Normas de ensayo de seguridad para baterías de iones de litio - Parte 1

Normas de ensayo de seguridad para baterías de iones de litio - Parte 1

En los últimos años, los países de todo el mundo han aumentado continuamente el apoyo político a los vehículos de nuevas energías, y empresas automovilísticas como Tesla también han lanzado nuevos modelos. Esto ha provocado un rápido crecimiento del mercado mundial de vehículos eléctricos. Sin embargo, los accidentes de incendio y explosión de vehículos eléctricos han ocurrido muchas veces, haciendo que el tema de la seguridad esté en el punto de mira de los consumidores. En este contexto, los países y las organizaciones internacionales pertinentes han emitido normas para las pruebas de seguridad de las baterías eléctricas con el fin de normalizar el uso seguro de las baterías eléctricas.

En la actualidad, las normas/especificaciones técnicas internacionales relacionadas con la seguridad de las pilas eléctricas se muestran en la figura. Entre ellas, las normas emitidas por la ISO (Organización Internacional de Normalización), la CEI (Comisión Electrotécnica Internacional) y la SAE International (Sociedad de Ingenieros de Automoción) son normas internacionales, que tienen un fuerte significado de referencia para las normas nacionales, Como se especifica en JIS C8715-2-2012 Baterías secundarias de litio para aplicaciones industriales - Parte 2: Requisitos de prueba y seguridad de Japón, se prefieren las normas de la serie IEC 62660 para las baterías de los vehículos de carretera.

UL 2580 es una norma sobre baterías de litio emitida por Underwriters Laboratories (UL) de Estados Unidos. Abarca una amplia gama de contenidos, como el rendimiento eléctrico, la idoneidad medioambiental y los requisitos de seguridad de las baterías individuales, los módulos de baterías, las pilas de baterías y los sistemas de baterías, así como las pruebas básicas de seguridad de los componentes de las baterías en la línea de producción. Al mismo tiempo, refuerza los requisitos de revisión de seguridad en el diseño del sistema de gestión de baterías, el sistema de refrigeración y el circuito de protección. ECE R100 es la normativa sobre vehículos de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas. La norma se divide en dos partes. La parte 2 de la norma especifica en detalle la seguridad del sistema de almacenamiento de energía recargable (REESS) para vehículos. Además de las normas anteriores, FreedomCAR, del Departamento de Energía de Estados Unidos, tiene previsto lanzar en 2005 un manual de pruebas de seguridad de baterías de potencia para vehículos eléctricos, que establece disposiciones exhaustivas para las pruebas de seguridad de las baterías de potencia.

Según las características de los elementos de prueba, la prueba de seguridad puede dividirse generalmente en prueba de seguridad mecánica (vibración, choque, caída, perforación, etc.), prueba de seguridad medioambiental (choque térmico, estabilidad térmica, fuego, etc.) y prueba de seguridad eléctrica (cortocircuito, sobrecarga, sobredescarga, etc.). Entre ellos, a continuación se describirán en detalle los ciclos de choque térmico, cortocircuito, sobrecarga, sobredescarga, vibración, choque mecánico, extrusión y otros proyectos que se utilizan ampliamente.

1.Seguridad mecánica

1.1 Vibración

La vibración es inevitable en el proceso de conducción de los vehículos eléctricos. Por lo tanto, casi todas las normas/especificaciones de este documento la enumeran como un elemento de prueba de seguridad. La frecuencia, la densidad espectral de potencia y otros parámetros de la prueba de vibración varían mucho en las distintas normas. La prueba de barrido sinusoidal suele utilizarse para identificar la resonancia del producto, mientras que la vibración aleatoria suele simular la escena de la vida cotidiana que experimentará la muestra.

Los parámetros de vibración de la norma ISO 12405-1 (2.3) y de la norma IEC 62660-2 (3) se refieren a la norma IEC 60068-2-64. La primera es la única norma (serie) enumerada en la tabla 3 que exige ensayos de vibración a diferentes temperaturas (- 40 ℃,+25 ℃,+75 ℃). La prueba de vibración original de GB/T 31467.3-2015 se refiere a las normas de la serie ISO 12405, y los parámetros de vibración son los mismos. En 2017, la norma cambió la prueba de vibración a vibración sinusoidal, y los parámetros de prueba específicos son los mismos que ECE R100-02. El barrido sinusoidal de SAE J2929 2013 se refiere a UN 38.3-2015, y la vibración aleatoria se refiere a SAEJ2380. El barrido sinusoidal especifica que se seleccionan diferentes parámetros de ensayo en función de la calidad de la muestra. La vibración de una sola batería en UL 2580-2013 [16] se refiere indirectamente a IEC 60068-2-64 a través de IEC 62660-2.

La vibración del módulo de batería y la pila de baterías se refiere a SAE J2380. Aunque la vibración aleatoria del FreedomCAR no hace referencia explícita a la norma SAE J2380, sus parámetros de vibración son los mismos que los de esta última. Desde la perspectiva de la duración de la prueba de vibración, la más larga es de 92,6 h y la más corta de 3h. Puede verse que la prueba de vibración es más representativa del abuso a corto plazo de la batería que de la durabilidad mecánica a largo plazo. IEC63660-2 (3) no menciona la dirección de la vibración. ECE R100-02-2013 y GB/T 31487.3-2015 [11] solo vibran desde la dirección vertical. Las demás normas vibran desde tres direcciones perpendiculares entre sí, lo que permite evaluar de forma exhaustiva la vibración que puede sufrir la batería durante su uso. En cuanto al estado de carga (SOC) de las muestras de ensayo, las disposiciones de las distintas normas varían entre el 20% y el 100%.

1.2 Choque mecánico

El choque mecánico tiene como objetivo evaluar el impacto de la aceleración/desaceleración repentina de los vehículos eléctricos en las baterías. Desde la aceleración y desaceleración en el proceso de conducción normal, la presión sobre el bordillo al conducir a alta velocidad hasta el accidente de coche, estos escenarios pueden simularse o simularse parcialmente mediante el impacto mecánico. Existen grandes diferencias en las disposiciones de diversas normas/especificaciones sobre las condiciones de ensayo (aceleración máxima, duración, etc.) del impacto mecánico. Además, la norma ISO 12405-3-2014 también hace referencia a la norma ECE R100-02 en la entrada del impacto mecánico, pero el ensayo de impacto mecánico de esta última será el ensayo de impacto.

Tanto SAE J2464 2009 como SAE J2929 2013 hacen referencia a UN 38.3-2015. Los parámetros de ensayo se seleccionan en función de la masa de la muestra. La aceleración máxima con una masa pequeña es grande y la duración es corta. Estas dos normas adoptan una aceleración pico mucho mayor que otras normas para baterías individuales y módulos de baterías/sistemas de baterías con una masa menor. Aunque el ámbito de aplicación es diferente, los ensayos de impacto mecánico de seis normas, como ISO 12405-1 (2.3), IEC 62660-2 (3) y UL 2580-2013, han hecho referencia indirecta a IEC 60068-2-27 a través de ISO 16750-3. FreedomCAR divide la prueba de impacto en dos niveles: nivel bajo (la muestra puede no resultar dañada tras la prueba) y nivel medio (la muestra puede no funcionar con normalidad tras la prueba). Además, FreedomCAR permite el uso de otras formas de onda de impulso además de la onda semisinusoidal, mientras que otras normas exigen el uso de la onda semisinusoidal. La duración especificada por FreedomCAR es superior a la de otras normas, y la aceleración máxima es inferior a la de otras normas.

1.3 Choque

El propósito del día de ensayo de choque es verificar el rendimiento de seguridad de la muestra bajo la carga inercial provocada por el choque del vehículo, por lo que también se denomina carga inercial en el choque del vehículo en la norma ISO 12405-32014. Este elemento de ensayo tiene cierta similitud con el impacto mecánico. La norma ECE R100-02-2013, aunque se denomina choque mecánico, es en realidad un ensayo de choque. Además, las dos normas ISO 12405-3: 2014 y GB/T 31467.3-2015 también especifican los elementos de ensayo. Cabe mencionar que los parámetros de prueba de la prueba de impacto de las tres normas son idénticos. El valor de aceleración de la prueba de impacto es mucho menor que el de la prueba de impacto mecánico, y la duración del impulso es mayor que la de la prueba de impacto mecánico.

1.4 Aplastamiento

La prueba de aplastamiento se utiliza para evaluar el impacto de la fuerza continua en la forma de la batería y el rendimiento de seguridad cuando el vehículo se encuentra con un accidente u otra fuerza externa. Esta prueba se denomina fuerza de contacto en el choque del vehículo en la norma ISO 12405-3:2014 e integridad del recinto de la batería en la norma SAE J2929 2013. El ensayo de extrusión suele aplicar una fuerza a la batería a través de una placa de acero con una forma especificada hasta que se alcanza el valor de presión especificado o se produce una determinada deformación o una caída repentina de la tensión.