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Cos'è la norma di prova IEC 62133? - Parte 1

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Cos'è la norma di prova IEC 62133? - Parte 1

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La batteria agli ioni di litio presenta i vantaggi dell'elevata energia specifica, dell'alta tensione, della lunga durata del ciclo e della bassa autoscarica. È diventata una delle principali fonti di alimentazione per i prodotti elettronici portatili, come le comunicazioni mobili, i computer portatili e gli utensili elettrici. Tuttavia, in condizioni di uso improprio (come riscaldamento, sovraccarico, cortocircuito, vibrazioni, estrusione, ecc.), le batterie agli ioni di litio possono causare incendi, esplosioni e persino lesioni personali. Pertanto, il problema della sicurezza delle batterie agli ioni di litio è diventato il collo di bottiglia del loro sviluppo. Attualmente, molti Paesi o istituti di controllo stanno studiando le nuove tecnologie di sicurezza delle batterie al litio e formulando standard più scientifici e perfetti. Ad esempio, gli standard di prova applicabili alle batterie al litio per apparecchiature portatili sono: 1EC62133, UL1642, JIS C8714, IFEE1625, UN38.3, ecc. Il presente documento analizza e confronta principalmente le differenze tra l'edizione 2002 e l'edizione 2012 della norma IEC62133 per le batterie agli ioni di litio per dispositivi portatili sotto l'aspetto della disposizione dei contenuti degli elementi di prova, degli oggetti di prova, dei parametri di prova, ecc.

1.Oggetti di prova

La norma IEC62133:2002 e la norma IEC62133:2012 hanno apportato una serie di adeguamenti e modifiche agli elementi di prova delle batterie agli ioni di litio, sia agli elementi di prova che agli oggetti di prova. Per quanto riguarda le voci di prova, l'edizione 2012 ha eliminato le voci di prova relative alla funzione di protezione della singola batteria durante le vibrazioni, gli urti meccanici, i cicli di temperatura, la bassa pressione dell'aria e la carica ad alta velocità dell'edizione 2002 e ha aggiunto due nuove voci: la prova di trasporto e la prova di cortocircuito interno forzato. Il test di trasporto della norma IEC62281 comprende le prove di bassa pressione dell'aria, ciclo di temperatura, vibrazione, impatto, cortocircuito esterno, impatto ed estrusione. Sebbene nel progetto di prova esista lo stesso nome, le operazioni di prova effettive sono molto diverse. Ad esempio, i requisiti del test di cortocircuito esterno si basano sul valore della resistenza di linea, lo stesso campione deve completare il test continuo durante il test di trasporto e le procedure di carica di spremitura sono diverse, che verranno confrontate e analizzate in dettaglio in seguito.

Per quanto riguarda l'oggetto del test, i test di vibrazione, urto e ciclo di temperatura della norma IEC62.133:2002 sono applicabili al test delle celle elettriche e dei pacchi batteria; tuttavia, il test di trasporto della norma 2012 si concentra solo sul test del nucleo elettrico, sottolineando anche la valutazione della sicurezza del nucleo elettrico nel processo di trasporto. Per quanto riguarda il test di sovraccarico, il nuovo standard si concentra solo sulla sicurezza del sovraccarico del pacco batterie.

2.Analisi delle differenze tra gli standard

2.1 Confronto tra gli stessi elementi di prova

Oltre alla stessa procedura di carica dell'edizione 2002, cioè la carica a una temperatura ambiente di (20 ± 5) ℃ secondo il metodo dichiarato dal produttore. L'edizione 2012 prevede anche nuove procedure di carica per i test di abuso ragionevolmente prevedibile (cortocircuito esterno delle celle e del pacco batteria), di abuso termico, di estrusione e di cortocircuito interno forzato, ovvero il pretrattamento di carica (attualmente utilizzato per le batterie al litio) viene condotto alla temperatura di prova limite superiore di 45 ℃ e alla temperatura di prova limite inferiore di 10 ℃ con una tensione di carica limite superiore di 4,25V/cella e la corrente di carica massima specificata dal produttore.

Se si adottano le nuove tensioni di carica limite superiore e la temperatura di prova limite superiore e inferiore, devono essere eseguiti alcuni test per soddisfare gli standard di accettazione dei test pertinenti e garantire la sicurezza della batteria. Contenuti specifici dei test: in base alla stabilità strutturale del materiale positivo, alla stabilità strutturale dell'elettrolita e ad altre caratteristiche del materiale, è necessario garantire la sicurezza della batteria carica alla nuova temperatura di prova limite superiore e aggiungere 5 C alla nuova temperatura di prova limite superiore per applicare le condizioni di carica di cui al punto 8.1.2 della norma IEC62133:2012.in base alla capacità di assorbimento degli ioni di litio del materiale dell'elettrodo negativo e alla mobilità degli ioni di litio dell'elettrolita (corrispondente alla temperatura), è necessario garantire la sicurezza della batteria carica alla nuova temperatura limite inferiore di prova e aggiungere - 5 ℃ alla nuova temperatura limite inferiore di prova per applicare le condizioni di carica di cui al punto 8.1.2 e soddisfare i requisiti di prova corrispondenti.

(1) Sovraccarico

Il test di sovraccarico serve a simulare i potenziali rischi per la sicurezza della batteria quando il rilevamento della tensione del caricabatterie è errato, il caricabatterie si guasta o viene utilizzato un caricabatterie sbagliato. In generale, il test di sovraccarico delle celle delle batterie al litio è un test difficile da superare e i requisiti per la tensione di carica di 10 V sono troppo rigidi. In realtà, la maggior parte delle batterie è dotata di una scheda di protezione PCB e di un circuito di protezione con limitazione della tensione, in grado di prevenire efficacemente il sovraccarico della cella della batteria. Nello standard 2012 è stato eliminato il test di sovraccarico della cella della batteria ed è stato progettato il test di sovraccarico del pacco batteria. In altre parole, il pacco batteria completamente scarico deve essere caricato con una corrente costante di 2,0 l (IA=C Ah/1h) e la tensione non deve superare la tensione di carica massima raccomandata o 5,0 V/cella, sufficiente a mantenere la corrente costante.

(2) Cortocircuito esterno

Il test di cortocircuito esterno previsto dalla norma IEC62133:2002 comprende il cortocircuito a due temperature di (20 ± 5) ℃ e (55 ± 5) ℃. La resistenza del circuito esterno non deve superare i 100 m Ω. La singola batteria o il pacco batterie devono essere testati per 24 ore o finché la temperatura dell'involucro non diminuisce del 20% rispetto alla temperatura massima, a seconda di quale sia il periodo più breve. Tuttavia, lo standard del 2012 ha apportato notevoli modifiche: in primo luogo, la batteria o il pacco batterie adotta una nuova procedura di carica; in secondo luogo, il valore di resistenza del circuito esterno deve essere più specifico, ossia (80 ± 20) m Ω; infine, la temperatura ambiente per il test delle celle e delle batterie è separata, ossia il test delle celle è condotto a (20 ± 5) ℃, mentre il test delle batterie è condotto a (55 ± 5) ℃. Si può notare che il cambiamento della modalità di carica della batteria ha migliorato il livello del test di sicurezza della batteria al litio. Allo stesso tempo, il limite del valore di resistenza è più rigoroso per l'apparecchiatura di prova.