Что такое тестирование безопасности литиевых батарей?

Что такое тестирование безопасности литиевых батарей?

1) Цель испытания. Чтобы проверить характеристики одноэлементной батареи в отношении злоупотреблений электрическим током, смоделируйте потенциальные риски безопасности, которые могут возникнуть при чрезмерной-разрядке батареи, тем самым оценивая, соответствует ли образец конструктивным требованиям.

2) Испытательное оборудование: Одиночная ячейкаоборудование для зарядки аккумулятора-разрядки, испытательная камера с постоянной температурой, мультиметр и т. д.

3) Метод и процедуры испытаний:

① Предварительно-обработайте одноэлементную батарею при комнатной температуре, а затем полностью зарядите ее.

② Разрядите постоянным током 1/3I (тип энергии) или (тип мощности) до напряжения отключения разряда-выключения одноэлементной батареи, а затем принудительно разряжайте током I в течение 90 минут.

4) Критерии обработки и оценки данных: обратите внимание на то, проявляет ли образец возгорание или взрыв во время испытания и в течение 1 часа наблюдения после испытания.

1) Цель испытания: Чтобы проверить характеристики одноэлементной батареи в отношении злоупотреблений электрическим током, смоделируйте потенциальные риски безопасности, которые могут возникнуть при перезарядке батареи, тем самым оценивая, соответствует ли образец проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки одноэлементной батареи, испытательная камера с постоянной температурой, мультиметр и т. д.

3) Метод и процедуры испытаний:

② Продолжайте зарядку постоянным током до тех пор, пока напряжение одноэлементной батареи не превысит максимальное рабочее напряжение в 1,1 раза или пока заряженная емкость одноэлементной батареи не достигнет 115 % SOC.

1) Цель испытания: для проверки электрических характеристик одноэлементной батареи в условиях злоупотреблений смоделируйте потенциальные риски безопасности, которые могут возникнуть при внешнем коротком замыкании батареи, тем самым оценивая, соответствует ли образец проектным требованиям.

3) Метод и процедуры испытаний:

② Замкните накоротко-положительную и отрицательную клеммы одноэлементной батареи снаружи на 10 минут, при этом сопротивление внешней цепи должно быть менее 5 мОм.

1) Цель испытания: Чтобы проверить характеристики одноэлементной батареи при механическом воздействии, смоделируйте потенциальные риски безопасности, которые могут возникнуть при разрушении батареи, тем самым оценивая, соответствует ли образец проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки одноэлементной батареи, испытательная камера с постоянной температурой, стенд для испытаний на разрушение силовой батареи, мультиметр и т. д.

3) Метод и процедуры испытаний:

② Направление разрушения: приложите давление перпендикулярно направлению пластин одноэлементной батареи или в направлении, которое с наибольшей вероятностью может быть раздавлено при компоновке транспортного средства.

а. Форма раздавливаемой пластины: полу-цилиндр с радиусом 75 мм, длина (L) полу-цилиндра больше размера раздавленной одноэлементной батареи.

б. Скорость дробления: Не более 2 мм/с.

в. Степень сдавливания: Прекратите сдавливание, когда напряжение достигнет 0 В или деформация достигнет 15 %, или сила сдавливания достигнет 100 кН или в 1000 раз больше веса испытуемого объекта.

③ Удерживайте 10 минут.

1) Цель испытания: Чтобы проверить характеристики температурного разгона наименьшего аккумуляторного блока, который может контролироваться системой управления батареями, провести оценку безопасности основного источника опасности, который представляет опасность для пассажиров электромобиля и систем автомобиля, тем самым оценивая, соответствует ли образец проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки одноэлементной батареи-разряда|разряда, испытательная камера с постоянной температурой, нагревательное устройство, система измерения температуры, мультиметр и т. д.

3) Метод и процедуры испытаний:

① Используйте плоское или стержнеобразное нагревательное устройство-, поверхность которого должна быть покрыта керамическим, металлическим или изолирующим слоем. Требования к выбору мощности нагревательного устройства приведены в Таблице 6-10. Завершите сборку объекта испытаний и нагревательного устройства. Нагревательное устройство должно находиться в прямом контакте с одноэлементной батареей, а размер нагревательного устройства не должен превышать нагретую поверхность испытуемого объекта. Установите датчики температуры, расположив датчик температуры в точке контроля со стороны, противоположной теплопроводности, т.е. на противоположной стороне нагревательного устройства. Интервал выборки данных о температуре должен составлять менее 1 с, точность - 2 градуса, а положение наконечника датчика температуры - менее 1 мм.

Таблица 6-10 Требования к выбору отопительного устройства

Энергия объекта испытаний, Э/Втч	Максимальная мощность нагревательного устройства/Вт
E<100	30-300
100 Меньше или равно E<400	300-1000
400 Меньше или равно E<800	300-2000
E Больше или равно 800	>600

② Предварительно-обработайте одноэлементную батарею при комнатной температуре, а затем зарядите ее до 100 % SOC. Затем продолжают заряжать исследуемый объект током 1/1 в течение 12 мин. Немедленно включите нагревательное устройство и непрерывно нагревайте объект испытаний на максимальной мощности. Когда произойдет тепловой разгон или температура в точке контроля достигнет 300 градусов, прекратите нагрев и выключите нагревательное устройство.

③ Условия определения возникновения температурного разгона

а. На объекте испытаний происходит падение напряжения, причем падение превышает 25 % от исходного напряжения.

б. Температура в точке контроля достигает максимальной рабочей температуры, указанной производителем аккумулятора.

в. Скорость повышения температуры в точке контроля dT/dt больше или равна 1 градус/с и длится более 3 с. Установлено, что тепловой разгон произошел, когда происходят a и c или b и c.

4) Критерии обработки и оценки данных: наблюдают за возгоранием или взрывом образца во время процесса нагрева и в течение 1 часа после завершения нагрева.

1) Цель испытания: смоделировать воздействие на аккумуляторную батарею/систему во время столкновения транспортного средства, тем самым оценивая, может ли структурная прочность образца соответствовать проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки аккумуляторной системы, испытательная камера с постоянной температурой, стенд для имитации краш-тестов, тестер сопротивления изоляции и т. д.

3) Метод и процедуры испытания: С учетом положения установки испытуемого объекта в транспортном средстве и требований GB/T 2423.43-2008, испытываемый объект должен быть установлен горизонтально на салазках с помощью приспособления. В зависимости от условий использования испытуемого объекта и в сочетании с импульсом ускорения/замедления транспортного средства этот импульс должен соответствовать граничным условиям, указанным в таблице 6-11 и рисунке 6-1 (направление движения транспортного средства — ось X, а другое горизонтальное направление, перпендикулярное направлению движения, — ось Y, при этом снаряженная масса транспортного средства равна м). Если испытуемый объект имеет несколько направлений установки (x/y/z), для испытания должно быть выбрано направление установки с наибольшим ускорением. После испытания наблюдайте в течение 2 часов при температуре окружающей среды, соответствующей испытаниям.

Figure 6-1 Schematic of Simulated Crash Test Acceleration Pulse

Таблица 6-11 Параметры импульса для имитации краш-теста

Тест	Ширина импульса /мс	м Меньше или равна 3,5 т		3,5 т < м Меньше или равно 7,5 т		м > 7,5 т
		x-направление ускорения/g	y-направление ускорение/g	x-направление ускорения/g	y-направление ускорение/g	x-направление ускорения/g	y-направление ускорение/g
A	20	20	8	10	5	6.6	5
B	50	20	8	10	5	6.6	5
C	65	20	8	10	5	6.6	5
D	100	0	0	0	0	0	0
E	0	10	4.5	5	2.5	4	2.5
F	50	28	15	17	10	12	10
G	80	28	15	17	10	12	10
H	120	0	0	0	0	0	0

4) Критерии обработки и оценки данных:

① Зафиксируйте, не наблюдалась ли в аккумуляторной батарее/системе утечки, разрыва, возгорания или взрыва во время испытания и периода наблюдения;

② Запишите значения сопротивления изоляции до и после испытания.

1) Цель испытания: смоделировать потенциальные риски безопасности, которые могут возникнуть при разрушении аккумуляторной батареи/системы, тем самым оценивая, соответствует ли структурная прочность образца проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки аккумуляторной системы, испытательная камера с постоянной температурой, стенд для испытаний аккумуляторной системы на разрушение, тестер сопротивления изоляции и т. д.

3) Метод и процедуры испытаний: Направлениями разрушения являются направление x- и направление y- (направление движения транспортного средства – ось x-, а другое горизонтальное направление, перпендикулярное направлению движения, — ось y-). Скорость дробления не должна превышать 2 мм/с. Прекратить дробление и выдержать 10 мин, когда сила дробления достигнет 100 кН или деформация достигнет 30% габаритного размера в направлении дробления. После испытания наблюдайте в течение 1 часа при температуре окружающей среды, соответствующей испытаниям. Схематическая диаграмма формы дробящей пластины показана на рисунке 6-2. Можно выбрать один из следующих двух типов:

① Полу-цилиндр радиусом 75 мм, длина (L) полу-цилиндра превышает высоту испытуемого объекта, но не превышает 1 м, как показано на рисунке 6-2a.

② Габаритные размеры 600 мм × 600 мм или меньше, с тремя полу-цилиндрами, каждый из которых имеет радиус 75 мм и находится на расстоянии 30 мм друг от друга, как показано на Рисунке 6-2b.

Figure 6-2 Schematic Diagram of Extruded Plate Forms

1) Цель испытания: проверить потенциальные риски безопасности аккумуляторной батареи/системы в условиях проникновения воды и оценить, соответствует ли она проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки аккумуляторной системы, испытательная камера с постоянной температурой, камера для испытаний на погружение в морскую воду, тестер сопротивления изоляции и т. д.

3) Метод и процедуры испытания: Испытательный объект должен быть подключен к жгутам проводов, разъемам и другим компонентам в соответствии с методом подключения транспортного средства. Выберите один из следующих двух методов тестирования:

① Поместите испытуемый объект в 3,5% (массовая доля) раствор хлорида натрия на 2 часа в фактической ориентации сборки автомобиля, при этом глубина воды достаточна для полного погружения испытуемого объекта;

② Проведите испытание в соответствии с методом и процедурой, описанными в разделе 14.2.7 GB/T 4208-2017. Объект испытаний должен быть полностью погружен в воду в состоянии установки, указанном изготовителем. Для объектов испытаний высотой менее 850 мм самая нижняя точка должна находиться на высоте 1000 мм ниже поверхности воды; для испытательных объектов высотой 850 мм или более самая высокая точка должна находиться на 150 мм ниже поверхности воды. Продолжительность теста 30 мин. Разница температур между водой и объектом испытаний не должна превышать 5 градусов. После извлечения аккумуляторной батареи из воды оставьте ее неподвижной и понаблюдайте в течение 2 часов при температуре окружающей среды, соответствующей испытаниям.

4) Критерии обработки и оценки данных: Для испытаний, проводимых в соответствии с методом ①, запишите, проявляет ли аккумуляторная батарея/система возгорание, взрыв или другие явления во время испытания и последующего периода наблюдения. Для испытаний, проводимых в соответствии с методом ②, запишите значение сопротивления изоляции аккумуляторной батареи/системы после испытания, соответствует ли она требованию IPX7, а также нет ли утечки, разрыва корпуса, возгорания или взрыва.

1) Цель испытания: проверить потенциальные риски безопасности аккумуляторной батареи/системы при воздействии внешнего огня и оценить, соответствует ли она проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки аккумуляторной системы, испытательная камера с постоянной температурой, стенд для испытаний на внешнее воздействие огня, тестер сопротивления изоляции, анемометр и т. д.

3) Метод и процедуры испытаний: температура окружающей среды должна быть выше 0 градусов, а скорость ветра не должна превышать 2,5 км/ч. При испытании размер поддона для бензина должен превышать размер горизонтальной проекции объекта испытаний на 20 см, но не более чем на 50 см, а высота поддона не должна превышать 8 см над поверхностью бензина. Объект испытаний должен располагаться по центру. Расстояние между уровнем бензиновой жидкости и нижней частью испытываемого объекта должно быть установлено равным 50 см или дорожному просвету нижней поверхности испытываемого объекта при незагруженном транспортном средстве. Воду следует впрыскивать в нижний слой лотка. Принципиальная схема внешнего пожарного воздействия представлена на рисунке 6-3.

Figure 6-3 External Fire Test Schematic

Испытание на внешнее огневое воздействие разделено на следующие 4 этапа:

① Предварительный подогрев: подожгите бензин на расстоянии не менее 3 м от объекта испытаний. После предварительного нагрева в течение 60 с поместите под испытуемый объект поддон с бензином. Если поддон для бензина слишком велик, чтобы его можно было переместить, вместо этого можно переместить испытуемый объект и его опору.

② Прямое воздействие пламени: испытуемый объект подвергается прямому воздействию пламени в течение 70 с.

③ Косвенное воздействие пламени. Накройте поддон для бензина огнестойким-экраном. В этом состоянии тест-объект тестируется в течение 60 с. Альтернативно, по соглашению между обеими сторонами, продолжайте прямое воздействие пламени еще в течение 60 с. Огне-щит собирается из стандартного огнеупорного кирпича, его размеры и технические данные показаны на рисунке 6-4.

$Figure 6-4 Dimensions and Technical Data of Refractory Partition Plate$

④ Удаление от источника огня: отодвиньте поддон с бензином или испытуемый объект и наблюдайте в течение 2 часов при температуре окружающей среды, соответствующей испытаниям, или до тех пор, пока температура внешней поверхности испытуемого объекта не упадет ниже 45 градусов.

4) Критерии обработки и оценки данных:

① Зафиксируйте, возникло ли в аккумуляторной батарее/системе возгорание, взрыв или другие явления во время испытания и периода наблюдения.

② При наличии пламени зафиксируйте, погаснет ли оно в течение 2 минут после устранения источника огня.

1) Цель испытания: проверить риски безопасности аккумуляторной батареи/системы, когда один аккумуляторный элемент подвергается термическому разгону, и оценить, соответствует ли он проектным требованиям.

2) Испытательное оборудование: оборудование для зарядки-разрядки аккумуляторной системы, испытательная камера с постоянной температурой, стенд для испытания на проникновение аккумуляторной системы, нагревательное устройство, система измерения температуры, тестер сопротивления изоляции, анемометр и т. д.

3) Условия испытания: Испытание должно проводиться в среде с температурой окружающей среды выше 0 градусов, относительной влажностью 10–90 % и атмосферным давлением 86–106 кПа. Перед началом теста отрегулируйте SOC тестируемого объекта. Для аккумуляторных блоков/систем, предназначенных для внешней зарядки, SOC должен быть установлен не менее чем на 95 % от нормального рабочего диапазона SOC, указанного предприятием. Для аккумуляторных блоков/систем, предназначенных для зарядки только от собственного энергетического устройства транспортного средства, SOC должен быть установлен не менее чем на 90 % от нормального рабочего диапазона SOC, указанного предприятием. Перед началом испытания все испытательные устройства должны работать нормально. Испытательный образец должен быть изменен как можно меньше, и предприятие должно представить список всех внесенных изменений. Испытание должно проводиться в помещении или в среде со скоростью ветра не более 2,5 км/ч.

4) Метод и процедуры испытаний: Объектом термического разгона является один аккумуляторный элемент внутри испытательного объекта. Выберите одну ячейку, расположенную в самом центре аккумуляторной батареи/системы или окруженную другими отдельными ячейками.

① Метод проникновения гвоздя для инициирования теплового выхода из-под контроля: Игла для проникновения должна быть изготовлена из стали диаметром 3–8 мм; кончик иглы должен быть коническим с углом 20–60 градусов; скорость проникновения должна составлять 0,1–10 мм/с; положение и направление проникновения должны выбираться так, чтобы вызвать тепловой разгон в отдельном элементе батареи (например, перпендикулярно направлению электродной пластины).

② Метод нагрева, вызывающий перегрев: используйте плоское или стержне-нагревательное устройство, поверхность которого покрыта керамическим, металлическим или изолирующим слоем. В случае нагревательного устройства в форме блока- с теми же размерами, что и одноэлементная батарея, это нагревательное устройство может заменять один из одиночных элементов и находиться в непосредственном контакте с поверхностью триггерного объекта; тонкопленочное нагревательное устройство -должно всегда оставаться прикрепленным к поверхности триггерного объекта; обогреваемая площадь нагревательного устройства не должна превышать площадь поверхности одноэлементной батареи; поверхность нагрева нагревательного устройства должна находиться в непосредственном контакте с поверхностью одноэлементной батареи, а положение нагревательного устройства должно соответствовать положению указанного датчика температуры; после завершения монтажа нагревательное устройство должно включиться в течение 24 часов и нагреть триггерный объект на максимальной мощности; Выбор мощности нагревательного устройства приведен в Таблице 6-12; прекратите срабатывать, когда произойдет тепловой разгон или соответствующий датчик температуры достигнет 300 градусов.

Таблица 6-12 Выбор мощности нагревательного устройства

Энергия объекта испытаний, Э/Втч	Максимальная мощность нагревательного устройства/Вт
E<100	30-300
100 Меньше или равно E<400	300-1000
400 Меньше или равно E<800	300-2000
E Больше или равно 800	>600

③ Рекомендуемая схема расположения точек контроля: Напряжение или температура должны контролироваться с использованием исходной цепи или дополнительной испытательной цепи. Интервал выборки данных о температуре должен составлять менее 1 с, с требованием точности ±2 градуса. При срабатывании срабатывания при проникновении гвоздя датчик температуры должен быть расположен как можно ближе к точке короткого-замыкания; Также может использоваться температура гвоздя (принципиальная схема расположения датчиков температуры при срабатывании забивания гвоздя представлена на рисунке 6-5). При срабатывании нагрева датчик температуры должен располагаться со стороны, противоположной теплопроводности, т.е. на противоположной стороне нагревательного устройства (см. Рисунок 6-6).

Figure 6-5 Schematic of Temperature Sensor Placement During Acupuncture Triggering

5) Рекомендуемые критерии для определения возникновения теплового разгона:

① На испытываемом объекте падение напряжения превышает 25 % от первоначального напряжения.

② Температура в точке контроля достигает максимальной рабочей температуры, указанной производителем аккумулятора.

③ Скорость повышения температуры в точке контроля dT/dt Больше или равна 1 градус/с и длится более 3 с. Термический разгон определяется при возникновении ① и ③ или ② и ③.

1) Если рекомендуемый метод используется в качестве метода запуска термического разгона и термический разгон не происходит, чтобы гарантировать, что распространение тепла не будет подвергать опасности пассажиров автомобиля, необходимо доказать, что тепловой разгон не произойдет, используя оба следующих рекомендуемых метода.

2) Если произошел тепловой разгон, запишите время с момента подачи сигнала тревоги по тепловому разбегу до момента возникновения пожара или взрыва за пределами испытуемого объекта (в зависимости от того, что произойдет раньше); это время должно быть не менее 5 мин.

Figure 6-6 Schematic Diagram of Heating Trigger Temperature Sensor Placement