Standard di prova della batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici - Parte 2

Standard di prova della batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici - Parte 2

2.1.2 Test di sovraccarico/scaricamento eccessivo

Al fine di valutare la funzione del sistema di protezione da sovraccarico/scaricamento eccessivo, può verificarsi quando la carica o scarica della batteria supera i limiti consigliati dal produttore, ad esempio guasto del caricabatterie. Quasi tutti gli standard e i regolamenti prevedono questo elemento di prova

Gli importanti rischi per la sicurezza durante il sovraccarico sono la decomposizione dell'elettrolito, la rottura del catodo e dell'anodo, la degradazione del diaframma e la decomposizione esotermica del rivestimento al litio, con conseguente surriscaldamento della batteria e surriscaldamento fuori controllo. Se viene raggiunta una temperatura sufficiente (es. 200 ℃), l'adesivo fluorurato subirà una reazione esotermica con carbonio litio. I fattori che influenzano i risultati del test includono la velocità di ricarica e il SOC finale.

Per il test di sovraccarico, caricare la batteria in base alla corrente di carica specificata nello standard fino al raggiungimento delle condizioni di fine carica impostate (come 200% SOC, 130% SOC, ecc.) o viene utilizzato il dispositivo di protezione (come scollegare la carica , riduzione della corrente, ecc.). Esistono grandi differenze nelle disposizioni di alcuni standard e regolamenti sulla corrente di sovraccarico e sulle condizioni finali di ricarica, con conseguenti grandi differenze nei risultati dei test e i risultati dei test di diversi standard e regolamenti non sono comparabili. La temperatura iniziale dell'instabilità termica della batteria sovraccarica (SOC > 100%) mostra una temperatura iniziale più bassa (nell'intervallo 65 ~ 80 ℃).

Gli incidenti gravi si verificano generalmente sulle celle della batteria con un sovraccarico grave (ad es. il doppio della capacità nominale), ma ripetuti cicli di carica/scarica in condizioni di sovraccarico medio (110% SOC) possono anche portare a cortocircuiti interni o guasti della batteria.

Anche il test di sovrascarica (o scarica forzata) è molto importante. Il rischio per la sicurezza durante una scarica eccessiva è l'inversione di polarità, con conseguente ossidazione del collettore dell'anodo e della placcatura sul lato del catodo. Anche una piccola scarica eccessiva può portare alla formazione di dendriti e alla fine a cortocircuiti. Durante il test di sovrascarica, scaricare la batteria completamente carica (ad es. tasso 1C per 1,5 ore o scarica con tasso C/3 fino a quando l'apparecchiatura testata interrompe o limita la scarica). I parametri di prova di diversi standard e regolamenti variano notevolmente. Si può concludere che i risultati del test possono dipendere dagli standard o dai regolamenti seguiti. Pertanto, è necessario unificare i parametri di prova per prove comparabili.

2.2 Test in ambiente severo

Il test ambientale mira a valutare le prestazioni di sicurezza del sistema in condizioni di variazione di temperatura, come incendi causati dalla temperatura ambiente in diverse regioni o incidenti causati da condizioni meteorologiche estreme. I test ambientali severi più comuni sono descritti di seguito: shock termico e test di ciclo, test di stabilità termica, test di sovratemperatura e test di incendio esterno.

2.2.1 Shock termico e test del ciclo

Questo test è importante per valutare i cambiamenti nell'integrità del DUT dovuti all'esposizione a sbalzi di temperatura estremi e improvvisi (ad esempio, espansione e contrazione dei componenti della batteria quando il veicolo entra o esce da un garage riscaldato o ghiacciato durante il trasporto). Durante lo shock termico e il test del ciclo, il DUT resisterà a due limiti di temperatura, alta e bassa temperatura, e manterrà il tempo specificato sotto ciascun limite di temperatura. I test di shock termico e di ciclo descritti nelle norme e nei regolamenti hanno diversi limiti massimi di temperatura. Il limite di temperatura inferiore di tutti gli standard e le normative è – 40 ° C (la temperatura minima di IEC62660-2 durante il funzionamento sotto tensione è – 20 ℃), sebbene il limite di temperatura superiore sia diverso.

Vale la pena notare che UN / ECER-100 .02:2013 consente il funzionamento di dispositivi di protezione durante questo test, mentre in altri standard internazionali, i dispositivi di protezione sono disabilitati, il che rende le condizioni di prova più rigorose.

2.2.2 Prova di stabilità termica

Questo test è importante per valutare la stabilità della batteria ad alta temperatura per identificare la temperatura iniziale di instabilità termica della batteria o la stabilità ad alta temperatura. Durante il test, la temperatura della batteria deve essere aumentata in incrementi di 5 ℃/min, aumentata alla temperatura specificata e mantenuta per 30 minuti o fino a quando non si verifica un danno grave al DUT.

Le disposizioni di SAEJ2464:2009 sono più rigorose. Richiede non solo una velocità di aumento della temperatura di 5 ℃ / min, ma anche da mantenere per 30 minuti in ogni passaggio di temperatura, ma anche una temperatura massima di 300 ℃ (superiore alla temperatura massima di lavoro della batteria) fino a quando la temperatura raggiunge i 300 o si verifica l'autoriscaldamento (maggiore di 1,0 ℃ / min). Viene utilizzato per valutare l'ora di inizio della fuga termica e la stabilità termica della batteria.

Altri standard valutano le prestazioni della batteria ad alta temperatura. Lo scopo non è raggiungere lo stato di fuga termica, ma valutare la stabilità termica del DUT a quella temperatura. Le batterie sono state aggiunte a intervalli di 5 /min dalla temperatura ambiente, aumentate a 130 ℃ e poste a questa temperatura per 30 minuti. Sebbene la stabilità termica sia molto importante per la sicurezza dei sistemi di accumulo di energia, non sono ampiamente richieste in tutti gli standard.

2.2.3 Prova di sovratemperatura

Il test di surriscaldamento (noto anche come carica/scarica rapida, test di protezione da surriscaldamento) mira a valutare l'impatto del guasto del controllo della temperatura o di un'altra funzione di protezione sul surriscaldamento interno della batteria.

Per questo test, sia gli standard UE che quelli internazionali richiedono che il sistema di controllo termico attivo (es. sistema di raffreddamento) del DUT sia spento e che il test di scarica della carica venga eseguito continuamente. Non c'è intervallo di tempo tra la carica e la scarica, che porterà all'aumento della temperatura del DUT. Tre standard internazionali richiedono che il test debba essere eseguito in uno spazio ristretto per valutare l'infiammabilità di qualsiasi materiale gassoso rilasciato dalla batteria durante il test.

Le pertinenti UN / ECE-R100.02:2013 non richiedono che il test sia condotto in uno spazio confinato. Tutti gli standard richiedono l'interruzione del test in caso di danni al DUT (ad es. perdita di elettrolita, rottura, incendio o esplosione).

2.2.4 prova di fuoco esterno

Lo scopo del test antincendio esterno è valutare il rischio di esplosione della batteria o del veicolo se esposti ad alte temperature o fiamme esterne. La fonte dell'incendio può essere causata da perdite di carburante dal veicolo stesso o dai veicoli vicini.

Tre tipi di test:

(1) Test del calore radiante: batteria SAEJ 2464:2009 (100% SOC)

È posto in un dispositivo metallico cilindrico, che viene riscaldato per radiazione. La temperatura deve raggiungere 890 ℃ entro 90 s ed essere mantenuta per 10 min. Registrare il processo di test della batteria o dopo il test, incluse deformazioni, perdite, incendi, esplosioni, ecc.

(2) Prova del proiettile: SAEJ 2929:2013 esporre il DUT a un fuoco uniforme e avvolgere il DUT in una rete metallica in acciaio, in modo che i frammenti causati dall'esplosione della batteria non possano penetrare nella rete. L'intero sistema di batterie deve essere sottoposto a temperature elevate e ambienti con fiamme fino a quando il sistema di batterie non è completamente in fiamme. Quando questa condizione è raggiunta, rimuovere la fonte di calore esterna e la fonte di fiamma e lasciare che il sistema batteria continui a bruciare. Quando non c'è fiamma visibile, il test è completato e il periodo di osservazione inizia dopo il test.

(3) Prova di combustione della coppa dell'olio: la prova descritta in UN/ ECE-R 100.02:2013 e iso6469-1:2019 avviene bruciando carburante nella coppa dell'olio. Il DUT è posizionato su un tavolo di attrito sopra il disco di prova caricato con carburante. Durante il test, accendi il carburante nel disco di prova ad almeno 3 M di distanza dal DUT e preriscalda il DUT per 60 secondi. Quindi posizionare la vaschetta del carburante sotto il DUT (la distanza è di 50 cm, o l'altezza da terra della superficie inferiore dell'oggetto di prova quando il veicolo viene scaricato, o come concordato tra il produttore e il cliente), ed esporre direttamente il DUT alla fiamma per gli anni '70. Coprire la piastra di copertura refrattaria sulla coppa dell'olio e testare il DUT in questo stato per 60 secondi. Rimuovere la coppa dell'olio e osservare per 3 ore secondo UN / ECE-R 100.02:2013 e ISO 6469-1:2019 o fino a quando il DUT raggiunge la temperatura ambiente. Se non ci sono segni di esplosione durante il test, il test è superato.

3. Conclusione

Questo documento effettua un'analisi comparativa completa di vari standard e regolamenti sulle prestazioni di sicurezza delle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici negli elementi di prova della sicurezza elettrica e dell'ambiente difficile. Confrontare i parametri e le condizioni di prova utilizzati nei metodi di prova descritti in questi standard e regolamenti. Dall'analisi effettuata si traggono le seguenti conclusioni:

Le condizioni di prova (es. SOC, temperatura) di alcuni test (es. sovraccarico, shock termico, incendio esterno, ecc.) sono piuttosto ampie. Ciò rende impossibile l'acquisizione di dati da parte di standard diversi e la differenza di parametri può essere dovuta a scenari diversi considerati dai produttori di standard. Al fine di eseguire test equi ed equivalenti, si suggerisce di unificare i parametri e le condizioni di test. Poiché il caso peggiore di solito corrisponde al SOC massimo, è logico eseguire test pertinenti in questo caso. La maggior parte degli standard richiede già il 100% di SOC, ma il regolamento UN/ECE-R100.02:2013 consente di eseguire test a non meno del 50% di SOC.

Occorre inoltre prestare attenzione alla comparabilità delle prove sui componenti di celle, moduli e pacchi batteria. Ad esempio, è stato dimostrato che la corrente iniziale che si verifica in una prova di cortocircuito è influenzata dalle dimensioni del DUT e dal suo tipo di connessione (ad esempio parallelo o seriale).

Dal punto di vista della sicurezza elettrica e dei severi requisiti di test ambientali delle batterie agli ioni di litio (celle di batteria, moduli batteria, pacchi batteria o sistemi) per veicoli elettrici, le condizioni di test richieste da diversi standard e regolamenti sono incoerenti, in modo che i risultati dei test di gli stessi elementi di prova non sono comparabili.