مقارنة معايير الاختبار لبطاريات الليثيوم الكهربائية في الداخل والخارج

مقارنة معايير الاختبار لبطاريات الليثيوم الكهربائية في الداخل والخارج

1، المعايير الأجنبية لبطاريات الليثيوم أيون الطاقة

يسرد الجدول 1 معايير الاختبار شائعة الاستخدام لبطاريات الليثيوم أيون في الخارج. تشمل هيئات إصدار المعايير بشكل أساسي اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، والمنظمة الدولية للمعايير (ISO)، ومختبرات التأمين (UL) بالولايات المتحدة، وجمعية مهندسي السيارات (SAE) بالولايات المتحدة، والجهات ذات الصلة. مؤسسات الاتحاد الأوروبي.

1) المعايير الدولية

تتضمن معايير بطاريات الليثيوم أيون التي أصدرتها اللجنة الكهروتقنية الدولية بشكل أساسي المواصفة IEC 62660-1:2010 "وحدات بطاريات طاقة أيون الليثيوم لمركبات الطرق الكهربائية - الجزء الأول: اختبار الأداء" والمواصفة IEC 62660-2:2010 "وحدات بطاريات طاقة أيون الليثيوم للمركبات الكهربائية". مركبات الطرق - الجزء الثاني: اختبار الموثوقية وسوء الاستخدام". الأمم المتحدة 38 الصادرة عن لجنة النقل التابعة للأمم المتحدة تهدف متطلبات اختبار بطارية الليثيوم في "توصيات ومعايير الأمم المتحدة ودليل الاختبار بشأن نقل البضائع الخطرة" إلى سلامة البطاريات أثناء النقل.

تشمل المعايير التي طورتها ISO في مجال بطاريات ليثيوم أيون الطاقة ISO 12405-1:2011 "المركبات ذات القيادة الكهربائية - إجراءات الاختبار لحزم وأنظمة بطاريات طاقة الليثيوم أيون - الجزء الأول: تطبيقات الطاقة العالية" ISO 12405-2: 2012 "المركبات الكهربائية - حزم بطاريات طاقة الليثيوم أيون وإجراءات اختبار الأنظمة - الجزء 2: تطبيقات الطاقة العالية" والمعيار ISO 12405-3:2014 "المركبات الكهربائية - حزم بطاريات طاقة الليثيوم أيون وإجراءات اختبار الأنظمة - الجزء 3: متطلبات السلامة " تستهدف على التوالي البطاريات عالية الطاقة، والبطاريات عالية الطاقة، ومتطلبات أداء السلامة، بهدف تزويد الشركات المصنعة للمركبات بعناصر وطرق اختبار اختيارية.

2) المعايير الأمريكية

يقوم معيار UL 2580:2011 "بطاريات المركبات الكهربائية" بشكل أساسي بتقييم موثوقية إساءة استخدام البطارية والقدرة على حماية الموظفين في حالة حدوث ضرر ناتج عن سوء الاستخدام. تمت مراجعة هذا المعيار في عام 2013.

تمتلك SAE نظامًا قياسيًا واسعًا وشاملاً في صناعة السيارات. يعد SAE J2464: 2009 "اختبار السلامة وإساءة استخدام أنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن للمركبات الكهربائية والهجينة"، الصادر في عام 2009، بمثابة دفعة مبكرة من أدلة اختبار إساءة استخدام بطاريات المركبات المطبقة في أمريكا الشمالية والعالم. وهي تحدد بوضوح نطاق التطبيق والبيانات التي سيتم جمعها لكل عنصر اختبار، كما تقدم توصيات بشأن عدد العينات المطلوبة لعنصر الاختبار.

SAE J2929: 2011 "معايير السلامة لأنظمة البطاريات الكهربائية والهجينة" هو معيار أمان مقترح من قبل SAE في تلخيص المعايير المختلفة المتعلقة ببطاريات الطاقة الصادرة سابقًا، بما في ذلك جزأين: الاختبار الروتيني والاختبار غير الطبيعي الذي قد يحدث أثناء تشغيل السيارة الكهربائية.

SAE J2380: 2013 "اختبار اهتزاز بطاريات المركبات الكهربائية" هو معيار كلاسيكي لاختبار اهتزاز بطاريات المركبات الكهربائية. استنادًا إلى النتائج الإحصائية التي تم جمعها لطيف حمل الاهتزاز للقيادة الفعلية للمركبة على الطريق، فإن طريقة الاختبار أكثر توافقًا مع حالة الاهتزاز للمركبات الفعلية ولها قيمة مرجعية مهمة.

3 معايير تنظيمية أخرى

وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) هي المسؤولة في المقام الأول عن صياغة سياسة الطاقة، وإدارة صناعة الطاقة، وأبحاث وتطوير التكنولوجيا المتعلقة بالطاقة. في عام 2002، أنشأت الحكومة الأمريكية مشروع "Freedom CAR" وأصدرت على التوالي دليل اختبار بطارية السيارة الكهربائية الهجينة المدعومة بالطاقة من Freedom CAR ودليل اختبار إساءة استخدام نظام تخزين الطاقة للمركبات الكهربائية والهجينة.

جمعية صناعة السيارات الألمانية (VDA) هي جمعية تأسست في ألمانيا لتوحيد المعايير المختلفة لصناعة السيارات المحلية. المعايير الصادرة هي VDA 2007 "اختبار نظام البطارية للسيارات الكهربائية الهجينة"، والتي تركز بشكل أساسي على اختبار الأداء والموثوقية لأنظمة بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية الهجينة.

2 、 المعيار المحلي لبطاريات الليثيوم أيون الطاقة

في عام 2001، أصدرت لجنة توحيد معايير السيارات أول وثيقة فنية إرشادية لاختبار بطارية أيون الليثيوم للسيارات الكهربائية في الصين، GB/Z 18333 1: 2011 "بطاريات أيون الليثيوم لمركبات الطرق الكهربائية". عند صياغة هذه المواصفة القياسية، تمت الإشارة إلى المواصفة IEC 61960-2:2000 "بطاريات الليثيوم المحمولة ومجموعات البطاريات - الجزء 2: مجموعات بطاريات الليثيوم"، والتي تستخدم لبطاريات أيونات الليثيوم وحزم البطاريات في الأجهزة المحمولة. يتضمن محتوى الاختبار الأداء والسلامة، ولكنه ينطبق فقط على البطاريات ذات 21.6 فولت و14.4 فولت.

في عام 2006، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات QC/T 743 "بطاريات طاقة أيون الليثيوم للمركبات الكهربائية"، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في الصناعة وتمت مراجعتها في عام 2012. GB/Z 18333 1: 2001 وQC/T 743: يعد عام 2006 معيارين للمستويات الفردية والوحدات النمطية، مع نطاق تطبيق ضيق ومحتوى اختبار لم يعد يلبي احتياجات صناعة السيارات الكهربائية سريعة التطور.

في عام 2015، أصدرت الإدارة الوطنية للمعايير سلسلة من المعايير، بما في ذلك GB/T 31484-2015 "متطلبات دورة الحياة وطرق اختبار بطاريات الطاقة للمركبات الكهربائية"، GB/T 31485-2015 "متطلبات السلامة وطرق اختبار بطاريات الطاقة للسيارات الكهربائية"، GB/T 31486-2015 "متطلبات الأداء الكهربائي وطرق اختبار بطاريات الطاقة للمركبات الكهربائية"، وGB/T 31467 1-2015 "حزم وأنظمة بطاريات طاقة أيون الليثيوم للسيارات الكهربائية - الجزء 1: عالية إجراءات اختبار تطبيقات الطاقة، GB/T 31467 2-2015 "حزم وأنظمة بطاريات طاقة ليثيوم أيون للسيارات الكهربائية - الجزء 2: إجراءات اختبار تطبيقات الطاقة العالية، GB/T 31467 3 "إجراءات اختبار أنظمة بطاريات طاقة ليثيوم أيون للسيارات الكهربائية - الجزء الثالث: متطلبات السلامة وطرق الاختبار.

يشير GB/T 31485-2015 وGB/T 31486-2015 على التوالي إلى اختبار السلامة والأداء الكهربائي للوحدات/الوحدات الفردية. تشير سلسلة GB/T 31467-2015 إلى سلسلة ISO 12405 وهي مناسبة لاختبار حزم البطاريات أو أنظمة البطاريات. GB/T 31484-2015 هو معيار اختبار مصمم خصيصًا لدورة الحياة، مع عمر دورة قياسي يستخدم للوحدات والوحدات الفردية، وعمر دورة التشغيل المستخدم لحزم البطاريات والأنظمة.

اللجنة الاقتصادية لأوروبا (ECE) R100 "الأحكام الموحدة بشأن الموافقة على المركبات فيما يتعلق بالمتطلبات الخاصة للمركبات الكهربائية" هي مطلب محدد صاغته اللجنة الاقتصادية لأوروبا للمركبات الكهربائية، وهو مقسم إلى قسمين: الجزء الأول ينظم المحرك الحماية، وأنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن، والسلامة الوظيفية، وانبعاثات الهيدروجين للمركبة بأكملها، ويضيف الجزء الثاني متطلبات محددة لسلامة وموثوقية أنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن.

في عام 2016، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات "الشروط الفنية للسلامة للحافلات الكهربائية"، والتي تناولت بشكل شامل الصدمات الكهربائية للأفراد، والحماية من غبار الماء، والحماية من الحرائق، وسلامة الشحن، والسلامة من الاصطدام، والمراقبة عن بعد، وجوانب أخرى. لقد اعتمدت بشكل كامل على المعايير التقليدية الحالية المتعلقة بالحافلات والمركبات الكهربائية والمعايير المحلية مثل شنغهاي وبكين، وطرحت متطلبات فنية أعلى لبطاريات الطاقة، مضيفة عنصري اختبار: الانفلات الحراري والتوسع الحراري الجامح، وتم تنفيذه رسميًا في 1 يناير ، 2017.

3، تحليل المعايير المحلية والدولية لبطاريات الليثيوم أيون الطاقة

تم إصدار معظم المعايير الدولية لبطاريات الليثيوم أيون في عام 2010 تقريبًا، مع إدخال العديد من المراجعات والمعايير الجديدة واحدة تلو الأخرى. تم إصدار GB/Z 18333 1: 2001 في عام 2001، مما يشير إلى أن معايير بطاريات الليثيوم أيون الصينية للسيارات الكهربائية لم تبدأ متأخرة في العالم، ولكن تطورها كان بطيئًا نسبيًا. منذ إصدار معيار QC/T 743 في عام 2006، لم يكن هناك تحديث قياسي في الصين لفترة طويلة، وقبل إصدار المعيار الوطني الجديد في عام 2015، لم تكن هناك معايير لحزم البطاريات أو الأنظمة. تختلف المعايير المحلية والأجنبية المذكورة أعلاه من حيث نطاق التطبيق ومحتوى عناصر الاختبار وخطورة عناصر الاختبار ومعايير الحكم.

1) نطاق التطبيق

تعد سلسلة IEC 62660، وQC/T 743، وGB/T 31486، وGB/T 31485 اختبارات للمستويات الفردية والوحدات النمطية للبطاريات، في حين أن سلسلة UL2580، وSAE J2929، وISO12405، وGB/T 31467 قابلة للتطبيق لاختبار البطارية. حزم وأنظمة البطارية. بالإضافة إلى IEC 62660، تتضمن المعايير الأخرى في الخارج بشكل عام اختبار مستوى حزمة البطارية أو النظام، مثل SAE J2929 وECE R100 2 حتى أنه تم ذكر اختبار مستوى السيارة. ويشير ذلك إلى أن صياغة المعايير الأجنبية تأخذ في الاعتبار بشكل أكبر تطبيق البطاريات في السيارة بأكملها، وهو ما يتماشى أكثر مع احتياجات التطبيقات العملية.

2) محتوى عنصر الاختبار

بشكل عام، يمكن تقسيم جميع عناصر الاختبار إلى فئتين: الأداء الكهربائي وموثوقية السلامة، في حين يمكن تقسيم موثوقية السلامة إلى موثوقية ميكانيكية، وموثوقية بيئية، وموثوقية إساءة الاستخدام، وموثوقية كهربائية.

تحاكي الموثوقية الميكانيكية الضغط الميكانيكي الذي تتعرض له السيارة أثناء القيادة، مثل الاهتزاز الذي يحاكي وعورة السيارة على سطح الطريق؛ الموثوقية البيئية تحاكي قدرة تحمل المركبات في المناخات المختلفة، مثل تدوير درجات الحرارة التي تحاكي وضع المركبات التي تسير ذهابًا وإيابًا في المناطق الباردة والحارة مع وجود اختلافات كبيرة في درجات الحرارة بين النهار والليل؛ إساءة استخدام الموثوقية، مثل الحريق، لتقييم سلامة البطاريات في حالة الاستخدام غير السليم؛ الموثوقية الكهربائية، مثل عناصر اختبار الحماية، تدرس بشكل أساسي ما إذا كان نظام إدارة البطارية (BMS) يمكن أن يلعب دورًا وقائيًا في الأوقات الحرجة.

فيما يتعلق بخلايا البطارية، تنقسم المواصفة IEC 62660 إلى معيارين مستقلين، IEC 62660-1 وIEC 62660-2، اللذين يتوافقان مع اختبار الأداء والموثوقية، على التوالي. تم تطوير GB/T 31485 وGB/T 31486 من QC/T 743، وتم تصنيف مقاومة الاهتزاز كاختبار أداء في GB/T 31486، حيث يقوم عنصر الاختبار هذا بفحص تأثير اهتزاز البطارية على أداء البطارية. بالمقارنة مع IEC 62660-2، فإن بنود اختبار GB/T 31485 أكثر صرامة، مثل إضافة الوخز بالإبر والغمر في مياه البحر.

فيما يتعلق باختبار حزمة البطارية ونظام البطارية، سواء الأداء الكهربائي أو الموثوقية، فإن المعيار الأمريكي يغطي معظم عناصر الاختبار. فيما يتعلق باختبار الأداء، يحتوي DOE/ID-11069 على عناصر اختبار أكثر من المعايير الأخرى، مثل خصائص طاقة النبض الهجين (HPPC)، واستقرار نقاط ضبط التشغيل، وعمر التقويم، والأداء المرجعي، وطيف المعاوقة، واختبار فحص التحكم في الوحدة، والحرارة تحميل الإدارة واختبار مستوى النظام جنبًا إلى جنب مع التحقق من الحياة.

تم تفصيل طرق تحليل نتائج اختبار الأداء الكهربائي في ملحق المعيار. من بينها، يمكن استخدام اختبار HPPC للكشف عن الطاقة القصوى لبطاريات الطاقة، وقد تم استخدام طريقة اختبار المقاومة الداخلية للتيار المستمر المستمدة من ذلك على نطاق واسع في دراسة خصائص المقاومة الداخلية للبطارية. من حيث الموثوقية، يحتوي UL2580 على عناصر اختبار أكثر من المعايير الأخرى، مثل شحن البطارية غير المتوازن، ومقاومة الجهد، والعزل، واختبار الاستمرارية، واختبار أخطاء نظام استقرار التبريد/التدفئة. ويتضمن أيضًا اختبارات السلامة الأساسية لمكونات حزمة البطارية على خط الإنتاج، ويعزز متطلبات مراجعة السلامة في نظام إدارة المباني ونظام التبريد وتصميم دوائر الحماية. يقترح SAE J2929 إجراء تحليل الأخطاء في أجزاء مختلفة من نظام البطارية وحفظ الوثائق ذات الصلة، بما في ذلك تدابير التحسين التي يسهل التعرف على الأخطاء.

تتضمن سلسلة معايير ISO 12405 جوانب الأداء والسلامة الخاصة بالبطاريات. ISO 12405-1 هو معيار اختبار أداء البطارية للتطبيقات عالية الطاقة، في حين أن ISO 12405-2 هو معيار اختبار أداء البطارية للتطبيقات عالية الطاقة. يتضمن الأول محتوى إضافيين: البداية الباردة والبداية الساخنة. تجمع سلسلة GB/T 31467 بين حالة تطوير بطاريات الطاقة في الصين ويتم تعديلها وفقًا لمحتوى معيار سلسلة ISO 12405.

يختلف SAE J 2929 وECE R100 عن المعايير الأخرى، وكلاهما يتضمن متطلبات حماية الجهد العالي وينتميان إلى فئة السلامة للسيارات الكهربائية. تم إدراج عناصر الاختبار ذات الصلة في الصين في GB/T 18384 وGB/T 31467 3. تشير إلى أن حزمة البطارية ونظام البطارية يجب أن تستوفي متطلبات GB/T 18384 قبل إجراء اختبارات السلامة 1 وGB/T 18384 3. ذات الصلة متطلبات.

3) الشدة

بالنسبة لنفس عنصر الاختبار، تختلف أيضًا طرق الاختبار ومعايير الحكم المحددة في معايير مختلفة. على سبيل المثال، بالنسبة لحالة الشحن (SOC) لعينات الاختبار، يتطلب GB/T 31467 3 أن تكون العينة مشحونة بالكامل؛ يتطلب ISO 12405 بطارية SOC من نوع الطاقة بنسبة 50% وبطارية من نوع الطاقة SOC بنسبة 100%؛ ECE R100 2. يتطلب أن تكون نسبة SOC للبطارية أعلى من 50%؛ UN38. 3 لها متطلبات مختلفة لعناصر الاختبار المختلفة، وتتطلب بعض عناصر الاختبار أيضًا بطاريات معاد تدويرها.

بالإضافة إلى ذلك، يلزم أيضًا اختبار المحاكاة العالية والاختبار الحراري والاهتزاز والتأثير والدوائر القصيرة الخارجية باستخدام نفس العينة، وهو أكثر صرامة نسبيًا. لاختبار الاهتزاز، يتطلب المعيار ISO 12405 أن تهتز العينات عند درجات حرارة محيطة مختلفة، مع درجات حرارة عالية ومنخفضة موصى بها تبلغ 75 درجة مئوية و-40 درجة مئوية، على التوالي. المعايير الأخرى ليس لديها هذا الشرط.

بالنسبة لاختبار الحريق، GB/T 31467 الطريقة التجريبية وإعدادات المعلمة في 3 متوافقة مع ISO 12405 الفرق ليس كبيرًا، وكلاهما يتم تسخينهما مسبقًا وحرقهما بشكل مباشر وحرقهما بشكل غير مباشر عن طريق إشعال الوقود، ولكن GB/T 31467 3 إذا كان هناك لهب في العينة، فيجب إطفاؤه خلال دقيقتين. لا يتطلب المواصفة ISO 12405 وقتًا لإطفاء اللهب. يختلف اختبار الحريق في SAE J2929 عن الاختبارين السابقين. يتطلب وضع العينة في حاوية إشعاع حراري، وتسخينها بسرعة إلى 890 درجة مئوية خلال 90 ثانية والحفاظ عليها لمدة 10 دقائق، ويجب ألا تمر أي مكونات أو مواد عبر غطاء الشبكة المعدنية الموضوعة خارج عينة الاختبار.

4、أوجه القصور في المعايير المحلية القائمة

على الرغم من أن صياغة وإصدار المعايير الوطنية ذات الصلة قد سدت الفجوة في أنظمة تجميع بطاريات الليثيوم أيون للطاقة في الصين وتم اعتمادها على نطاق واسع، إلا أنه لا تزال هناك أوجه قصور.

فيما يتعلق بأشياء الاختبار: تحدد جميع المعايير فقط اختبار البطاريات الجديدة، ولا توجد لوائح أو متطلبات ذات صلة بالبطاريات المستعملة. لا تواجه البطاريات أي مشاكل عند الخروج من المصنع، وهذا لا يعني أنها تظل آمنة بعد استخدامها لفترة من الوقت. لذلك، من الضروري إجراء نفس الاختبار على البطاريات المستخدمة في أوقات مختلفة، وهو ما يعادل الفحوصات البدنية المنتظمة.

فيما يتعلق بالحكم على النتائج: أساس الحكم الحالي واسع نسبيًا ومفرد، مع أحكام فقط لعدم التسرب، وعدم تمزق القذائف، وعدم الحريق، وعدم الانفجار، ويفتقر إلى نظام تقييم قابل للقياس الكمي. قامت المفوضية الأوروبية لأبحاث السيارات وتطوير التكنولوجيا (EUCAR) بتقسيم مستوى ضرر البطاريات إلى 8 مستويات، والتي لها أهمية مرجعية معينة.

فيما يتعلق بعناصر الاختبار: GB/T31467 3. هناك نقص في محتوى الاختبار لحزم البطاريات وأنظمة البطاريات من حيث الإدارة الحرارية والانفلات الحراري، ويعد أداء السلامة الحرارية أمرًا بالغ الأهمية للبطاريات. إن كيفية التحكم في الانفلات الحراري للبطاريات الفردية ومنع انتشار الانفلات الحراري لها أهمية كبيرة، كما يتضح من التطبيق الإلزامي لـ "الشروط الفنية للسلامة للحافلات الكهربائية". بالإضافة إلى ذلك، من منظور تطبيق السيارة، بالنسبة لاختبارات الموثوقية غير المدمرة، مثل الموثوقية البيئية، من الضروري إضافة اختبار الأداء الكهربائي بعد اكتمال الاختبار لمحاكاة تأثير أداء السيارة بعد تجربة التغيرات البيئية.

من حيث طرق الاختبار: يستغرق اختبار دورة عمر حزم البطاريات وأنظمة البطاريات وقتًا طويلاً للغاية، مما يؤثر على دورة تطوير المنتج ويصعب تنفيذه بشكل جيد. إن كيفية تطوير اختبار معقول لدورة الحياة المعجلة يمثل تحديًا.

5 、 ملخص

في السنوات الأخيرة، حققت الصين تقدما كبيرا في صياغة وتطبيق معايير بطاريات الليثيوم أيون للطاقة، ولكن لا تزال هناك فجوة معينة مقارنة بالمعايير الأجنبية. بالإضافة إلى معايير الاختبار، فإن النظام القياسي لبطاريات الليثيوم أيون في الصين يتحسن أيضًا تدريجيًا في جوانب أخرى. في 9 نوفمبر 2016، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات "النظام الفني الشامل للتقييس لبطاريات الليثيوم أيون"، والذي أشار إلى أن النظام القياسي المستقبلي يتضمن خمسة أجزاء رئيسية: الاستخدام العام الأساسي، المواد والمكونات، التصميم والتصنيع العمليات ومعدات التصنيع والاختبار ومنتجات البطاريات. من بينها، معايير السلامة لها أهمية كبيرة. مع تحديث وتطوير منتجات بطاريات الطاقة، تحتاج معايير الاختبار أيضًا إلى تحسين تقنيات الاختبار المقابلة، علاوة على ذلك، فهي تعزز مستوى أمان بطاريات الطاقة.