Comparaison des normes de test pour les batteries au lithium de puissance au pays et à l'étranger

Comparaison des normes de test pour les batteries au lithium de puissance au pays et à l'étranger

1、 Normes étrangères pour l'alimentation des batteries lithium-ion

Le tableau 1 répertorie les normes de test couramment utilisées pour les batteries lithium-ion à l'étranger. Les organismes émetteurs de normes comprennent principalement la Commission électrotechnique internationale (CEI), l'Organisation internationale de normalisation (ISO), les Underwriters' Laboratories (UL) des États-Unis, la Society of Automotive Engineers (SAE) des États-Unis et les organismes concernés. institutions de l’Union européenne.

1） Normes internationales

Les normes relatives aux batteries de puissance au lithium-ion publiées par la CEI comprennent principalement la CEI 62660-1:2010 « Batteries de puissance au lithium-ion pour véhicules routiers électriques - Partie 1 : Tests de performances » et la CEI 62660-2:2010 « Batteries de puissance au lithium-ion pour véhicules électriques. véhicules routiers - Partie 2 : Tests de fiabilité et d'abus". UN 38 émis par la Commission des transports des Nations Unies Les exigences relatives aux tests des batteries au lithium dans les « Recommandations, normes et manuels d'essais des Nations Unies pour le transport des marchandises dangereuses » visent à la sécurité des batteries pendant le transport.

Les normes élaborées par l'ISO dans le domaine des batteries de puissance lithium-ion comprennent ISO 12405-1:2011 « Véhicules à propulsion électrique – Procédures d'essai pour les packs et systèmes de batteries de puissance lithium-ion – Partie 1 : Applications haute puissance » ISO 12405-2 : 2012 « Véhicules à propulsion électrique – Packs de batteries et procédures de test des systèmes au lithium-ion – Partie 2 : Applications à haute énergie » et ISO 12405-3 : 2014 « Véhicules à propulsion électrique – Lithium-ion "Procédures de test des blocs-batteries et des systèmes de puissance - Partie 3 : Exigences de sécurité" ciblent respectivement les batteries haute puissance, les batteries haute énergie et les exigences de performances de sécurité, dans le but de fournir aux constructeurs automobiles des éléments et des méthodes de test facultatifs.

2） Normes américaines

La norme UL 2580 : 2011 « Batteries pour véhicules électriques » évalue principalement la fiabilité de l'abus des batteries et la capacité à protéger le personnel en cas de dommages causés par un abus. Cette norme a été révisée en 2013.

SAE dispose d'un système de normes vaste et complet dans l'industrie automobile. La norme SAE J2464 : 2009 « Tests de sécurité et d'abus des systèmes de stockage d'énergie rechargeable pour les véhicules électriques et hybrides », publiée en 2009, est un premier lot de manuels de tests d'abus de batteries de véhicules appliqués en Amérique du Nord et dans le monde. Il précise clairement le champ d'application et les données à collecter pour chaque élément de test, et fournit également des recommandations sur le nombre d'échantillons requis pour l'élément de test.

La SAE J2929 : 2011 « Normes de sécurité pour les systèmes de batteries électriques et hybrides » est une norme de sécurité proposée par SAE résumant diverses normes relatives aux batteries de puissance publiées précédemment, comprenant deux parties : les tests de routine et les tests anormaux pouvant survenir pendant le fonctionnement du véhicule électrique.

SAE J2380 : 2013 « Tests de vibrations des batteries de véhicules électriques » est une norme classique pour les tests de vibrations des batteries de véhicules électriques. Sur la base des résultats statistiques collectés sur le spectre de charge vibratoire du véhicule réel circulant sur la route, la méthode de test est plus conforme à la situation vibratoire des véhicules réels et a une valeur de référence importante.

3 Autres normes organisationnelles

Le Département américain de l'énergie (DOE) est principalement responsable de la formulation de la politique énergétique, de la gestion de l'industrie énergétique et de la recherche et du développement des technologies liées à l'énergie. En 2002, le gouvernement américain a lancé le projet « Freedom CAR » et a publié successivement le manuel de test des batteries de véhicules électriques hybrides à assistance électrique Freedom CAR et le manuel de test d'abus des systèmes de stockage d'énergie pour les véhicules électriques et hybrides.

L'Association allemande de l'industrie automobile (VDA) est une association créée en Allemagne pour unifier diverses normes de l'industrie automobile nationale. Les normes publiées sont la VDA 2007 « Test des systèmes de batterie pour véhicules électriques hybrides », qui se concentre principalement sur les tests de performances et de fiabilité des systèmes de batteries lithium-ion pour véhicules électriques hybrides.

2、 Norme nationale pour les batteries lithium - ion de puissance

En 2001, le Comité de normalisation automobile a publié le premier document technique d'orientation pour les tests de batteries lithium-ion des véhicules électriques en Chine, GB/Z 18333 1 : 2011 « Batteries lithium-ion pour véhicules routiers électriques ». Lors de la formulation de cette norme, il a été fait référence à la norme CEI 61960-2:2000 « Batteries et blocs-batteries portables au lithium - Partie 2 : Blocs-batteries au lithium », qui est utilisée pour les batteries lithium-ion et les blocs-batteries des appareils portables. Le contenu des tests inclut les performances et la sécurité, mais s'applique uniquement aux batteries de 21,6 V et 14,4 V.

En 2006, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a publié le QC/T 743 « Batteries au lithium-ion pour véhicules électriques », qui a été largement utilisé dans l'industrie et révisé en 2012. GB/Z 18333 1 : 2001 et QC/T 743 : 2006 sont à la fois des normes au niveau individuel et au niveau des modules, avec une gamme d'applications étroite et un contenu de test qui ne répond plus aux besoins de l'industrie des véhicules électriques en développement rapide.

En 2015, la National Standardization Administration a publié une série de normes, notamment GB/T 31484-2015 « Exigences de durée de vie et méthodes de test pour les batteries de puissance pour véhicules électriques », GB/T 31485-2015 « Exigences de sécurité et méthodes de test pour les batteries de puissance ». pour les véhicules électriques", GB/T 31486-2015 "Exigences de performances électriques et méthodes de test pour les batteries de puissance pour véhicules électriques", et GB/T 31467 1-2015 « Packs et systèmes de batteries au lithium-ion pour véhicules électriques - Partie 1 : Procédures de test des applications haute puissance, GB/T 31467 2-2015 « Packs et systèmes de batteries au lithium-ion pour véhicules électriques – Partie 2 : Procédures de test des applications à haute énergie, GB/T 31467 3 "Procédures de test des systèmes de batteries au lithium-ion pour véhicules électriques - Partie 3 : Exigences de sécurité et méthodes d'essai.

GB/T 31485-2015 et GB/T 31486-2015 font respectivement référence aux tests de sécurité et de performances électriques des unités/modules individuels. La série GB/T 31467-2015 fait référence à la série ISO 12405 et convient au test des packs de batteries ou des systèmes de batteries. GB/T 31484-2015 est une norme de test spécialement conçue pour la durée de vie, avec une durée de vie standard utilisée pour les unités et modules individuels, et une durée de vie en cycle de fonctionnement utilisée pour les packs de batteries et les systèmes.

Commission économique pour l'Europe (ECE) R100 Les « Dispositions uniformes sur l'homologation des véhicules en ce qui concerne les exigences particulières pour les véhicules électriques » sont une exigence spécifique formulée par la CEE pour les véhicules électriques, qui est divisée en deux parties : la première partie réglemente le moteur protection, les systèmes de stockage d'énergie rechargeables, la sécurité fonctionnelle et les émissions d'hydrogène de l'ensemble du véhicule, et la deuxième partie ajoute des exigences spécifiques pour la sécurité et la fiabilité des systèmes de stockage d'énergie rechargeables.

En 2016, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a publié les « Conditions techniques de sécurité pour les bus électriques », qui prennent en compte de manière exhaustive les chocs électriques du personnel, la protection contre la poussière d'eau, la protection contre les incendies, la sécurité de charge, la sécurité en cas de collision, la surveillance à distance et d'autres aspects. Il s'appuie pleinement sur les normes traditionnelles existantes relatives aux bus et aux véhicules électriques et sur les normes locales telles que celles de Shanghai et de Pékin, et propose des exigences techniques plus élevées pour les batteries de puissance, en ajoutant deux éléments de test : l'emballement thermique et l'expansion de l'emballement thermique. Il a été officiellement mis en œuvre le 1er janvier. , 2017.

3、Analyse des normes nationales et internationales relatives aux batteries lithium-ion électriques

La plupart des normes internationales relatives aux batteries lithium-ion de puissance ont été publiées vers 2010, avec de nombreuses révisions et nouvelles normes introduites les unes après les autres. GB/Z 18333 1 : 2001 a été publié en 2001, indiquant que les normes chinoises sur les batteries lithium-ion pour véhicules électriques n'ont pas commencé tard dans le monde, mais que leur développement a été relativement lent. Depuis la publication de la norme QC/T 743 en 2006, il n'y a eu aucune mise à jour de la norme en Chine depuis longtemps, et avant la publication de la nouvelle norme nationale en 2015, il n'existait aucune norme pour les packs ou systèmes de batteries. Les normes nationales et étrangères ci-dessus diffèrent en termes de champ d'application, de contenu des éléments de test, de gravité des éléments de test et de critères de jugement.

1）Champ d'application

Les séries CEI 62660, QC/T 743, GB/T 31486 et GB/T 31485 sont des tests pour les niveaux individuels et modulaires des batteries, tandis que les séries UL2580, SAE J2929, ISO12405 et GB/T 31467 sont applicables pour tester les batteries. packs et systèmes de batteries. En plus de la norme CEI 62660, d'autres normes étrangères impliquent généralement des tests au niveau des batteries ou du système, telles que SAE J2929 et ECE R100 2, qui mentionnent même les tests au niveau du véhicule. Cela indique que la formulation des normes étrangères prend davantage en compte l’application des batteries dans l’ensemble du véhicule, ce qui correspond davantage aux besoins des applications pratiques.

2） Contenu de l'article testé

Dans l'ensemble, tous les éléments de test peuvent être divisés en deux catégories : performances électriques et fiabilité de sécurité, tandis que la fiabilité de sécurité peut être divisée en fiabilité mécanique, fiabilité environnementale, fiabilité en cas d'abus et fiabilité électrique.

La fiabilité mécanique simule les contraintes mécaniques qu'un véhicule subit pendant la conduite, telles que les vibrations simulant les irrégularités du véhicule sur la surface de la route ; La fiabilité environnementale simule l'endurance des véhicules dans différents climats, comme le cycle de température simulant la situation de véhicules circulant dans des zones froides et chaudes avec de grandes différences de température entre le jour et la nuit ; Abus de fiabilité, comme l'incendie, pour évaluer la sécurité des batteries en cas de mauvaise utilisation ; La fiabilité électrique, telle que les éléments de test de protection, examine principalement si le système de gestion de la batterie (BMS) peut jouer un rôle de protection aux moments critiques.

En termes de cellules de batterie, la norme CEI 62660 est divisée en deux normes indépendantes, la CEI 62660-1 et la CEI 62660-2, qui correspondent respectivement aux tests de performances et de fiabilité. Les normes GB/T 31485 et GB/T 31486 sont issues du QC/T 743, et la résistance aux vibrations est classée comme test de performance dans la norme GB/T 31486, car cet élément de test examine l'impact des vibrations de la batterie sur les performances de la batterie. Par rapport à la norme CEI 62660-2, les éléments de test du GB/T 31485 sont plus stricts, comme l'ajout de l'acupuncture et de l'immersion dans l'eau de mer.

En termes de tests de batteries et de systèmes de batteries, tant en termes de performances électriques que de fiabilité, la norme américaine couvre la plupart des éléments de test. En termes de tests de performances, le DOE/ID-11069 comporte plus d'éléments de test que d'autres normes, tels que les caractéristiques de puissance d'impulsion hybride (HPPC), la stabilité des points de consigne de fonctionnement, la durée de vie du calendrier, les performances de référence, le spectre d'impédance, les tests d'inspection de contrôle des modules, les tests thermiques. charge de gestion et tests au niveau du système combinés à une vérification de la durée de vie.

Les méthodes d’analyse des résultats des tests de performances électriques sont détaillées en annexe de la norme. Parmi eux, les tests HPPC peuvent être utilisés pour détecter la puissance maximale des batteries de puissance, et la méthode de test de résistance interne DC qui en dérive a été largement utilisée dans l'étude des caractéristiques de résistance interne des batteries. En termes de fiabilité, UL2580 comporte plus d'éléments de test que d'autres normes, tels que la charge déséquilibrée des batteries, la résistance à la tension, l'isolation, les tests de continuité et les tests de défaillance du système de stabilité de refroidissement/chauffage. Il comprend également des tests de sécurité de base pour les composants des batteries sur la chaîne de production et renforce les exigences en matière d'examen de sécurité dans la conception du BMS, du système de refroidissement et du circuit de protection. SAE J2929 propose d'effectuer une analyse des défauts sur différentes parties du système de batterie et de sauvegarder la documentation pertinente, y compris des mesures d'amélioration permettant d'identifier facilement les défauts.

La série de normes ISO 12405 couvre à la fois les aspects de performance et de sécurité des batteries. L'ISO 12405-1 est une norme de test des performances des batteries pour les applications à haute puissance, tandis que l'ISO 12405-2 est une norme de test des performances des batteries pour les applications à haute énergie. Le premier comprend deux contenus supplémentaires : le démarrage à froid et le démarrage à chaud. La série GB/T 31467 combine l'état de développement des batteries de puissance en Chine et est modifiée selon le contenu de la norme de la série ISO 12405.

Les normes SAE J 2929 et ECE R100 diffèrent des autres normes. Elles impliquent toutes deux des exigences en matière de protection contre les hautes tensions et appartiennent à la catégorie de sécurité des véhicules électriques. Les éléments de test pertinents en Chine sont répertoriés dans GB/T 18384 et GB/T 31467. 3 souligne que le bloc de batterie et le système de batterie doivent répondre aux exigences du GB/T 18384 avant d'effectuer des tests de sécurité 1 et GB/T 18384 3. Pertinent exigences.

3） Gravité

Pour le même élément de test, les méthodes de test et les critères de jugement spécifiés dans différentes normes sont également différents. Par exemple, pour l'état de charge (SOC) des échantillons de test, GB/T 31467 3 exige que l'échantillon soit complètement chargé ; La norme ISO 12405 exige un SOC de batterie de type puissance de 50 % et un SOC de batterie de type énergie de 100 % ; ECE R100 2. Exiger que le SOC de la batterie soit supérieur à 50 % ; ONU38. 3 a des exigences différentes pour différents éléments de test, et certains éléments de test nécessitent également des piles recyclées.

En outre, il est également requis que les simulations élevées, les tests thermiques, les vibrations, les chocs et les courts-circuits externes soient testés en utilisant le même échantillon, ce qui est relativement plus strict. Pour les tests de vibration, la norme ISO 12405 exige que les échantillons vibrent à différentes températures ambiantes, avec des températures élevées et basses recommandées de 75 ℃ et -40 ℃, respectivement. D'autres normes n'ont pas cette exigence.

Pour l'essai au feu, GB/T 31467 La méthode expérimentale et les réglages des paramètres en 3 sont conformes à la norme ISO 12405. La différence n'est pas significative, les deux étant préchauffés, brûlés directement et indirectement en allumant du carburant, mais GB/T 31467 3 . S'il y a une flamme dans l'échantillon, elle doit être éteinte dans les 2 minutes. L'ISO 12405 n'exige pas de temps pour que la flamme s'éteigne. L'essai au feu de la norme SAE J2929 est différent des deux précédents. Il nécessite que l'échantillon soit placé dans un récipient à rayonnement thermique, chauffé rapidement à 890 ℃ en 90 secondes et maintenu pendant 10 minutes, et aucun composant ou substance ne doit traverser le couvercle en treillis métallique placé à l'extérieur de l'échantillon d'essai.

4、 Lacunes des normes nationales existantes

Bien que la formulation et la publication de normes nationales pertinentes aient comblé les lacunes des systèmes combinés de batteries lithium-ion de puissance en Chine et aient été largement adoptées, des lacunes subsistent.

En termes d'objets de test : toutes les normes spécifient uniquement le test des batteries neuves, et il n'existe aucune réglementation ou exigence pertinente pour les batteries usagées. Les batteries ne présentent aucun problème à la sortie de l'usine, ce qui ne signifie pas qu'elles sont toujours en sécurité après avoir été utilisées pendant un certain temps. Par conséquent, il est nécessaire d’effectuer les mêmes tests sur les batteries utilisées à des moments différents, ce qui équivaut à des examens physiques réguliers.

En termes de jugement des résultats : la base de jugement actuelle est relativement large et unique, avec uniquement des dispositions interdisant les fuites, les ruptures de coque, les incendies et les explosions, sans système d'évaluation quantifiable. La Commission européenne pour la recherche et le développement technologique automobiles (EUCAR) a divisé le niveau de danger des batteries en 8 niveaux, ce qui a une certaine signification de référence.

En termes d'éléments de test : GB/T31467 3. Il existe un manque de contenu de test pour les packs de batteries et les systèmes de batteries en termes de gestion thermique et d'emballement thermique, et les performances de sécurité thermique sont cruciales pour les batteries. La manière de contrôler l'emballement thermique des batteries individuelles et d'empêcher sa propagation est d'une grande importance, comme en témoigne la mise en œuvre obligatoire des « Conditions techniques de sécurité pour les bus électriques ». De plus, du point de vue de l'application sur les véhicules, pour les tests de fiabilité non destructifs, tels que la fiabilité environnementale, il est nécessaire d'ajouter des tests de performances électriques une fois le test terminé pour simuler l'impact des performances du véhicule après avoir subi des changements environnementaux.

En termes de méthodes de test : les tests de durée de vie des packs de batteries et des systèmes de batteries prennent trop de temps, ce qui affecte le cycle de développement du produit et est difficile à exécuter correctement. Comment développer un test de cycle de vie accéléré raisonnable est un défi.

5、Résumé

Ces dernières années, la Chine a fait de grands progrès dans la formulation et l’application de normes pour les batteries lithium-ion de puissance, mais il existe encore un certain écart par rapport aux normes étrangères. Outre les normes de test, le système de normes pour les batteries lithium-ion en Chine s'améliore progressivement sur d'autres aspects. Le 9 novembre 2016, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information a publié le « Système technique complet de normalisation pour les batteries au lithium-ion », qui souligne que le futur système de normes comprend cinq parties principales : utilisation générale de base, matériaux et composants, conception et fabrication. processus, équipements de fabrication et de test et produits de batterie. Parmi elles, les normes de sécurité revêtent une grande importance. Avec la mise à jour et le développement des produits de batteries de puissance, les normes de test doivent également améliorer les technologies de test correspondantes. En outre, cela améliore le niveau de sécurité des batteries de puissance.