UN38.3 Các mục và thủ tục thử nghiệm tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn UN38.3 bao gồm 8 mục phát hiện sau:

  • T1 áp suất thấp,
  • Chu kỳ nhiệt độ T2,
  • Rung động T3,
  • Sốc T4,
  • T5 ngắn mạch bên ngoài,
  • T6 tác động vật nặng (lõi pin lithium),
  • T7 quá tải (pin lithium hoặc pin lithium)
  • Xả cưỡng bức T8 (pin lithium).

Đối với pin lithium hoặc bộ pin lithium, tổng cộng cần 7 mục kiểm tra T1 → T5, T6 và T7. Tuy nhiên, đối với cell pin lithium, cần kiểm tra T1 → T5, T6 và T8. Trong số đó, các kiểm tra T6, T7 và T8 cần sử dụng các mẫu riêng biệt. Và kiểm tra T1 → T5 kiểm tra tuần tự cùng một mẫu.

So sánh UN38.3 và Tiêu chuẩn quốc tế

So với các tiêu chuẩn pin lithium quốc tế khác, các điều kiện chu kỳ nhiệt độ được chỉ định trong tiêu chuẩn UN38.3 khắt khe hơn và dài hơn. Các mục thử nghiệm tiêu chuẩn quốc tế khác thường sử dụng các mẫu riêng biệt để thử nghiệm. Tuy nhiên, thử nghiệm T1 → T5 trong tiêu chuẩn UN3813 kiểm tra cùng một mẫu theo trình tự. Thử nghiệm trước đó có thể có tác động tiêu cực đến thử nghiệm tiếp theo, dẫn đến không đạt yêu cầu. Nếu pin lithium được gửi để kiểm tra được thử nghiệm T1 → T5 trong tiêu chuẩn UN 38.3, sẽ có một mục không đạt yêu cầu. Các doanh nghiệp cần phải kiểm tra lại tiêu chuẩn UN3813 sau khi cải tiến quy trình, điều này sẽ kéo dài đáng kể chu kỳ thử nghiệm.

Có thể biết từ Bảng 1 rằng so với tiêu chuẩn quốc tế IEC62133, thời gian tiếp xúc nhiệt độ cao và thấp của mục chu kỳ nhiệt độ trong tiêu chuẩn UN3813 lên tới 6 giờ và nhiệt độ thử nghiệm nhiệt độ thấp là -40 ± 2 ° C. Chu kỳ nhiệt độ của thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ lớn hơn và chu kỳ thử nghiệm dài hơn. Dễ khiến vật liệu bên trong của cell pin bị phân hủy và tạo ra khí. Trong trường hợp có vấn đề trong quá trình sản xuất, khi khí sinh ra trong quá trình sốc nhiệt độ đạt đến một áp suất nhất định, khí có khả năng rò rỉ từ điểm yếu của vỏ pin hoặc lớp đệm bên trong, dẫn đến các hiện tượng không đạt tiêu chuẩn như rò rỉ khí và rò rỉ chất lỏng.

So sánh tiêu chuẩn UN38.3 và IEC62133

Dự án Tiêu chuẩn Phương pháp phát hiện Tiêu chuẩn chấp nhận Sự khác biệt giữa các tiêu chuẩn
Chu kỳ nhiệt độ Tiêu chuẩn UN38.3 Bảo quản ở nhiệt độ 75 ± 2 ℃ trong ít nhất 6 giờ, sau đó ở nhiệt độ thử nghiệm -40 ± 2 ℃ trong ít nhất 6 giờ. Khoảng thời gian tối đa giữa hai nhiệt độ thử nghiệm cực đại là 30 phút. Quá trình này phải được lặp lại 10 lần. Tất cả các cell thử nghiệm và bộ pin được bảo quản ở nhiệt độ môi trường là 20 ± 5 ℃ trong 24 giờ. Không mất khối lượng, không rò rỉ, không xả, không phân rã, không nứt và không cháy. Và điện áp mạch hở của mỗi cell hoặc ắc quy thử nghiệm được sạc đầy sau khi thử nghiệm không được nhỏ hơn 90% điện áp trước khi thử nghiệm. Tiêu chuẩn UN38.3 có nhiệt độ thử nghiệm thấp hơn. Và thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp dài hơn.
Tiêu chuẩn IEC62133 1. Đặt cell đơn hoặc bộ pin ở nhiệt độ môi trường 75 ° C ± 2 ° C trong 4 giờ

2. Giảm nhiệt độ môi trường xuống 20℃ ± 5℃ trong vòng 30 phút và giữ ít nhất 2H

3. Giảm nhiệt độ môi trường xuống -20℃ ± 2℃ trong vòng 30 phút và duy trì 4H

4. Tăng nhiệt độ môi trường lên 20℃ ± 5℃ trong vòng 30 phút và giữ nguyên trong ít nhất 2 giờ

5. Lặp lại các bước trên trong 4 chu kỳ.

6. Sau chu kỳ thứ 5, hãy cất giữ và kiểm tra pin trong thời gian phục hồi ít nhất là 24 giờ.

 Không cháy, không nổ, không rò rỉ

Phân tích kết quả thử nghiệm tiêu chuẩn UN3813 và nguyên nhân

Trường hợp đầu tiên

Trong tiêu chuẩn UN3813, pin lithium được thử nghiệm trong dự án chu kỳ nhiệt độ được sạc đầy (100% SOC). Do đó, khi chịu tác động của sốc nhiệt độ trong thời gian dài, các phản ứng phụ tương đối nghiêm trọng có thể xảy ra bên trong pin, tạo ra một lượng lớn khí. Nếu có vấn đề với quy trình sản xuất pin, khi tích tụ một lượng áp suất không khí nhất định, khí và chất điện phân có thể rò rỉ từ khe hở trong vỏ hoặc nơi hàn.

Các vấn đề trong quá trình sản xuất có thể có các tình trạng sau:

  1. Mối hàn giữa vỏ pin và nắp pin không chắc chắn và không kín;
  2. Có mối hàn bị thiếu, mối hàn giả và vết nứt, mối hàn có vết nứt, vết rạn, v.v.;
  3. Khi bi thép được bịt kín, kích thước của bi thép không phù hợp và vật liệu của bi thép khác với vật liệu của nắp;
  4. Cực dương của nắp không được tán chặt, có khe hở;
  5. Độ đàn hồi của gioăng cách điện không phù hợp, không chống ăn mòn và dễ bị lão hóa.

Các vấn đề như mất khối lượng, rò rỉ và xả trong chu trình nhiệt độ tiêu chuẩn UN38.3 chủ yếu liên quan đến quá trình sản xuất. Giải phẫu của pin bị rò rỉ cho thấy pin đã chịu lực không đều trong quá trình lắp ráp, khiến tấm cách điện bên trong của pin bị biến dạng, khiến pin bị rò rỉ tại tấm cách điện.

Trường hợp thứ hai

Ngoài ra, thử nghiệm cũng phát hiện một số pin lithium không bị mất khối lượng, không rò rỉ, không xả, không phân rã, không nứt và không cháy sau khi thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ. Tuy nhiên, do phản ứng hóa học giữa vật liệu hoạt động của điện cực dương và điện cực âm và chất điện phân bên trong pin trong quá trình sốc nhiệt, một lượng khí nhất định đã được tạo ra, gây ra hiện tượng phồng lên trong quá trình thử nghiệm.

Tuy nhiên, pin lithium bị phồng lên khó vượt qua thử nghiệm rung trong lần thử nghiệm tăng tốc cao tiếp theo và thử nghiệm rung trong thời gian dài. Pin có khả năng tạo ra rò rỉ khí và rò rỉ, dẫn đến mất chất lượng quá mức và cuối cùng không vượt qua được thử nghiệm rung. Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất pin lithium trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, ngoài việc liên tục cải thiện hiệu suất điện, nhưng cũng phải xem xét đầy đủ tác động bất lợi của sốc nhiệt độ đối với vật liệu pin lithium.

Bắt đầu với vật liệu pin lithium, độ ổn định của từng vật liệu hóa học ở nhiệt độ thử nghiệm được chỉ định trong chu kỳ nhiệt độ 75 ℃, -40 ℃ và các điểm chuyển tiếp giữa 75 ℃ và -40 ℃ đã được nghiên cứu. Tìm ra vật liệu nào có khả năng tạo ra khí ở nhiệt độ thử nghiệm. Thông qua một số lượng lớn các thí nghiệm để cải thiện quy trình của các vật liệu này hoặc tìm ra các vật liệu thay thế khác, để tìm kiếm sự cân bằng tốt hơn giữa hiệu suất điện và hiệu suất an toàn của pin lithium.

Trường hợp thứ ba

Trong một trường hợp khác, cell lithium bị phồng lên trong chu kỳ nhiệt độ đã vượt qua các thử nghiệm rung và sốc tiếp theo. Tuy nhiên, lượng khí lớn được tạo ra bên trong trong chu kỳ nhiệt độ ảnh hưởng xấu đến các bộ phận hàn xung quanh vỏ. Áp suất sốc của khí trực tiếp làm suy yếu cường độ hàn ở một số khu vực. Trong thử nghiệm ngắn mạch bên ngoài sau thử nghiệm va đập, pin lithium đơn cell nóng lên nhanh chóng và một lượng lớn khí tiếp tục được tạo ra bên trong vỏ. Khi áp suất bên trong vỏ tăng lên đến một giá trị nhất định, khí được giải phóng khỏi khu vực mà cường độ hàn trở nên yếu, khiến vỏ bị vỡ. Kết quả là không thể vượt qua thử nghiệm ngắn mạch bên ngoài.

Các buồng thử nghiệm sau đây được sử dụng trong tiêu chuẩn UN38.3 :