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Standard di prova per le batterie agli ioni di litio di potenza

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Standard di prova per le batterie agli ioni di litio di potenza

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Gli standard dei prodotti per batterie, in particolare gli standard di sicurezza, non sono solo una base importante per limitare la qualità, ma anche un mezzo importante per standardizzare l'ordine del mercato e promuovere il progresso tecnologico. Questo documento introduce, riassume e analizza gli standard comuni esistenti e discute brevemente i problemi esistenti in questi sistemi di standard.



Standard comuni per le batterie agli ioni di litio


standard internazionali


Tra le importanti norme sulle batterie agli ioni di litio di potenza pubblicate dalla IEC vi sono la IEC62660-1:2010 Batteria agli ioni di litio monomero per veicoli elettrici stradali Parte 1: prova di prestazione e la IEC62660-2:2010 Batteria agli ioni di litio monomero per veicoli elettrici stradali Parte 2: prova di affidabilità e abuso. UN 38.3 "Raccomandazioni, norme e manuale di prova delle Nazioni Unite sul trasporto di merci pericolose" emesso dal Comitato dei Trasporti delle Nazioni Unite, i requisiti per il test delle batterie agli ioni di litio sono finalizzati alla sicurezza delle batterie durante il trasporto.



Gli standard ISO per le batterie agli ioni di litio di potenza comprendono la norma ISO12405-1:2011 Veicoli a trazione elettrica - Procedure di prova per pacchi e sistemi di batterie al litio di potenza agli ioni di litio Parte 1: applicazioni ad alta potenza, la norma ISO12405-2:2012 Veicoli a trazione elettrica - Procedure di prova per pacchi e sistemi di batterie al litio di potenza agli ioni di litio Parte 2: applicazioni ad alta energia, e la norma ISO12405-3:2014 Veicoli a trazione elettrica - Procedure di prova per pacchi e sistemi di batterie al litio-ione di potenza - Parte 3: Requisiti di sicurezza, che si rivolgono rispettivamente alle batterie ad alta potenza, alle batterie ad alta energia e ai requisiti di prestazione di sicurezza, al fine di fornire elementi di prova e metodi di prova opzionali per l'intera fabbrica di veicoli.



Standard americano


La norma UL2580:2011 sulle batterie per veicoli elettrici valuta principalmente l'affidabilità della batteria e la capacità di proteggere il personale in caso di abuso. Lo standard è stato rivisto nel 2013.



SAE dispone di un vasto e perfetto sistema di standard nel settore automobilistico. SAEJ2464:2009 safety and abuse test of rechargeable energy storage system of electric and hybrid electric vehicles (test di sicurezza e di abuso del sistema di accumulo di energia ricaricabile dei veicoli elettrici e ibridi elettrici), pubblicato nel 2009, è un primo lotto di manuali di test di abuso delle batterie dei veicoli applicati in Nord America e nel mondo, che indica chiaramente l'ambito di applicazione di ciascun elemento di test e i dati da raccogliere, oltre a fornire suggerimenti sul numero di campioni necessari per il progetto di test.



Lo standard di sicurezza SAEJ2929:2011 per i sistemi di batterie al litio elettrici e ibridi, emesso nel 2011, è uno standard di sicurezza proposto da SAE che riassume vari standard relativi alle batterie al litio di potenza emessi in precedenza e comprende due parti: test di routine e test anomali che possono verificarsi durante la guida di veicoli elettrici.



La norma SAEJ2380:2013 sulla prova di vibrazione della batteria dei veicoli elettrici è uno standard classico per la prova di vibrazione della batteria dei veicoli elettrici. Basato sui risultati statistici della raccolta dello spettro di carico delle vibrazioni dei veicoli reali che circolano su strada, il metodo di prova è più in linea con la situazione delle vibrazioni del veicolo reale e ha un importante valore di riferimento.



altri standard dell'organizzazione


Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) è il principale responsabile della formulazione delle politiche energetiche, della gestione dell'industria energetica e della ricerca e sviluppo delle tecnologie energetiche. Nel 2002, il governo degli Stati Uniti ha istituito il progetto "FreedomCAR" e ha successivamente pubblicato il manuale di prova delle batterie per veicoli elettrici ibridi a potenza assistita FreedomCAR e il manuale di prova di abuso del sistema di accumulo di energia per veicoli elettrici e ibridi elettrici.



L'associazione tedesca dell'industria automobilistica (VDA) è la principale responsabile di vari standard della stessa industria automobilistica tedesca. Tra gli standard emessi vi è il test del sistema di batterie per veicoli ibridi elettrici VDA2007, che riguarda principalmente il test delle prestazioni e dell'affidabilità del sistema di batterie agli ioni di litio per veicoli ibridi elettrici.



Commissione Economica per l'Europa (ECE) R100.2 disposizioni uniformi sull'omologazione dei veicoli per quanto riguarda i requisiti speciali per i veicoli elettrici Si tratta dei requisiti specifici formulati dall'ECE per i veicoli elettrici, suddivisi in due parti: la prima parte standardizza la protezione del motore, il sistema di accumulo dell'energia ricaricabile, la sicurezza funzionale e le emissioni di idrogeno dell'intero veicolo; la seconda parte è costituita dai nuovi requisiti specifici per la sicurezza e l'affidabilità del sistema di accumulo dell'energia ricaricabile.





Analisi standard della batteria agli ioni di litio di potenza


Ambito di applicazione


La serie IEC62660 è finalizzata al test dell'unità batteria e del modulo, mentre le serie UL2580, SAEJ2929 e ISO12405 sono applicabili al test del pacco batteria e del sistema batteria. Oltre alla IEC62660, altri standard riguardano essenzialmente i test a livello di pacco batteria o di sistema. SAEJ2929 ed ECER100.2 menzionano persino i test a livello di veicolo. Ciò dimostra che la formulazione degli standard internazionali tiene maggiormente conto dell'applicazione delle batterie nell'intero veicolo, che è più in linea con le esigenze delle applicazioni pratiche.



Contenuto dei test


Nel complesso, tutti gli item del test possono essere suddivisi in due categorie: prestazioni elettriche e affidabilità della sicurezza, mentre l'affidabilità della sicurezza può essere suddivisa in affidabilità meccanica, affidabilità ambientale, affidabilità degli abusi e affidabilità elettrica.



L'affidabilità meccanica, che simula le sollecitazioni meccaniche del veicolo durante la guida, come le vibrazioni, e simula gli urti del veicolo sulla strada; l'affidabilità ambientale, che simula la tolleranza del veicolo in climi diversi. Ad esempio, il ciclo di temperatura simula la situazione del veicolo quando la differenza di temperatura tra il giorno e la notte è elevata o quando si guida avanti e indietro in zone fredde e calde; affidabilità degli abusi, come l'incendio, per indagare sulla sicurezza della batteria in caso di uso improprio; per l'affidabilità elettrica, come i test di protezione, è importante indagare se il sistema di gestione della batteria (BMS) può svolgere un ruolo di protezione in un momento critico.



Per quanto riguarda le celle delle batterie, la norma IEC62660 è suddivisa in due norme indipendenti IEC62660-1 e IEC62660-2, corrispondenti rispettivamente ai test di prestazione e di affidabilità.



Per quanto riguarda i test sui pacchi batteria e sui sistemi di batterie, gli standard americani coprono la maggior parte dei test in termini di prestazioni elettriche e affidabilità. In termini di test delle prestazioni, DOE / id-11069 presenta un maggior numero di voci di test rispetto ad altri standard, come la caratteristica di potenza ibrida a impulsi (HPPC), la stabilità del set point di funzionamento, la durata del calendario, le prestazioni di riferimento, lo spettro di impedenza, il test di ispezione del modulo, il carico di gestione termica e il test a livello di sistema combinato con la verifica della durata.



Il metodo di analisi dei risultati dei test delle prestazioni elettriche è introdotto in dettaglio nell'appendice dello standard. Tra questi, il test HPPC può essere utilizzato per rilevare la potenza di picco della batteria al litio di potenza. Il metodo di prova della resistenza interna in corrente continua è stato ampiamente utilizzato per studiare le caratteristiche di resistenza interna della batteria. In termini di affidabilità, la norma UL2580 prevede un maggior numero di test rispetto ad altre norme: carica sbilanciata del pacco batteria, tensione di tenuta, isolamento, test di continuità e test di stabilità del sistema di raffreddamento/riscaldamento. Include anche il test di sicurezza di base per le parti del pacco batteria sulla linea di produzione. In termini di progettazione del BMS, del sistema di raffreddamento e del circuito di protezione, i requisiti di verifica della sicurezza sono stati rafforzati. La norma SAEJ2929 propone di condurre un'analisi dei guasti su ogni parte del sistema di batterie e di salvare i documenti pertinenti, comprese le misure di miglioramento che consentono di identificare facilmente i guasti.



Gli standard della serie ISO12405 comprendono sia le prestazioni che la sicurezza delle batterie. L'ISO12405-1 è uno standard di prova delle prestazioni delle batterie per applicazioni ad alta potenza, mentre l'ISO12405-2 è uno standard di prova delle prestazioni delle batterie per applicazioni ad alta energia. Il primo include l'avviamento a freddo e l'avviamento a caldo.



A differenza di altri standard, SAEJ2929 ed ECER100.2 prevedono entrambi requisiti di protezione dall'alta tensione e appartengono alla categoria di sicurezza dei veicoli elettrici.



Gravità


Per esempio, per quanto riguarda lo stato di carica (SOC) del campione di prova, la norma ISO12405 richiede che il SOC della batteria di potenza sia del 50% e quello della batteria di energia del 100%; la norma ECER100.2 richiede che il SOC della batteria sia superiore al 50%; la norma UN38.3 prevede requisiti diversi per i vari campioni di prova e alcuni campioni di prova richiedono batterie riciclate.



Inoltre, i test ad alta simulazione, i test termici, le vibrazioni, gli impatti e i cortocircuiti esterni devono essere testati con lo stesso campione, il che è più rigoroso. Per il test delle vibrazioni, la norma ISO12405 prevede che i campioni vibrino a diverse temperature ambientali. L'alta e la bassa temperatura consigliate sono rispettivamente 75 ℃ e - 40 ℃.



Per quanto riguarda la prova di resistenza al fuoco, il metodo sperimentale e l'impostazione dei parametri della norma ISO12405.3 prevedono il preriscaldamento, il fuoco diretto e il fuoco indiretto mediante accensione del combustibile. Non è previsto un tempo di spegnimento della fiamma. Il test al fuoco previsto dalla norma SAEJ2929 è diverso dal precedente. Richiede che il campione venga posto in un contenitore per radiazioni termiche, che la temperatura venga portata rapidamente a 890 ℃ entro 90 minuti e che venga mantenuta per 10 minuti.