Normas de ensayo de baterías: ¿qué hay que mejorar?
Como la demanda de pilas sigue aumentando, muchos soluciones para baterías están surgiendo en el mercado.
Sin embargo, garantizar la seguridad de estos productos es primordial para mantener la calidad y la confianza en el mercado. Normas de ensayo de baterías sirven de medio para alcanzar estos objetivos.
Este artículo ofrece una visión general de las normas de ensayo de baterías comunes existentes para los productos de baterías tanto en China como en el resto del mundo. También arroja luz sobre los retos a los que se enfrentan estas normas de ensayo de baterías. Al conocer el estado actual de las normas de ensayo de baterías, se puede saber cómo mejorarlas.
Normas mundiales de ensayo de baterías
Empiece por conocer las normas internacionales, estadounidenses y de otras organizaciones relacionadas con las baterías de iones de litio.
La Comisión Electrotécnica Internacional y el Comité de Transportes de las Naciones Unidas publican normas sobre pruebas de rendimiento, fiabilidad y uso indebido, y seguridad durante el transporte.
La Organización Internacional de Normalización ha desarrollado normas y requisitos de seguridad para aplicaciones de alta potencia y alta energía, con el objetivo de proporcionar elementos y métodos de prueba para los fabricantes de equipos originales.
El sistema de normas de EE.UU. incluye UL 2580 para la fiabilidad y seguridad de las baterías, SAE J2464 y J2929 para las pruebas de abuso de baterías, y SAE J2380 para las pruebas de vibración.
Otras normas de la organización son la alemana VDA 2007 para pruebas de rendimiento y fiabilidad de sistemas de baterías de iones de litio, y la R100.2 de la Comisión Económica para Europa sobre requisitos de seguridad y fiabilidad de vehículos eléctricos.
La norma GB/T de China cubre requisitos como la vida útil, la seguridad y el rendimiento eléctrico, mientras que las "Condiciones técnicas para la seguridad de los autobuses eléctricos" incluyen requisitos técnicos más exigentes, como pruebas de embalamiento térmico y de dilatación.
Análisis de normas de ensayo de baterías
Ámbito de aplicación
Las series IEC 62660, QC/T 743, GB/T 31486 y GB/T 31485 son para pruebas a nivel de célula y módulo de batería, mientras que las series UL2580, SAE J2929, ISO12405 y GB/T 31467 son para pruebas de paquetes de baterías y sistemas de baterías.
Además de la IEC 62660, otras normas de ensayo de baterías de ámbito mundial se refieren básicamente a los ensayos de paquetes de baterías o a nivel de sistema. SAE J2929 y ECE R100. 2 mencionan incluso pruebas a nivel de vehículo.
Esto demuestra que la formulación de normas globales de ensayo de baterías tiene más en cuenta la aplicación de baterías en vehículos completos y se ajusta más a las necesidades de las aplicaciones prácticas.
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Contenido del test
En general, todos los elementos de prueba se pueden dividir en dos categorías: rendimiento eléctrico y fiabilidad de seguridad, y la fiabilidad de seguridad se puede dividir en fiabilidad mecánica, fiabilidad medioambiental, fiabilidad de abuso y fiabilidad eléctrica.
Fiabilidad mecánica, que simula el estrés mecánico del vehículo durante la conducción, como la vibración, que simula los baches del vehículo en la carretera.
Fiabilidad medioambiental, simula la tolerancia del vehículo en diferentes climas, como el ciclo de temperatura simula que la diferencia de temperatura del vehículo entre el día y la noche es grande o cuando se conduce de un lado a otro en zonas frías y cálidas.
La fiabilidad del uso indebido, como el incendio, examina la seguridad de la batería cuando se somete a un uso inadecuado.
Fiabilidad eléctrica, como los elementos de prueba de protección, examina principalmente la gestión de la batería Si el sistema (BMS) puede desempeñar un papel protector en momentos críticos.
En cuanto a las celdas de batería, la norma IEC 62660 se divide en dos normas independientes, IEC 62660-1 e IEC 62660-2, que corresponden a las pruebas de rendimiento y fiabilidad, respectivamente.
GB/T 31485 y GB/T 31486 evolucionan a partir de QC/T 743. En GB/T 31486, la resistencia a la vibración se clasifica como una prueba de rendimiento, porque este elemento de prueba es investigar el impacto de la vibración de la batería en el rendimiento de la batería.
En comparación con la norma IEC 62660-2, la prueba de batería los artículos de GB/T 31485 son más estrictos, como añadir acupuntura e inmersión en agua de mar, etc.
En lo que respecta a las pruebas de baterías y sistemas de baterías, ya sean de rendimiento eléctrico o de fiabilidad, las normas estadounidenses son las que abarcan más elementos de prueba.
En términos de pruebas de rendimiento, DOE/ID-11069 tiene más elementos de prueba que otras normas, incluyendo las características de potencia de impulso híbrido (HPPC), la estabilidad del punto de ajuste de funcionamiento, la vida del calendario, el rendimiento de referencia y la espectroscopia de impedancia, etc.
Rigurosidad
Para un mismo elemento de ensayo, los métodos de ensayo y los criterios de valoración estipulados en las distintas normas también son diferentes.
Por ejemplo, para el estado de carga (SOC) de la muestra de ensayo, GB/T 31467.3 requiere que la muestra esté completamente cargada; ISO 12405 requiere que el SOC de la batería de potencia sea 50%, y el SOC de la batería de energía sea 100%.
ECE R100.2 se requiere que el SOC de la batería sea superior a 50%; UN38. 3 tiene diferentes requisitos para diferentes elementos de prueba, y algunos elementos de prueba también requieren baterías ciclado.
Además, también se exige que la alta simulación, la prueba térmica, la vibración, el impacto y el cortocircuito externo se prueben con la misma muestra, lo que es relativamente más estricto.
Para las pruebas de vibración, la norma ISO 12405 exige que la muestra vibre a diferentes temperaturas ambiente. Las temperaturas alta y baja recomendadas son 75°C y -40°C, respectivamente. Otras normas no tienen este requisito.
Insuficiencia de las normas de ensayo de baterías existentes en China
Aunque la formulación y publicación de las normas nacionales pertinentes ha colmado la laguna existente en el sistema de combinación de baterías de iones de litio y energía de China y ha sido ampliamente adoptada, sigue habiendo deficiencias.
En cuanto a los objetos de prueba: Todas las normas sólo estipulan la prueba de baterías nuevas, y no existen reglamentos y requisitos pertinentes para las baterías usadas.
No hay ningún problema con la batería cuando sale de fábrica, lo que no significa que siga siendo segura después de un periodo de uso, por lo que es necesario utilizarla durante distintos periodos. La batería se somete a la misma prueba, que equivale a un examen médico periódico.
Valoración de los resultados: La base de juicio actual es relativamente amplia y única, sólo las normas de no fuga, no ruptura de la cáscara, no incendio y no explosión, careciendo de un sistema de evaluación cuantificable.
El Comité Europeo de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Automóvil (EUCAR) divide el grado de peligrosidad de las baterías en 8 niveles, lo que tiene cierta importancia de referencia.
En cuanto a los elementos de prueba: GB/T31467. 3 carece de contenido de prueba sobre la gestión térmica y la fuga térmica de los paquetes de baterías y sistemas de baterías, y el rendimiento de seguridad térmica es crucial para las baterías.
Cómo controlar el desbordamiento térmico de una sola batería y hacer que no se extienda, es de gran importancia.
En cuanto a los métodos de prueba: la prueba de ciclo de vida de las baterías y los sistemas de baterías lleva demasiado tiempo, lo que afecta al ciclo de desarrollo del producto y es difícil de realizar bien. Resulta difícil desarrollar una prueba de ciclo de vida acelerado razonable.
Resumen
Las normas de ensayo de baterías son una parte crucial para garantizar la seguridad y fiabilidad de los productos de baterías. Es importante comprender el panorama mundial de estas normas, así como las deficiencias de las normas existentes.
Es esencial disponer de un sistema de evaluación cuantificable, incluir elementos de prueba para las baterías usadas y probar la gestión térmica y el desbordamiento térmico de las baterías y los sistemas de baterías.
Las normas de ensayo de baterías pueden mejorarse mediante actualizaciones y desarrollos continuos, lo que aumentará el nivel de seguridad de las baterías eléctricas.
