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Standard di test della batteria agli ioni di litio EV - Parte 1

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Standard di test della batteria agli ioni di litio EV - Parte 1

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Le batterie agli ioni di litio di potenza devono superare una serie di test di sicurezza prima di poter essere utilizzate nei veicoli elettrici. Questi test di sicurezza servono a capire e identificare la potenziale debolezza e vulnerabilità della batteria in condizioni anomale, e a determinare le prestazioni della batteria in condizioni difficili. A causa della limitazione dello spazio, l'autore analizza e riassume solo gli standard e i regolamenti internazionali per la sicurezza elettrica e i test ambientali severi delle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici, e discute i problemi esistenti negli standard.

1. Panoramica delle norme e dei regolamenti nazionali ed esteri

Importanti standard internazionali relativi alla sicurezza e ai test ambientali severi delle batterie agli ioni di litio per l'alimentazione dei veicoli elettrici includono:

IEC62660-2:2011 batteria agli ioni di litio Parte 2: test di affidabilità e abuso;

ISO6469-1:2019 requisiti di sicurezza per veicoli stradali a trazione elettrica, Parte 1: sistema di accumulo dell'energia ricaricabile; (iso12405-3:2014 specifica di prova per pacco batterie di trazione agli ioni di litio e sistema di veicoli stradali elettrici, Parte 3: requisiti di prestazione di sicurezza è stato ritirato e sostituito da iso6469-1:2019);

SAEJ2464:2009 test di sicurezza e abuso del sistema di accumulo di energia ricaricabile per veicoli elettrici e ibridi elettrici;

SAEJ2929:2013 standard di sicurezza per sistemi di batterie elettriche e ibride agli ioni di litio - batteria ricaricabile a base di litio.

Gli stati membri dell'UE adottano il regolamento tecnico ECER100.02 "Disposizioni uniformi sulla certificazione dei veicoli per quanto riguarda i requisiti speciali per il sistema di trasmissione elettrica" emesso dalla Commissione economica per l'Europa delle Nazioni Unite il 15 luglio 2013 come standard obbligatorio.

La prima parte è applicabile al sistema di trasmissione elettrica dei veicoli stradali di classe m e classe n, con una velocità massima di progetto superiore a 25km/h e dotati di uno o più motori elettrici di trazione; La seconda parte si applica ai requisiti di sicurezza dei sistemi di accumulo di energia ricaricabili (REESS) per i veicoli stradali di categoria m e categoria n dotati di uno o più motori elettrici di trazione e non collegati permanentemente alla rete.

2. Sicurezza elettrica e test ambientali severi della batteria agli ioni di litio per l'alimentazione automobilistica

Questo documento analizza e discute principalmente gli standard di test di sicurezza per le batterie agli ioni di litio di potenza agli ioni di litio come parti auto, e non coinvolge gli standard di test e regolamenti a livello di veicolo. La tabella 1 riassume gli elementi di prova più comuni specificati negli standard internazionali e nazionali e regolamenti relativi alle batterie agli ioni di litio di potenza per i veicoli elettrici (questo documento discute solo la prova di sicurezza elettrica delle prestazioni e dura prova ambientale) . alcuni standard prevedono che in alcuni casi, il test può essere effettuato secondo l'accordo tra il produttore e il cliente. Il test può essere effettuato separatamente a vari livelli e sarà classificato con riferimento all'attrezzatura in prova (DUT): unità batteria (c), modulo batteria (m), pacco batteria o sistema (P) e veicolo (V). Le norme e i regolamenti stabiliscono i requisiti di passaggio e fallimento per ogni test, che saranno "nessun incendio" "nessuna esplosione", "nessuna rottura" e "nessuna perdita" sono i criteri di accettazione del test, mentre i criteri di passaggio e fallimento della prevenzione degli incendi sono solo "nessuna esplosione".

2.1 Test di sicurezza elettrica

2.1.1 Test di cortocircuito esterno

Lo scopo del test è quello di valutare le prestazioni di sicurezza del DUT in caso di corto circuito esterno. Questo test è utilizzato per valutare lo stato di attivazione dei dispositivi di protezione da sovracorrente o la corrente di resistenza della batteria senza raggiungere situazioni pericolose (ad esempio, fuga termica, esplosione, incendio) Un importante fattore di rischio è la fuga termica a causa della presenza di una grande quantità di calore, l'arco può danneggiare il circuito o ridurre la resistenza di isolamento.

Durante il test, collegare i poli positivo e negativo della batteria ad un elemento a bassa resistenza (ad esempio 5, 10 o 20m Ω) dall'esterno, cortocircuitarlo dall'esterno in meno di 1s, e mantenerlo per un tempo specificato (ad esempio 10min) o fino all'utilizzo del dispositivo di protezione da sovracorrente (se presente). Generalmente, fusibili, interruttori automatici (componenti passivi) e contattori (componenti attivi) Usati per prevenire la sovracorrente a livello del modulo della batteria o del pacco batterie.

Il dispositivo di interruzione di corrente incorporato o il dispositivo a coefficiente termico positivo viene utilizzato per la protezione da sovracorrente a livello della cella della batteria. Se la pressione interna e/o la temperatura raggiungono il limite, la connessione tra il circuito interno e il suo terminale può essere interrotta o la corrente di passaggio può essere limitata. Le caratteristiche temporali di questi dispositivi di protezione determinano il tempo di risposta per scollegare o limitare la corrente. Più alta è la corrente, più veloce può essere l'interruzione.

Se la corrente non è abbastanza alta (per esempio, basso SOC) o la corrente scende rapidamente, la corrente può non essere interrotta, ma ciò può portare a un pericolo. Pertanto, lo standard richiede che la resistenza di cortocircuito sia minima in caso di cortocircuito esterno duro o morbido quando la resistenza esterna è equivalente alla resistenza interna del DUT.

Come accennato in precedenza, la norma o il regolamento richiede una resistenza esterna fissa, che è indipendente dalle dimensioni del DUT. Tuttavia, la corrente di cortocircuito iniziale è influenzata dalla dimensione del DUT e dal suo tipo di connessione (cioè parallelo, seriale o una combinazione di questi) Pertanto, utilizzando la stessa connessione di resistenza esterna per DUT con diverse dimensioni e tipi di connessione può portare all'incompatibilità della corrente di cortocircuito iniziale di ogni cella della batteria. Pertanto, alcuni standard stabiliscono che la resistenza esterna deve essere molto inferiore all'impedenza della corrente diretta del DUT per il corto circuito duro. Per il cortocircuito morbido, la corrente di cortocircuito iniziale è pesante perché la resistenza di cortocircuito esterna è superiore alla resistenza del DUT È controllata dalla resistenza esterna, quindi la corrente di cortocircuito iniziale è indipendente dalle dimensioni del sistema di accumulo di energia della batteria.

La temperatura influenzerà la resistenza interna della batteria, cioè la reazione elettrochimica e la velocità di trasmissione; quindi, più alta è la corrente iniziale, più alta sarà la temperatura, con conseguente maggiore calore. Inoltre, più alta è la temperatura, più la temperatura del DUT è vicina alla temperatura di fuga termica. Le norme e i regolamenti della tabella 2 non richiedono prove di cortocircuito a una temperatura superiore alla temperatura ambiente. Tuttavia, è opportuno eseguire la prova di cortocircuito a una temperatura superiore alla temperatura ambiente sì, perché è probabile che l'auto raggiunga una temperatura superiore alla temperatura ambiente quando è parcheggiata all'aperto, durante la guida o quando il sistema di raffreddamento non funziona.

Un altro parametro che influenza i risultati del test è lo stato di carica (SOC). Il caso peggiore si ottiene a SOC elevato, perché la corrente di cortocircuito iniziale è la più grande, che è facile da portare alla fuga termica. Pertanto, la maggior parte delle norme richiedono test al 100% della capacità nominale. Tuttavia, per UN / ECE-R100.02:2013, i test possono essere eseguiti al 50% SOC (o superiore).