägt vor, für jeden Teil des Batteriesystems eine Fehleranalyse durchzuführen und die entsprechenden Dokumente aufzubewahren, einschließlich Verbesserungsmaßnahmen, mit denen sich Fehler leicht erkennen lassen.

Die Normen der Reihe ISO12405 umfassen sowohl die Batterieleistung als auch die Sicherheit. ISO12405-1 ist eine Norm zur Prüfung der Batterieleistung für Hochleistungsanwendungen und ISO12405-2 ist eine Norm zur Prüfung der Batterieleistung für Hochenergieanwendungen. Erstere umfasst Kaltstart und Heißstart.

Im Gegensatz zu anderen Normen beinhalten SAEJ2929 und ECER100.2 Anforderungen an den Hochspannungsschutz und gehören zur Sicherheitskategorie von Elektrofahrzeugen.

Schweregrad

Was den Ladezustand (SOC) des Prüfmusters betrifft, so verlangt ISO12405, dass der SOC der Leistungsbatterie 50 % und der der Energiebatterie 100 % beträgt; ECER100.2 verlangt, dass der SOC der Batterie mehr als 50 % beträgt; UN38.3 stellt unterschiedliche Anforderungen an die verschiedenen Prüfgegenstände, und einige Prüfgegenstände benötigen recycelte Batterien.

Darüber hinaus müssen Hochsimulation, Wärmetest, Vibration, Aufprall und externer Kurzschluss mit demselben Muster getestet werden, was noch strenger ist. Für die Vibrationsprüfung verlangt ISO12405, dass die Proben bei verschiedenen Umgebungstemperaturen vibrieren. Die empfohlene hohe Temperatur und niedrige Temperatur sind 75 ℃ bzw. - 40 ℃.

Was die Brandprüfung betrifft, so sind die Versuchsmethode und die Parametereinstellung in ISO12405.3 Vorwärmen, direktes Feuer und indirektes Feuer durch Anzünden des Brennstoffs. Für das Erlöschen der Flamme ist keine Zeit vorgesehen. Der Feuertest in SAEJ2929 unterscheidet sich von den erstgenannten. Sie verlangt, dass die Probe in einen Behälter mit Wärmestrahlung gelegt wird, die Temperatur innerhalb von 90s schnell auf 890 ℃ ansteigt und für 10min gehalten wird, und keine Komponente oder Substanz darf durch das Metallgitter außerhalb der Probe gelangen.