So sánh các tiêu chuẩn thử nghiệm pin lithium điện trong và ngoài nước

So sánh các tiêu chuẩn thử nghiệm pin lithium điện trong và ngoài nước

1, Tiêu chuẩn nước ngoài về pin lithium-ion điện

Bảng 1 liệt kê các tiêu chuẩn thử nghiệm thường được sử dụng cho pin lithium-ion ở nước ngoài. Các cơ quan ban hành tiêu chuẩn chủ yếu bao gồm Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO), Phòng thí nghiệm Bảo lãnh (UL) của Hoa Kỳ, Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) của Hoa Kỳ và các tổ chức liên quan. các tổ chức của Liên minh châu Âu.

1) Tiêu chuẩn quốc tế

Các tiêu chuẩn pin lithium-ion năng lượng do IEC ban hành chủ yếu bao gồm IEC 62660-1:2010 "Bộ pin năng lượng lithium ion cho phương tiện giao thông đường bộ chạy điện - Phần 1: Thử nghiệm hiệu suất" và IEC 62660-2:2010 "Bộ pin năng lượng lithium ion cho xe điện". phương tiện giao thông đường bộ - Phần 2: Kiểm tra độ tin cậy và lạm dụng". UN 38 do Ủy ban Vận tải Liên Hợp Quốc ban hành Các yêu cầu đối với việc kiểm tra pin lithium trong "Khuyến nghị, Tiêu chuẩn và Hướng dẫn Kiểm tra của Liên hợp quốc về Vận chuyển Hàng hóa Nguy hiểm" nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho pin trong quá trình vận chuyển.

Các tiêu chuẩn do ISO xây dựng trong lĩnh vực pin lithium-ion điện bao gồm ISO 12405-1:2011 "Phương tiện truyền động điện - Quy trình thử nghiệm đối với bộ và hệ thống pin lithium-ion - Phần 1: Ứng dụng năng lượng cao" ISO 12405-2: 2012 "Phương tiện truyền động điện - Quy trình kiểm tra hệ thống và bộ pin năng lượng lithium ion - Phần 2: Ứng dụng năng lượng cao" và ISO 12405-3:2014 "Phương tiện truyền động điện - Quy trình kiểm tra hệ thống và bộ pin năng lượng lithium ion - Phần 3: Yêu cầu an toàn " lần lượt nhắm đến các yêu cầu về pin công suất cao, pin năng lượng cao và hiệu suất an toàn, nhằm mục đích cung cấp cho các nhà sản xuất xe các hạng mục và phương pháp thử nghiệm tùy chọn.

2) Tiêu chuẩn Mỹ

UL 2580:2011 "Pin cho xe điện" chủ yếu đánh giá độ tin cậy của việc lạm dụng pin và khả năng bảo vệ nhân viên trong trường hợp bị tổn hại do lạm dụng. Tiêu chuẩn này đã được sửa đổi vào năm 2013.

SAE có một hệ thống tiêu chuẩn rộng lớn và toàn diện trong ngành ô tô. SAE J2464: 2009 "Thử nghiệm an toàn và lạm dụng hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại cho xe điện và xe điện lai", ban hành năm 2009, là loạt hướng dẫn kiểm tra lạm dụng ắc quy xe được áp dụng ở Bắc Mỹ và thế giới. Nó chỉ định rõ ràng phạm vi áp dụng và dữ liệu cần thu thập cho từng hạng mục kiểm tra, đồng thời đưa ra khuyến nghị về số lượng mẫu cần thiết cho hạng mục kiểm tra.

"Tiêu chuẩn an toàn cho hệ thống pin điện và hybrid" SAE J2929: 2011 là tiêu chuẩn an toàn được SAE đề xuất nhằm tổng hợp các tiêu chuẩn khác nhau liên quan đến pin điện đã được ban hành trước đó, bao gồm hai phần: kiểm tra định kỳ và kiểm tra bất thường có thể xảy ra trong quá trình vận hành xe điện.

SAE J2380: 2013 "Kiểm tra độ rung của ắc quy xe điện" là tiêu chuẩn cổ điển để kiểm tra độ rung của ắc quy xe điện. Dựa trên kết quả thống kê thu thập được về phổ tải trọng rung khi xe thực tế lái xe trên đường, phương pháp thử phù hợp hơn với tình trạng rung của xe thực tế và có giá trị tham khảo quan trọng.

3 Các tiêu chuẩn tổ chức khác

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) chịu trách nhiệm chính trong việc xây dựng chính sách năng lượng, quản lý ngành năng lượng và nghiên cứu và phát triển công nghệ liên quan đến năng lượng. Năm 2002, chính phủ Hoa Kỳ thành lập dự án "Freedom CAR" và liên tiếp ban hành sổ tay hướng dẫn kiểm tra pin xe điện hybrid hỗ trợ năng lượng Freedom CAR và sổ tay hướng dẫn kiểm tra lạm dụng hệ thống lưu trữ năng lượng cho xe điện và xe hybrid.

Hiệp hội Công nghiệp Ô tô Đức (VDA) là hiệp hội được thành lập tại Đức nhằm thống nhất các tiêu chuẩn khác nhau cho ngành công nghiệp ô tô trong nước. Các tiêu chuẩn được ban hành là "Thử nghiệm hệ thống pin cho xe hybrid" VDA 2007, chủ yếu tập trung vào thử nghiệm hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống pin lithium-ion cho xe điện hybrid.

2, Tiêu chuẩn trong nước về pin lithium-ion điện

Năm 2001, Ủy ban Tiêu chuẩn Ô tô đã ban hành tài liệu kỹ thuật hướng dẫn đầu tiên về thử nghiệm pin lithium-ion cho xe điện ở Trung Quốc, GB/Z 18333 1: 2011 "Pin lithium ion cho phương tiện chạy điện trên đường". Khi xây dựng tiêu chuẩn này, đã tham khảo tiêu chuẩn IEC 61960-2:2000 "Pin và bộ pin lithium di động - Phần 2: Bộ pin lithium", được sử dụng cho pin lithium-ion và bộ pin trong thiết bị di động. Nội dung thử nghiệm bao gồm hiệu suất và độ an toàn nhưng chỉ áp dụng cho pin 21,6V và 14,4V.

Năm 2006, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin đã ban hành QC/T 743 "Pin năng lượng ion lithium cho xe điện", được sử dụng rộng rãi trong ngành và được sửa đổi vào năm 2012. GB/Z 18333 1: 2001 và QC/T 743: 2006 đều là tiêu chuẩn cho cấp độ cá nhân và mô-đun, với phạm vi ứng dụng hẹp và nội dung thử nghiệm không còn đáp ứng được nhu cầu của ngành công nghiệp xe điện đang phát triển nhanh chóng.

Năm 2015, Cơ quan Tiêu chuẩn hóa Quốc gia đã ban hành một loạt tiêu chuẩn, bao gồm GB/T 31484-2015 “Yêu cầu về vòng đời và phương pháp thử nghiệm đối với ắc quy điện cho xe điện”, GB/T 31485-2015 “Yêu cầu an toàn và phương pháp thử nghiệm đối với ắc quy điện”. cho xe điện", GB/T 31486-2015 "Các yêu cầu về hiệu suất điện và phương pháp thử nghiệm đối với ắc quy cho xe điện" và GB/T 31467 1-2015 "Hệ thống và bộ pin năng lượng ion lithium cho xe điện - Phần 1: Cao quy trình kiểm tra ứng dụng năng lượng, GB/T 31467 2-2015 "Hệ thống và bộ pin năng lượng lithium ion cho xe điện - Phần 2: Quy trình kiểm tra ứng dụng năng lượng cao, GB/T 31467 3" Quy trình kiểm tra hệ thống pin điện Lithium Ion cho xe điện - Phần 3: Yêu cầu an toàn và phương pháp thử nghiệm.

GB/T 31485-2015 và GB/T 31486-2015 lần lượt đề cập đến việc kiểm tra hiệu suất điện và an toàn của từng đơn vị/mô-đun. Dòng GB/T 31467-2015 đề cập đến dòng ISO 12405 và phù hợp để thử nghiệm bộ pin hoặc hệ thống pin. GB/T 31484-2015 là tiêu chuẩn thử nghiệm được thiết kế đặc biệt cho vòng đời, với vòng đời tiêu chuẩn được sử dụng cho từng đơn vị và mô-đun riêng lẻ cũng như vòng đời hoạt động được sử dụng cho bộ pin và hệ thống.

Ủy ban Kinh tế Châu Âu (ECE) R100 "Quy định thống nhất về phê duyệt phương tiện liên quan đến các yêu cầu đặc biệt đối với xe điện" là một yêu cầu cụ thể do ECE đưa ra đối với xe điện, được chia thành hai phần: phần thứ nhất quy định động cơ bảo vệ, hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại, an toàn chức năng và lượng khí thải hydro của toàn bộ phương tiện, đồng thời phần thứ hai bổ sung các yêu cầu cụ thể về độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại.

Năm 2016, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin đã ban hành "Điều kiện kỹ thuật an toàn cho xe buýt điện", trong đó xem xét toàn diện về điện giật cho người, chống bụi nước, phòng cháy chữa cháy, an toàn sạc, an toàn va chạm, giám sát từ xa và các khía cạnh khác. Nó hoàn toàn dựa trên các tiêu chuẩn liên quan đến xe buýt và xe điện truyền thống hiện có cũng như các tiêu chuẩn địa phương như Thượng Hải và Bắc Kinh, đồng thời đưa ra các yêu cầu kỹ thuật cao hơn đối với pin điện, bổ sung hai hạng mục thử nghiệm: sự thoát nhiệt và mở rộng thoát nhiệt. Nó được chính thức triển khai vào ngày 1 tháng 1 , 2017.

3, Phân tích các tiêu chuẩn trong nước và quốc tế về pin lithium-ion điện

Hầu hết các tiêu chuẩn quốc tế về pin lithium-ion điện được ban hành vào khoảng năm 2010, với nhiều sửa đổi và tiêu chuẩn mới lần lượt được đưa ra. GB/Z 18333 1: 2001 được ban hành năm 2001, cho thấy tiêu chuẩn pin lithium-ion dành cho xe điện của Trung Quốc không bắt đầu muộn trên thế giới nhưng sự phát triển của chúng tương đối chậm. Kể từ khi ban hành tiêu chuẩn QC/T 743 vào năm 2006, đã không có bản cập nhật tiêu chuẩn nào ở Trung Quốc trong một thời gian dài và trước khi ban hành tiêu chuẩn quốc gia mới vào năm 2015, không có tiêu chuẩn nào cho bộ pin hoặc hệ thống. Các tiêu chuẩn trong và ngoài nước nêu trên khác nhau về phạm vi áp dụng, nội dung hạng mục kiểm tra, mức độ nghiêm trọng của hạng mục kiểm tra và tiêu chí đánh giá.

1) Phạm vi áp dụng

Dòng sản phẩm IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 và GB/T 31485 là các thử nghiệm dành cho mức pin riêng lẻ và mô-đun, trong khi dòng UL2580, SAE J2929, ISO12405 và GB/T 31467 được áp dụng để thử nghiệm pin gói và hệ thống pin. Ngoài IEC 62660, các tiêu chuẩn khác ở nước ngoài thường liên quan đến việc kiểm tra mức độ bộ pin hoặc hệ thống, chẳng hạn như SAE J2929 và ECE R100 2 thậm chí còn đề cập đến việc kiểm tra mức độ xe. Điều này cho thấy rằng việc xây dựng các tiêu chuẩn nước ngoài tính đến việc ứng dụng pin trên toàn bộ ô tô nhiều hơn, phù hợp hơn với nhu cầu ứng dụng thực tế.

2) Nội dung bài kiểm tra

Nhìn chung, tất cả các hạng mục kiểm tra có thể được chia thành hai loại: độ tin cậy về hiệu suất điện và độ tin cậy về an toàn, trong khi độ tin cậy về an toàn có thể được chia thành độ tin cậy về cơ học, độ tin cậy về môi trường, độ tin cậy khi lạm dụng và độ tin cậy về điện.

Độ tin cậy cơ học mô phỏng ứng suất cơ học mà xe gặp phải trong quá trình lái xe, chẳng hạn như độ rung mô phỏng sự xóc nảy của xe trên mặt đường; Độ tin cậy về môi trường mô phỏng độ bền của phương tiện ở các vùng khí hậu khác nhau, chẳng hạn như chu trình nhiệt độ mô phỏng tình trạng phương tiện di chuyển qua lại ở vùng lạnh và nóng có chênh lệch nhiệt độ lớn giữa ngày và đêm; Lạm dụng độ tin cậy, chẳng hạn như hỏa hoạn, để đánh giá độ an toàn của pin trong trường hợp sử dụng không đúng cách; Độ tin cậy về điện, chẳng hạn như hạng mục kiểm tra bảo vệ, chủ yếu kiểm tra xem hệ thống quản lý pin (BMS) có thể đóng vai trò bảo vệ vào những thời điểm quan trọng hay không.

Về mặt pin, IEC 62660 được chia thành hai tiêu chuẩn độc lập là IEC 62660-1 và IEC 62660-2, tương ứng với thử nghiệm hiệu suất và độ tin cậy. GB/T 31485 và GB/T 31486 được phát triển từ QC/T 743 và khả năng chống rung được phân loại là kiểm tra hiệu suất trong GB/T 31486, vì hạng mục kiểm tra này kiểm tra tác động của độ rung của pin đến hiệu suất của pin. So với IEC 62660-2, các hạng mục thử nghiệm của GB/T 31485 nghiêm ngặt hơn, chẳng hạn như thêm châm cứu và ngâm trong nước biển.

Về mặt thử nghiệm bộ pin và hệ thống pin, cả hiệu suất điện và độ tin cậy, tiêu chuẩn Hoa Kỳ bao gồm hầu hết các hạng mục thử nghiệm. Về mặt kiểm tra hiệu suất, DOE/ID-11069 có nhiều hạng mục kiểm tra hơn các tiêu chuẩn khác, chẳng hạn như đặc tính công suất xung lai (HPPC), độ ổn định của điểm đặt vận hành, tuổi thọ lịch, hiệu suất tham chiếu, phổ trở kháng, kiểm tra kiểm tra điều khiển mô-đun, nhiệt tải quản lý và kiểm tra cấp độ hệ thống kết hợp với xác minh tuổi thọ.

Các phương pháp phân tích kết quả kiểm tra hiệu suất điện được trình bày chi tiết trong phần phụ lục của tiêu chuẩn. Trong số đó, thử nghiệm HPPC có thể được sử dụng để phát hiện công suất cực đại của pin điện và phương pháp thử nghiệm điện trở trong DC bắt nguồn từ phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các đặc tính điện trở trong của pin. Về độ tin cậy, UL2580 có nhiều hạng mục kiểm tra hơn các tiêu chuẩn khác, chẳng hạn như sạc pin không cân bằng, điện trở, cách điện, kiểm tra tính liên tục và kiểm tra lỗi hệ thống ổn định làm mát/sưởi ấm. Nó cũng bao gồm thử nghiệm an toàn cơ bản cho các bộ phận của bộ pin trên dây chuyền sản xuất và tăng cường các yêu cầu đánh giá an toàn trong BMS, hệ thống làm mát và thiết kế mạch bảo vệ. SAE J2929 đề xuất tiến hành phân tích lỗi trên các bộ phận khác nhau của hệ thống pin và lưu tài liệu liên quan, bao gồm các biện pháp cải tiến để dễ dàng xác định lỗi.

Chuỗi tiêu chuẩn ISO 12405 bao gồm cả khía cạnh hiệu suất và an toàn của pin. ISO 12405-1 là tiêu chuẩn kiểm tra hiệu suất pin cho các ứng dụng năng lượng cao, trong khi ISO 12405-2 là tiêu chuẩn kiểm tra hiệu suất pin cho các ứng dụng năng lượng cao. Phần trước bao gồm thêm hai nội dung: khởi động nguội và khởi động nóng. Dòng GB/T 31467 kết hợp tình trạng phát triển của pin điện ở Trung Quốc và được sửa đổi theo nội dung của tiêu chuẩn dòng ISO 12405.

Khác với các tiêu chuẩn khác là SAE J 2929 và ECE R100. Cả hai đều liên quan đến các yêu cầu về bảo vệ điện áp cao và thuộc danh mục an toàn của xe điện. Các mục kiểm tra liên quan ở Trung Quốc được liệt kê trong GB/T 18384 và GB/T 31467 3 chỉ ra rằng bộ pin và hệ thống pin phải đáp ứng các yêu cầu của GB/T 18384 trước khi tiến hành kiểm tra an toàn 1 và GB/T 18384 3. Có liên quan yêu cầu.

3) Mức độ nghiêm trọng

Đối với cùng một hạng mục kiểm nghiệm thì phương pháp kiểm tra và tiêu chí đánh giá được quy định trong các tiêu chuẩn khác nhau cũng khác nhau. Ví dụ: đối với trạng thái tích điện (SOC) của các mẫu thử nghiệm, GB/T 31467 3 yêu cầu mẫu phải được sạc đầy; ISO 12405 yêu cầu SOC loại năng lượng của pin là 50% và SOC của pin loại năng lượng là 100%; ECE R100 2. Yêu cầu SOC của pin trên 50%; UN38. 3 có các yêu cầu khác nhau đối với các hạng mục thử nghiệm khác nhau và một số hạng mục thử nghiệm cũng yêu cầu pin tái chế.

Ngoài ra, cũng yêu cầu thử nghiệm mô phỏng cao, thử nghiệm nhiệt, độ rung, va đập và đoản mạch bên ngoài bằng cách sử dụng cùng một mẫu và tương đối nghiêm ngặt hơn. Để kiểm tra độ rung, ISO 12405 yêu cầu các mẫu phải rung ở các nhiệt độ môi trường khác nhau, với nhiệt độ cao và thấp được khuyến nghị lần lượt là 75oC và -40oC. Các tiêu chuẩn khác không có yêu cầu này.

Đối với thử nghiệm cháy, GB/T 31467 Phương pháp thử nghiệm và cài đặt tham số trong 3 phù hợp với ISO 12405. Sự khác biệt không đáng kể, cả hai đều được làm nóng trước, đốt trực tiếp và đốt gián tiếp do nhiên liệu đốt cháy, nhưng GB/T 31467 3 Nếu có ngọn lửa trong mẫu, nó phải được dập tắt trong vòng 2 phút. ISO 12405 không yêu cầu thời gian để ngọn lửa tắt. Thử nghiệm chữa cháy trong SAE J2929 khác với hai thử nghiệm trước. Nó yêu cầu mẫu phải được đặt trong thùng chứa bức xạ nhiệt, được làm nóng nhanh đến 890oC trong vòng 90 giây và duy trì trong 10 phút, và không có thành phần hoặc chất nào được phép đi qua vỏ lưới kim loại đặt bên ngoài mẫu thử.

4, Những bất cập trong tiêu chuẩn trong nước hiện có

Mặc dù việc xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn quốc gia liên quan đã lấp đầy khoảng trống trong hệ thống tổ hợp pin lithium-ion năng lượng của Trung Quốc và được áp dụng rộng rãi nhưng vẫn còn những tồn tại.

Về đối tượng thử nghiệm: Tất cả các tiêu chuẩn chỉ quy định việc thử nghiệm pin mới và không có quy định hoặc yêu cầu nào liên quan đến pin đã qua sử dụng. Pin không gặp vấn đề gì khi xuất xưởng, điều đó không có nghĩa là pin vẫn an toàn sau một thời gian sử dụng. Vì vậy, cần tiến hành cùng một thử nghiệm đối với pin được sử dụng trong các thời điểm khác nhau, tương đương với việc kiểm tra thể chất thông thường.

Về phán đoán kết quả: Cơ sở phán đoán hiện nay tương đối rộng và đơn lẻ, chỉ quy định không rò rỉ, không vỡ vỏ, không cháy nổ, thiếu hệ thống đánh giá định lượng. Ủy ban Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Ô tô Châu Âu (EUCAR) đã chia mức độ gây hại của pin thành 8 cấp độ, có ý nghĩa tham khảo nhất định.

Về mặt hạng mục kiểm tra: GB/T31467 3. Thiếu nội dung thử nghiệm đối với bộ pin và hệ thống pin về mặt quản lý nhiệt và thoát nhiệt, đồng thời hiệu suất an toàn nhiệt là rất quan trọng đối với pin. Làm thế nào để kiểm soát sự thoát nhiệt của từng loại pin và ngăn chặn sự lây lan của sự thoát nhiệt có ý nghĩa rất quan trọng, bằng chứng là việc bắt buộc thực hiện "Điều kiện kỹ thuật an toàn đối với xe buýt điện". Ngoài ra, từ góc độ ứng dụng phương tiện, để kiểm tra độ tin cậy không phá hủy, chẳng hạn như độ tin cậy về môi trường, cần bổ sung thử nghiệm hiệu suất điện sau khi hoàn thành thử nghiệm để mô phỏng tác động của hiệu suất phương tiện sau khi trải qua những thay đổi về môi trường.

Về phương pháp thử nghiệm: Việc thử nghiệm vòng đời của bộ pin và hệ thống pin mất quá nhiều thời gian, ảnh hưởng đến chu kỳ phát triển sản phẩm và khó thực hiện tốt. Làm thế nào để phát triển một thử nghiệm vòng đời tăng tốc hợp lý là một thách thức.

5, Tóm tắt

Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã có những tiến bộ vượt bậc trong việc xây dựng và áp dụng các tiêu chuẩn cho pin lithium-ion điện, tuy nhiên vẫn còn một khoảng cách nhất định so với các tiêu chuẩn nước ngoài. Ngoài các tiêu chuẩn thử nghiệm, hệ thống tiêu chuẩn dành cho pin lithium-ion ở Trung Quốc cũng đang dần được cải thiện ở các khía cạnh khác. Vào ngày 9 tháng 11 năm 2016, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin đã ban hành "Hệ thống kỹ thuật tiêu chuẩn hóa toàn diện cho pin lithium Ion", trong đó chỉ ra rằng hệ thống tiêu chuẩn trong tương lai bao gồm năm phần chính: sử dụng chung cơ bản, vật liệu và linh kiện, thiết kế và sản xuất quy trình, thiết bị sản xuất và thử nghiệm cũng như các sản phẩm pin. Trong số đó, tiêu chuẩn an toàn có tầm quan trọng rất lớn. Với sự cập nhật và phát triển của các sản phẩm pin điện, các tiêu chuẩn thử nghiệm cũng cần cải tiến các công nghệ thử nghiệm tương ứng, hơn nữa, nó còn nâng cao mức độ an toàn của pin điện.