Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thiết bị di động, lưu trữ năng lượng và xe năng lượng mới với ưu điểm là tuổi thọ chu kỳ cao hơn năng lượng, nhưng so với các loại pin khác, vấn đề chính cần giải quyết là tính an toàn của chúng. Pin lithium-ion gây ra các vấn đề về an toàn chủ yếu thông qua quá trình sinh nhiệt và cuối cùng là cách thể hiện sự mất kiểm soát nhiệt và lý do hình thành sự mất kiểm soát nhiệt chủ yếu là do đoản mạch, lỗi kết nối, nung ở nhiệt độ cao, ngâm trong nước, v.v., trong đó đoản mạch là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự mất kiểm soát nhiệt Đoản mạch được chia thành đoản mạch ngoài và đoản mạch trong, đoản mạch ngoài có thể được kiểm soát thông qua việc bảo vệ các thành phần phụ trợ và tối ưu hóa chiến lược trong khi đoản mạch trong khó kiểm soát hiệu quả. Trong bài báo này, nghiên cứu có hệ thống về phương pháp mô phỏng nguyên lý đoản mạch trong và các biện pháp phát hiện phòng ngừa sẽ hiểu sâu hơn về phương pháp kiểm soát các vấn đề về an toàn của pin và cung cấp tài liệu tham khảo cho ứng dụng rộng rãi hơn của pin lithium-ion.

Phương pháp thử nghiệm mô phỏng ngắn mạch

Thử nghiệm đâm đinh , đùn , rơi , va đập mạnh và các thử nghiệm khác là các phương pháp thử nghiệm ngắn mạch mô phỏng phổ biến hơn trong tiêu chuẩn, chẳng hạn như QC/T743-2006, SAND2005-3123, UL2580-2011, SAE2464 và các tiêu chuẩn khác.

Để mô phỏng tốt hơn hiệu ứng ngắn mạch , các phương pháp thử nghiệm khác nhau được giới hạn có điều kiện trong tiêu chuẩn. Các thử nghiệm châm cứu chỉ định tốc độ châm kim (QC/T743-2006 yêu cầu 10~40mm/giây, các tiêu chuẩn khác yêu cầu 80mm/giây) đường kính kim (thường là 3~8 mm); Thí nghiệm đùn chỉ định lượng biến dạng của áp suất đùn (100 kN hoặc 1000 lần khối lượng của mẫu) (thường là 50% biến dạng) và hình dạng của đĩa đùn (tấm đùn 30 mm có bán kính 75 mm); Thử nghiệm thả rơi chỉ định các điều kiện về chiều cao thả (1 đến 2 m) và bề mặt tiếp xúc (mặt đất nằm ngang cứng hoặc không phẳng) tại thời điểm rơi.

Phương pháp thử nghiệm ngắn mạch mô phỏng cũng bao gồm thí nghiệm gia nhiệt quá tải không giới hạn điện trở tương đương song song. Quá tải không giới hạn là sạc pin thử nghiệm đã sạc đầy bằng dòng điện không đổi cho đến khi điện áp giảm xuống 0V hoặc tạo ra vụ nổ cháy nhỏ: thí nghiệm gia nhiệt là làm nóng mẫu thử nghiệm, nhiệt độ gia nhiệt được xác định bởi điện trở nhiệt của màng ngăn và sự co lại của màng ngăn sau khi gia nhiệt gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong: Điện trở tương đương song song chủ yếu nhắm vào monome song song và một trong các monome được chuyển mạch bằng điện trở tương đương để mô phỏng hiện tượng đoản mạch bên trong.

Ưu điểm của phương pháp trên là đơn giản và dễ thực hiện, trong khi nhược điểm là chỉ phản ánh hiện tượng rõ ràng sau khi xảy ra ngắn mạch bên trong, còn sự tích tụ năng lượng nhiệt đã phát sinh trước khi xảy ra ngắn mạch bên trong mà không hạn chế quá tải không thể xác định rõ ràng đối với nhiệt giải phóng sau khi xảy ra ngắn mạch. Ngoài ra, cũng có một sự không chắc chắn nhất định về phần nào của cell mà ngắn mạch bên trong do phương pháp trên 14 gây ra có một số hạn chế nhất định đối với phân tích cơ chế.

Cưỡng bức ngắn mạch bên trong chủ yếu là thêm các bộ phận nhúng kim loại và lỗ thủng màng ngăn bên trong pin và sau đó kết hợp hình thức đùn bên ngoài để đạt được ngắn mạch bên trong ở các bộ phận khác nhau của pin. Ngoài ra, trung tâm ngắn mạch được đánh giá bằng cách thêm kim loại hoặc hợp kim có điểm nóng chảy thấp vào điện cực bằng cách nung nóng và làm nóng chảy nó bằng cách theo dõi nhiệt độ điện áp, âm thanh, ánh sáng và các cách khác (6. Các phương pháp này có thể phản ánh tốt hơn tác động của ngắn mạch ở các bộ phận khác nhau trên pin Có lợi cho phân tích cơ chế Nhược điểm là pin cần được cách ly với không khí trong quá trình tháo dỡ và lắp ráp, đồng thời cũng có các yêu cầu nghiêm ngặt về độ ẩm, độ sạch và mức độ đóng gói.

Biện pháp phòng ngừa ngắn mạch bên trong và phương pháp phát hiện

1. Biện pháp phòng ngừa ngắn mạch bên trong

(1) Vật liệu pin, cải tiến quy trình
Chủ yếu là phòng ngừa bằng cách chuyển sang sử dụng vật liệu màng ngăn và sử dụng phụ gia điện phân để ngăn ngừa tạp chất lẫn vào trong quy trình sản xuất pin và thử nghiệm độ tin cậy của quy trình sản xuất.

Nguy cơ đoản mạch có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng màng ngăn gốm. Nếu không thể tránh khỏi hiện tượng đoản mạch, dòng điện đoản mạch cũng có thể được giảm bằng cách phủ một lớp vật liệu PTC lên vật liệu điện cực, để tăng điện trở của lớp PTC khi xảy ra hiện tượng đoản mạch, do đó ngăn chặn sự phát sinh nhiệt độ mất kiểm soát. Ngoài ra, vì chất điện phân hiện đang sử dụng dựa trên hệ thống alkyl cacbonat dễ bay hơi và cháy trong pin, việc sử dụng không đúng cách sự tích tụ nhiệt sẽ gây ra cháy hoặc nổ bằng cách thiết kế chất điện phân như chất điện phân chống cháy hoặc sử dụng chất điện phân dạng lỏng ion hoặc thêm vật liệu oligomer maleimide sẽ làm giảm đáng kể các rủi ro an toàn do đoản mạch gây ra.

Tối ưu hóa và cải thiện quy trình loại bỏ tạp chất sản xuất cell pin để loại bỏ bụi kim loại sắt, một mặt, để ngăn ngừa các phản ứng phụ không thể đảo ngược với chất điện phân trong quá trình sạc và xả, mặt khác, sự hiện diện của các hạt tạp chất làm tăng thêm nguy cơ thủng màng ngăn và gây ra đoản mạch bên trong. Tia X cũng có thể được sử dụng để phát hiện sự căn chỉnh của các tấm bên trong pin, do đó tránh được nguy cơ đoản mạch tiềm ẩn.

(2) Sử dụng pin
Ngăn ngừa quá trình giải phóng lithium khi sạc ở nhiệt độ thấp. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, độ dẫn ion và hệ số khuếch tán của pin lithium-ion giảm đáng kể, dễ dẫn đến giải phóng lithium trong quá trình sạc, do đó, khi sử dụng ở nhiệt độ thấp, pin phải được làm nóng trước đến nhiệt độ sạc thích hợp, để tránh pin tạo ra các nhánh cây lithium rồi đâm thủng màng ngăn khi sạc ở nhiệt độ thấp.

Thiết kế dự phòng tốc độ sạc-xả của pin. Thiết kế dự phòng cho phép pin luôn hoạt động ở trạng thái tải thấp, có thể bảo vệ pin hiệu quả và giảm đáng kể nguy cơ đoản mạch bên trong khi tải cao.

Tăng cường thiết kế độ dẫn nhiệt của pin hoặc ngăn chặn khả năng sinh nhiệt vì hiện tượng đoản mạch bên trong pin sẽ ngay lập tức tạo ra một lượng nhiệt lớn. Nếu nhiệt tích tụ, nó sẽ dẫn đến sự phân hủy chất điện phân, phản ứng oxy hóa/khử giữa chất điện phân và bề mặt dương/âm của điện cực dương và âm, và sự co lại và phân hủy của màng ngăn, dẫn đến sự thoát nhiệt.

2. Một phương tiện phát hiện ngắn mạch bên trong pin

Phát hiện nhiệt: xác định xem có xảy ra hiện tượng đoản mạch hay không bằng cách gắn một cặp nhiệt điện vào thành bên của pin để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ. Vì nhiệt được dẫn từ trong ra ngoài khi xảy ra hiện tượng đoản mạch, nhiệt độ cho thấy có độ trễ nhất định, do đó tình trạng đoản mạch không thể được phản hồi ngay lập tức.

Phát hiện bất thường điện áp theo dõi tình trạng ngắn mạch bên trong của pin bằng cách theo dõi sự sụt giảm điện áp trong quá trình sạc liên tục bằng dòng điện nhỏ, ví dụ, khi sạc pin 80Ah bằng dòng điện không đổi 3A, nếu sự sụt giảm điện áp vượt quá 100mV, có thể xác định rằng pin bị ngắn mạch bên trong.

Phát hiện bất thường về dung lượng: Có bằng sáng chế liên quan đến phương pháp phát hiện ngắn mạch bên trong: trong quá trình sạc, bằng cách so sánh dung lượng sạc với dung lượng tham chiếu trong phạm vi điện áp hiện tại, vì khi xảy ra ngắn mạch bên trong, một phần năng lượng điện sẽ được chuyển đổi thành tiêu tán năng lượng nhiệt, do đó dung lượng sạc trong quá trình sạc sẽ cao hơn so với khi không xảy ra ngắn mạch bên trong, vì vậy khi dung lượng sạc cao hơn dung lượng tham chiếu, lỗi ngắn mạch bên trong được báo cáo. Khi dung lượng sạc thấp hơn hoặc bằng dung lượng tham chiếu, trạng thái pin là bình thường.

Bản tóm tắt

Pin lithium-ion bị đoản mạch bên trong rất dễ gây ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt, do đó, từ cơ chế nắm bắt nguyên nhân hình thành, thông qua mô phỏng để nghiên cứu sâu hơn, để thông qua nhiều biện pháp khác nhau để ngăn ngừa và phát hiện hiện tượng đoản mạch bên trong pin lithium-ion, để đảm bảo an toàn cho pin lithium-ion trong quá trình sử dụng.

3. Bảo vệ cơ sở vật chất phần cứng

Các yếu tố bảo vệ nhân sự đã được liệt kê ở trên. Không khó để chuẩn bị các thiết bị này. Điều quan trọng là sử dụng thiết bị phù hợp vào những dịp thích hợp. Quản lý phòng thí nghiệm nên chuẩn hóa tài liệu hiệu quả này, loại bỏ suy nghĩ tê liệt của người vận hành thử nghiệm và duy trì nhận thức phòng ngừa. Các cuộc diễn tập thường xuyên có thể quan trọng như việc cấu hình các thiết bị này.

Quá trình thử nghiệm lăn và thử nghiệm va đập ( va chạm ) trong thử nghiệm làm việc bất thường ( lạm dụng ) có thể tạo ra phản ứng dữ dội. Trước đây được lăn với lực tương đương 1000 lần trọng lượng bản thân của mẫu: thử nghiệm va đập là thả một vật nặng 9,1kg tự do từ độ cao 610mm và va đập vào mẫu.

Buồng thử thép tương đối khép kín có tác dụng bảo vệ tốt, nhưng sẽ bất tiện vì đường ngắm bị chặn trong quá trình thử nghiệm. Cửa sổ quan sát có thể mở bằng kính chống nổ và lưới bảo vệ. Lưới bảo vệ có thể áp dụng để bảo vệ thử nghiệm lăn và va đập, và cũng thường được sử dụng để bảo vệ thử nghiệm nhiệt độ bình thường và thử nghiệm trong buồng thử nghiệm. UL khuyến nghị 16 ~ 18 sợi nhôm có đường kính 0,25mm mỗi inch đến 20 sợi thép có đường kính 0,43mm mỗi inch. Có thể chọn các lưới bảo vệ khác nhau để bảo vệ các cường độ ước tính khác nhau và các chất phân tán khác nhau.

Buồng thử khí hậu là một không gian khí hậu độc lập. Không khí lưu thông. Trong trường hợp rò rỉ khí mẫu hoặc tiêm chất nhớt, sự khuấy động và phân tán sẽ tăng lên. Sau khi hút vào hệ thống lưu thông không khí, các vật lạ rơi vào ống dẫn khí, cánh quạt, lò sưởi, máy tạo độ ẩm và cảm biến nhiệt độ và độ ẩm rất khó được làm sạch. Sau khi pin khô, nếu nó bị treo dưới dạng bụi, nó cũng sẽ gây ra thảm họa thứ cấp lớn hơn. Ngay cả khi phun được liên kết với thành hộp, thì đó cũng không phải là một rắc rối nhỏ. Trong trường hợp này, hộp thử nghiệm có không gian làm việc lớn nên được chọn trước để tạo điều kiện cho các biện pháp bảo vệ và hoạt động khẩn cấp; Buồng thử nghiệm phải có thiết kế chống cháy nổ nhất định, chẳng hạn như tránh ma sát kim loại của tia lửa điện, tiếp điểm điện và các bộ phận chuyển động; Tốt hơn là có kênh phát thải khí thải. Ngoài ra, có thể sử dụng lưới bảo vệ thích hợp. Việc thiết lập lưới bảo vệ cũng phải tính đến khả năng vận hành của việc sơ tán khẩn cấp các mẫu.

Bệ thử rung và bệ thử va đập phải ngăn không cho vật lạ lọt vào khe hở của bộ phận chuyển động của thiết bị thử. Các biện pháp bảo vệ cơ bản cũng là lưới bảo vệ, nhưng lưới bảo vệ phải được thiết lập cho thiết bị. Việc thiết lập lưới bảo vệ trên mẫu sẽ ảnh hưởng đến phản ứng động của thử nghiệm.

Phải áp dụng biện pháp chữa cháy phù hợp. Theo các điều kiện khác nhau của địa điểm. Có thể sử dụng chất chữa cháy dạng phun và dạng che. Việc bảo quản thiết bị phải được cân nhắc đầy đủ trước khi tình trạng xảy ra. Trong trường hợp có tình trạng, việc chất chữa cháy có ảnh hưởng đến việc bảo quản thiết bị hay không sẽ không được xem xét.

Cài đặt đầu dò video để theo dõi và ghi lại thử nghiệm là một phương pháp hiệu quả. Nó không chỉ có thể cải thiện hiệu quả theo dõi. Bạn cũng có thể bảo quản hình ảnh gốc. Trong mọi tình huống, nó cũng lưu lại quá trình thu thập và ghi lại tài liệu bằng chứng. Vị trí cài đặt đầu dò video phải hợp lý và phù hợp.

Cho dù sử dụng công nghệ phần mềm hay cơ sở phần cứng để bảo vệ an toàn phòng thí nghiệm, thì sự phối hợp, tích hợp, bổ sung và triển khai hiệu quả vẫn phụ thuộc vào cơ chế quản lý. Sắp xếp hoặc để trống đủ không gian cho các điều kiện có thể ảnh hưởng đến an toàn; Các cơ sở xả và thông gió phải được thiết kế hoặc sắp xếp; Chuẩn hóa nguyên tắc thứ tự và cân bằng của trạng thái xử lý bằng văn bản; Chỉ định các yếu tố và bước vận hành với các quy tắc thực hiện: tổ chức đào tạo và diễn tập nhân sự; Các yêu cầu cụ thể để ghi lại, mô tả và báo cáo quá trình trạng thái; Và cơ sở để bảo quản các yêu cầu bảo hiểm, v.v.

4.Tóm tắt

1) Khi nhiệt độ của cụm pin và bộ pin/hệ thống pin được thử nghiệm cao hơn nhiệt độ xử lý trước/phục hồi trong quá trình thử nghiệm nhiệt độ, thử nghiệm vòng đời và thử nghiệm thoát, và sau thử nghiệm ngắn mạch, thử nghiệm áp suất không khí thấp và thử nghiệm va đập rung, các hoạt động và phản ứng bên trong của mẫu thực tế chưa dừng lại hoặc lắng xuống, và có khả năng bị trễ và trạng thái không an toàn. Việc đo nhiệt độ và quan sát ngoại hình phải được tiếp tục, và việc giám sát phải được rút lại theo các điều kiện phản ứng trễ theo yêu cầu của tiêu chuẩn. Các điều kiện thoát này có thể là quan sát liên tục trong 1 giờ, 2 giờ hoặc 4 giờ để cung cấp một hàm (đường cong) nhiệt độ theo thời gian. Nhiệt độ ở đây phải dần dần có xu hướng RT; Nếu nhiệt độ thay đổi nhỏ hơn IK trong vòng 1 giờ, thì được coi là nhiệt độ có xu hướng ổn định.

2) Theo các tiêu chuẩn cơ sở thử nghiệm khác nhau. Các thiết lập tham số và tiêu chí cho các điều kiện kết thúc thử nghiệm là khác nhau. Trong một số trường hợp, nhiệt độ kết thúc thử nghiệm được đưa ra theo “nhiệt độ ô kín”, “nhiệt độ phá vỡ màng” của mẫu thử nghiệm hoặc nhiệt độ tương đối thấp khoảng 5K; Một số thử nghiệm yêu cầu mô tả điển hình về kết quả thử nghiệm, chẳng hạn như thử nghiệm hoạt động bất thường (lạm dụng).

3) Trong phép đo nhiệt độ, chúng ta sẽ gặp monome pin có bao bì khác nhau. Các kiểu bao bì, vật liệu và độ dày khác nhau sẽ tạo ra hiệu suất truyền nhiệt khác nhau, tức là gradient. Các yếu tố này sẽ được phản ánh trong các thiết lập hiệu chỉnh trong hệ thống đo lường, phân tích và cảnh báo sớm. Do đó, các điều kiện kết thúc và các thông số tiêu chí của thử nghiệm phải được chỉ định rõ ràng trong thiết kế thử nghiệm hoặc ủy thác. Điều này thường liên quan đến bản chất của thí nghiệm và mục tiêu nhiệm vụ.

4) Mặc dù việc đo và ghi lại các thông số nhiệt độ trong các thử nghiệm vận hành bất thường (lạm dụng) có vẻ không quan trọng, nhưng việc phân tích khả năng chịu lực bên trong của các mẫu trong các hạng mục thử nghiệm như đoản mạch bên ngoài, va đập, rung động, nhiệt độ cao và độ ẩm cao, quá tải và xả lại cực kỳ có giá trị.

5) Bố trí cảm biến nhiệt độ phải có danh sách phân phối vị trí mẫu tương ứng. Đây là trường hợp đối với thử nghiệm mẫu của cell pin đơn. Đặc biệt cần phải định vị cell pin đơn trong cụm pin/hệ thống. Các cảm biến nhiệt độ này có thể bắt đầu từ khâu chuẩn bị thử nghiệm. Thực hiện tất cả các liên kết thử nghiệm cho đến khi mẫu thoát khỏi thử nghiệm, luôn đi kèm với mẫu cell pin.

6) Nguyên lý và cường độ bảo vệ chống nổ và cháy phải được ước tính đúng. Không nên chuyển đổi năng lượng hóa học của vật liệu sạc trong cell pin thành năng lượng nổ hoặc tương đương TNT. Vụ nổ và cháy do thử nghiệm chủ yếu là do nhiệt độ cao do hư hỏng bên trong cell pin (ngắn mạch hoặc tăng điện trở bên trong) hoặc giải phóng nhiệt độ cao và áp suất cao tức thời do hoạt động bất thường trong cell pin do lực bên ngoài và nhiệt độ bên ngoài gây ra. Vụ nổ càng dữ dội. Điều này khác với kiểu và hiệu ứng của vụ nổ phản ứng hóa học TNT. Khi bột kim loại nhẹ hoặc chất dễ cháy trong cell pin tràn ra trong điều kiện nhiệt độ cao, nó đáp ứng các điều kiện cháy. Gây ra cháy. Các điều kiện cháy bền vững không đủ, có liên quan chặt chẽ đến đặc tính cháy của các thành phần gần điểm đánh lửa. Hiệu suất cháy của vật liệu bọc mẫu thử phải được biết trước khi thử nghiệm. Hiệu suất cháy của vật liệu có thể được đo trước, đặc biệt đối với các cụm pin / hệ thống có các thành phần tích hợp phức tạp. Đối với các mẫu đúc kim loại nhẹ hoặc vỏ nhựa giòn, quy mô va chạm hoặc phân tán mảnh vỡ có thể xảy ra trong vụ nổ cũng phải được tính đến.

7) Sử dụng lưới bảo vệ trong buồng thử nhiệt độ sẽ làm thay đổi sự phân bố nhiệt độ trong buồng thử. Phương pháp hiệu quả hơn là hiệu chuẩn môi trường nhỏ trong lưới bảo vệ. Hiệu chỉnh các thông số kiểm soát nhiệt độ.

8) Kiểm tra môi trường và kiểm tra hiệu suất của pin lithium-ion ô tô rất tốn kém từ giá trị của mẫu thử nghiệm đến chi phí thực hiện thử nghiệm. Toàn bộ thời gian thử nghiệm cũng rất dài. Đồng thời, phải thực hiện các biện pháp bảo vệ an toàn thiết yếu, điều này chắc chắn sẽ dẫn đến một số tổn thất bổ sung, chẳng hạn như mất cảm biến và hư hỏng thiết bị. Do đó, trước khi thử nghiệm, thử nghiệm phải được lập kế hoạch và thiết kế cẩn thận, và hoạt động phải được thực hiện cẩn thận trong thử nghiệm để ngăn ngừa sự cố trước khi nó xảy ra, để có được kết quả thử nghiệm hoàn chỉnh.

Nội dung cơ bản của bảo vệ

So với các loại pin điện khác, pin lithium-ion điện cho xe điện dễ gặp phải các điều kiện không an toàn như cháy nổ do đặc điểm điện hóa, đặc điểm cấu trúc và môi trường ứng dụng, chẳng hạn như không có sự chú ý đặc biệt trong quá trình thử nghiệm. Trong quá trình thử nghiệm , đặc biệt là trong các thử nghiệm có mức độ nghiêm trọng cao. Việc bảo vệ an toàn trong phòng thí nghiệm là một thực tế không thể tránh khỏi.

Để thuận tiện cho việc mô tả, các biện pháp bảo vệ được chia thành bảo vệ cơ sở phần cứng của nhân viên thử nghiệm và thiết bị (để bảo vệ trạng thái không an toàn do rò rỉ, vỡ, cháy và nổ) và các biện pháp bảo vệ cảnh báo sớm / kiểm soát phần mềm nhằm mục đích tránh trạng thái. Thiết kế cơ bản của bảo vệ. Cả hai khía cạnh đều phải được xem xét toàn diện và cả hai đều phải phù hợp và hiệu quả. Ngoài ra, khi xem xét các đối tượng được bảo vệ, chúng có thể được chia thành các khía cạnh sau.

1) Bảo vệ nhân sự trong quá trình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, trước tiên phải bảo vệ người vận hành thử nghiệm. Người vận hành thử nghiệm cũng phải là người thiết kế và thực hiện bảo vệ mềm, đồng thời cũng là đối tượng bảo vệ đầu tiên. Không thể tránh khỏi việc người vận hành thử nghiệm sẽ tiếp xúc gần với mẫu trong quá trình xử lý, rút ​​khỏi trạng thái thử nghiệm và chuyển kết nối thử nghiệm. Đồ bảo hộ cứng bao gồm kính bảo hộ, mặt nạ và mũ bảo hiểm; Găng tay cách điện dài (chống cháy, dễ tháo ra), các công cụ phù hợp để chạm và xử lý mẫu (phải dễ tiếp cận): áo khoác, váy và giày và ủng phù hợp (chống tia lửa, liên kết nhiệt độ cao, chống rơi vật nặng), v.v.: cũng phải thiết lập màn chắn bảo vệ thị giác. Thông qua sự kết hợp giữa bảo vệ mềm và cứng và lựa chọn đồ bảo hộ và phương pháp phù hợp, người vận hành thử nghiệm có thể thực hiện thử nghiệm tốt hơn và tránh bị thương.

2) Cần lưu ý rằng bảo vệ phần mềm có thể làm giảm nguy cơ xảy ra ở một mức độ nhất định, nhưng thoát khỏi thử nghiệm trước. Sẽ dẫn đến thử nghiệm không đầy đủ. Mục tiêu ảnh hưởng đến tiêu chí của thử nghiệm. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tăng cường bảo vệ thiết bị. Đối với hộp thử nghiệm môi trường khí hậu và băng ghế thử nghiệm độ rung có giá trị hơn. Ngoài các cơ sở bảo vệ vách ngăn chống cháy nổ và chống cháy nổ, các biện pháp chống mảnh vụn và bông nhớt cũng sẽ được thiết lập. Thiết bị thứ cấp sẽ duy trì kết nối hiệu quả và khoảng cách thích hợp với thiết bị chính như cảm biến nhiệt độ và máy đo gia tốc.

3) Bảo vệ mẫu thử ngay cả khi mẫu bị hỏng cũng có giá trị bảo quản. Các mẫu pin đơn lẻ được sắp xếp chặt chẽ và phải được bảo vệ khỏi ảnh hưởng và nhiễu trong quá trình thử nghiệm: một mặt, trạng thái nguy hiểm của cụm pin/hệ thống phải được phát hiện và xử lý kịp thời do lớp vỏ được che chắn. Ngăn chặn phản ứng dây chuyền của trạng thái nguy hiểm; Đồng thời, nếu có bất kỳ tình trạng nào xảy ra, mẫu phải được bảo quản càng xa càng tốt. Để phân tích.

4) Việc bảo quản dữ liệu thử nghiệm, chẳng hạn như quá trình cháy hoặc nổ, cảm biến nhiệt độ, máy đo gia tốc và các thiết bị chính khác gần hoặc gắn với mẫu có thể bị ảnh hưởng hoặc hư hỏng, nhưng các tín hiệu được truyền trước đó và dữ liệu được ghi lại vẫn sẽ có giá trị. Cho dù mẫu có vượt qua thử nghiệm hay không, những dữ liệu và thông tin này cũng có giá trị phân tích lớn. Hình ảnh và hình ảnh giám sát tại chỗ cũng là dữ liệu và nội dung thông tin quan trọng, cần được thu thập và phân loại.

5) Bảo vệ môi trường thử nghiệm trong trường hợp có điều kiện có thể đánh giá được trong môi trường thử nghiệm khép kín (như trong buồng thử nghiệm môi trường), thì thử nghiệm sẽ bị đình chỉ. Sau khi có bằng chứng (như chụp ảnh khói và lửa), thì đám cháy sẽ được dập tắt hiệu quả. Khí thải được thải ra qua kênh xả đặc biệt của hộp. Buồng thử nghiệm không có kênh xả chuyên dụng. Khói và khí chắc chắn sẽ xâm nhập vào địa điểm thử nghiệm. Lúc này, trước tiên, nhân viên phải có đồ bảo hộ hô hấp chống khói: phải có hệ thống thông gió và xả độc lập tương ứng tại địa điểm. Khí thải được thải ra qua kênh xả đặc biệt của hộp hoặc khí thải được thải ra bằng hệ thống thông gió tại địa điểm. Phải tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải do nơi đặt phòng thí nghiệm quy định và không được thải trực tiếp.

Cần lưu ý rằng khi dừng thử nghiệm. Ngay cả khi mẫu pin hoặc pin trong cụm pin/hệ thống không ở trạng thái, các hoạt động và phản ứng bên trong của nó thực tế vẫn chưa dừng lại hoặc lắng xuống. Đo nhiệt độ và quan sát ngoại hình vẫn phải tiếp tục, và thử nghiệm sẽ được rút lại theo các điều kiện phản ứng trễ theo yêu cầu của tiêu chuẩn.

6) Xử lý chất thải: Sau khi có bằng chứng kiểm tra chất thải, xử lý vô hại theo hướng dẫn của nhà cung cấp mẫu và thông số kỹ thuật liên quan của phòng thí nghiệm hoặc chuyển đến các cơ quan chuyên môn để xử lý hợp lý theo quy định và quy trình liên quan.

2. Phần mềm cảnh báo sớm / bảo vệ kiểm soát

Lấy mẫu thông qua đo lường và giám sát trực tuyến. Phân tích đường cong thời gian nhiệt độ thu thập được để hiểu tình hình cơ bản của trạng thái bên trong của mẫu được thử nghiệm trong thử nghiệm. Thiết lập các thông số và giới hạn theo đặc điểm của mẫu. Có thể cung cấp cảnh báo sớm về trạng thái mẫu cho người thử nghiệm. Cung cấp các tùy chọn để kiểm soát và bảo vệ thử nghiệm. Ngoài ra, thông tin hình ảnh được thu thập theo thời gian thực có thể cung cấp trợ giúp trực tiếp để thực hiện các biện pháp bảo vệ hiệu quả kịp thời sau khi trạng thái mẫu xảy ra.

2.1 Nhiệt độ

Trong điều kiện thử nghiệm chung, nhiệt độ và các đặc điểm biến đổi của từng cell được thử nghiệm ở mỗi giai đoạn sẽ được thảo luận. Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ của từng cell trong mẫu chủ yếu được theo dõi, bao gồm cả cell trong bộ pin/hệ thống.

Cảm biến sẽ được đặt tại tâm hình học của thân hoặc bề mặt của cell pin đơn. Xem xét từ nguyên lý thử nghiệm, nó nên được đặt ở vị trí nhạy cảm nhất với nhiệt độ; Hoặc gắn chặt vào vị trí “bất lợi nhất”, tức là vị trí có thể thu thập được các thông số bất lợi nhất.

Nhìn chung, các cặp nhiệt điện có quán tính nhiệt nhỏ, hằng số thời gian đáp ứng ngắn và chi phí sản xuất thấp có thể được sử dụng làm cảm biến đo nhiệt độ. UL khuyến nghị đường kính dây là 0,05 ~ 0,21mm² Cặp nhiệt điện. Cặp nhiệt điện phải gần bề mặt lõi. Cặp nhiệt điện có thể được đặt trên các tờ giấy mỏng hoặc nhãn. Thiết bị kiểm tra nhiệt độ kỹ thuật số đa kênh có thể liên tục phát hiện và ghi lại thiết bị thứ cấp, và được phân loại và phân tích bằng máy tính. Nó không chỉ có thể phát hiện trạng thái nhiệt độ theo thời gian thực mà còn cung cấp tốc độ thay đổi nhiệt độ và quy luật thay đổi của nó.

Kỹ sư thử nghiệm giàu kinh nghiệm. Trạng thái thực tế của mẫu có thể được đánh giá theo điều kiện tải của mẫu thử nghiệm và tốc độ thay đổi nhiệt độ và tốc độ thay đổi nhiệt độ hoặc tốc độ thay đổi nhiệt độ. Trên cơ sở này, cảnh báo trạng thái thiết lập hoặc cảnh báo sớm “nhiệt độ lỗ đóng” và “nhiệt độ phá màng” là một khung tham chiếu có ý nghĩa. Nói chung, cảnh báo hoặc cài đặt trước trạng thái mẫu nên trước khoảng 5K. Tốc độ thay đổi nhiệt độ và tốc độ thay đổi có thể được gọi là cảnh báo trạng thái hoặc nhận dạng mức cảnh báo sớm.

2.2 Bố trí cảm biến

Đo nhiệt độ phải được thực hiện trên mỗi cell. Bao gồm cả bộ pin/hệ thống, cảm biến phải được đặt ở vị trí nhạy cảm nhất với nhiệt độ của cell pin. Ngay cả khi tích hợp sản phẩm của bộ pin/hệ thống bị cản trở, hãy cố gắng thương lượng với nhà cung cấp để áp dụng các phương pháp thích hợp để hiện thực hóa hệ thống đo lường, có thể không yêu cầu độ chính xác cao, nhưng phản hồi phải nhanh; Khoảng thời gian kiểm tra tuần tra phải đồng đều. Do đó, có thể thu được các thông số tốc độ tăng nhiệt độ đáng tin cậy. Hệ thống đo lường bao gồm cảm biến nhiệt độ phải được hiệu chuẩn trước khi thử nghiệm.

2.3 Các thông số khác

Trong quá trình thử nghiệm, các thông số khác như điện áp đầu cuối, dòng điện và điện trở bên trong tương đương được lấy gián tiếp từ mẫu cell đơn được thử nghiệm. Trạng thái hoạt động thực tế của mẫu được thử nghiệm có thể được xác định chính xác hơn. Ngay cả thông qua so sánh lấy mẫu. Trạng thái tương đối của mẫu trong bộ cell pin của toàn bộ hệ thống/bộ pin được phân tích. Các phép đo và tính toán này được chỉ định trong một số mục thử nghiệm hiệu suất. Do các vấn đề về khối lượng thu thập dữ liệu và tốc độ xử lý, và số lượng lớn các thiết bị được sử dụng, khối lượng công việc chuẩn bị thử nghiệm cũng rất lớn. Việc có được sử dụng để bảo vệ an toàn trong phòng thí nghiệm hay không tùy thuộc vào tình hình thực tế của phòng thí nghiệm.

2.1.2 Thử nghiệm quá tải/xả quá ngưỡng

Để đánh giá chức năng của hệ thống bảo vệ quá tải/xả quá mức, có thể xảy ra khi việc sạc hoặc xả pin vượt quá giới hạn do nhà sản xuất khuyến nghị, chẳng hạn như hỏng bộ sạc. Hầu như tất cả các tiêu chuẩn và quy định đều quy định mục kiểm tra này

Các mối nguy hiểm an toàn quan trọng trong quá trình sạc quá mức là sự phân hủy chất điện phân, sự cố catốt và anot, sự thoái hóa màng ngăn và sự phân hủy tỏa nhiệt của lớp phủ lithium, dẫn đến pin quá nhiệt và nhiệt độ không thể kiểm soát. Nếu đạt đến nhiệt độ đủ cao (ví dụ 200 ℃), chất kết dính flo sẽ trải qua phản ứng tỏa nhiệt với cacbon lithium. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm bao gồm tốc độ sạc và SOC cuối cùng.

Đối với thử nghiệm quá tải, sạc pin theo dòng điện sạc được chỉ định trong tiêu chuẩn cho đến khi đạt được điều kiện sạc cuối đã đặt (như 200% SOC, 130% SOC, v.v.) hoặc sử dụng thiết bị bảo vệ (như ngắt sạc, giảm dòng điện, v.v.). Có sự khác biệt lớn trong các quy định của một số tiêu chuẩn và quy định về dòng điện sạc quá tải và điều kiện cuối sạc, dẫn đến sự khác biệt lớn trong kết quả thử nghiệm và kết quả thử nghiệm của các tiêu chuẩn và quy định khác nhau không thể so sánh được. Nhiệt độ bắt đầu của sự chạy trốn nhiệt của pin quá tải (SOC> 100%) cho thấy nhiệt độ bắt đầu thấp hơn (trong khoảng 65 ~ 80 ℃).

Tai nạn nghiêm trọng thường xảy ra với các cell pin bị sạc quá mức nghiêm trọng (ví dụ: gấp đôi dung lượng định mức), nhưng các chu kỳ sạc/xả lặp đi lặp lại ở mức sạc quá mức trung bình (110% SOC) cũng có thể dẫn đến đoản mạch bên trong hoặc hỏng pin.

Kiểm tra quá tải (hoặc xả cưỡng bức) cũng rất quan trọng. Nguy cơ an toàn trong quá trình xả quá mức là đảo ngược cực, dẫn đến quá trình oxy hóa bộ thu anot và mạ ở phía catot. Ngay cả quá tải nhỏ cũng có thể dẫn đến hình thành dendrite và cuối cùng là đoản mạch. Trong quá trình kiểm tra quá tải, hãy xả pin đã sạc đầy (ví dụ: tốc độ 1C trong 1,5 giờ hoặc tốc độ xả C / 3 cho đến khi thiết bị được kiểm tra ngắt hoặc giới hạn quá trình xả). Các thông số kiểm tra của các tiêu chuẩn và quy định khác nhau rất khác nhau. Có thể kết luận rằng kết quả kiểm tra có thể phụ thuộc vào các tiêu chuẩn hoặc quy định được tuân theo. Do đó, cần phải thống nhất các thông số kiểm tra cho các thử nghiệm có thể so sánh được.

2.2 Thử nghiệm môi trường khắc nghiệt

Thử nghiệm môi trường nhằm mục đích đánh giá hiệu suất an toàn của hệ thống trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, chẳng hạn như hỏa hoạn do nhiệt độ môi trường ở các khu vực khác nhau hoặc tai nạn do thời tiết khắc nghiệt. Các thử nghiệm môi trường khắc nghiệt phổ biến nhất được mô tả dưới đây: thử nghiệm sốc nhiệt và chu kỳ, thử nghiệm ổn định nhiệt, thử nghiệm quá nhiệt và thử nghiệm cháy bên ngoài.

2.2.1 Thử nghiệm chu kỳ và sốc nhiệt độ

Bài kiểm tra này rất quan trọng để đánh giá những thay đổi về tính toàn vẹn của DUT do tiếp xúc với những thay đổi nhiệt độ cực độ và đột ngột (ví dụ, sự giãn nở và co lại của các thành phần pin khi xe vào hoặc ra khỏi gara có sưởi ấm hoặc đông lạnh trong quá trình vận chuyển). Trong quá trình kiểm tra sốc nhiệt độ và chu kỳ, DUT sẽ chịu được hai giới hạn nhiệt độ, nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp, và duy trì thời gian quy định dưới mỗi giới hạn nhiệt độ. Các bài kiểm tra sốc nhiệt độ và chu kỳ được mô tả trong các tiêu chuẩn và quy định có các giới hạn nhiệt độ tối đa khác nhau. Giới hạn nhiệt độ thấp hơn của tất cả các tiêu chuẩn và quy định là – 40 ° C (nhiệt độ tối thiểu của IEC62660-2 khi vận hành trực tiếp là – 20 ℃), mặc dù giới hạn nhiệt độ cao hơn là khác nhau.

Điều đáng chú ý là UN / ECER-100 .02:2013 cho phép vận hành thiết bị bảo vệ trong quá trình thử nghiệm này, trong khi ở các tiêu chuẩn quốc tế khác, thiết bị bảo vệ bị vô hiệu hóa, điều này làm cho các điều kiện thử nghiệm trở nên nghiêm ngặt hơn.

2.2.2 Thử nghiệm độ ổn định nhiệt

Thử nghiệm này rất quan trọng để đánh giá độ ổn định của pin ở nhiệt độ cao nhằm xác định nhiệt độ bắt đầu của pin bị mất kiểm soát nhiệt hoặc độ ổn định ở nhiệt độ cao. Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ của pin sẽ được tăng theo các bước 5 ℃ / phút, tăng đến nhiệt độ quy định và duy trì trong 30 phút hoặc cho đến khi xảy ra hư hỏng lớn đối với DUT.

Quy định của SAEJ2464:2009 nghiêm ngặt hơn. Không chỉ yêu cầu tốc độ tăng nhiệt độ là 5 ℃ / phút, mà còn phải duy trì trong 30 phút ở mỗi bước nhiệt độ, mà còn phải đạt nhiệt độ tối đa là 300 ℃ (cao hơn nhiệt độ làm việc tối đa của pin) cho đến khi nhiệt độ đạt 300 ℃ hoặc xảy ra hiện tượng tự gia nhiệt (lớn hơn 1,0 ℃ / phút). Được sử dụng để đánh giá thời gian bắt đầu chạy trốn nhiệt và độ ổn định nhiệt của pin.

Các tiêu chuẩn khác đánh giá hiệu suất của pin ở nhiệt độ cao. Mục đích không phải là để đạt được trạng thái nhiệt độ cao, mà là để đánh giá độ ổn định nhiệt của DUT ở nhiệt độ đó. Pin được thêm vào theo các bước 5 ℃ / phút từ nhiệt độ phòng, tăng lên 130 ℃ và đặt ở nhiệt độ này trong 30 phút. Mặc dù độ ổn định nhiệt rất quan trọng đối với sự an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng, nhưng chúng không được yêu cầu rộng rãi trong tất cả các tiêu chuẩn.

2.2.3 Thử nghiệm quá nhiệt

Kiểm tra quá nhiệt (còn được gọi là sạc/xả nhanh, kiểm tra bảo vệ quá nhiệt) nhằm đánh giá tác động của lỗi kiểm soát nhiệt độ hoặc lỗi chức năng bảo vệ khác đối với tình trạng quá nhiệt bên trong pin.

Đối với thử nghiệm này, cả tiêu chuẩn EU và quốc tế đều yêu cầu hệ thống kiểm soát nhiệt chủ động (ví dụ như hệ thống làm mát) của DUT phải được tắt và thử nghiệm xả điện tích phải được thực hiện liên tục. Không có khoảng thời gian giữa quá trình sạc và xả, điều này sẽ dẫn đến nhiệt độ của DUT tăng lên. Ba tiêu chuẩn quốc tế yêu cầu thử nghiệm phải được thực hiện trong không gian hạn chế để đánh giá khả năng bắt lửa của bất kỳ vật liệu khí nào thoát ra từ pin trong quá trình thử nghiệm.

Tiêu chuẩn UN / ECE-R100.02:2013 có liên quan không yêu cầu thử nghiệm phải được tiến hành trong không gian hạn chế. Tất cả các tiêu chuẩn đều yêu cầu chấm dứt thử nghiệm trong trường hợp DUT bị hỏng (ví dụ, rò rỉ chất điện phân, vỡ, cháy hoặc nổ).

2.2.4 Thử lửa bên ngoài

Mục đích của thử nghiệm cháy bên ngoài là đánh giá nguy cơ nổ của pin hoặc xe khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc ngọn lửa bên ngoài. Nguồn cháy có thể do rò rỉ nhiên liệu từ chính xe hoặc các xe gần đó.

Ba loại thử nghiệm:

(1) Kiểm tra nhiệt bức xạ: Pin SAEJ 2464:2009 (100% SOC)

Đặt trong một thiết bị kim loại hình trụ, được làm nóng bằng bức xạ. Nhiệt độ phải đạt 890 ℃ trong vòng 90 giây và duy trì trong 10 phút. Ghi lại quá trình thử nghiệm pin hoặc sau khi thử nghiệm, bao gồm biến dạng, rò rỉ, cháy, nổ, v.v.

(2) Thử nghiệm đạn: SAEJ 2929:2013 phơi DUT trong ngọn lửa đồng đều và bao quanh DUT bằng lưới thép, sao cho các mảnh vỡ do pin nổ không thể xuyên qua lưới thép. Toàn bộ hệ thống pin phải chịu nhiệt độ cao và môi trường ngọn lửa cho đến khi hệ thống pin cháy hoàn toàn. Khi đạt đến điều kiện này, hãy tháo nguồn nhiệt bên ngoài và nguồn lửa và để hệ thống pin tiếp tục cháy. Khi không nhìn thấy ngọn lửa, thử nghiệm đã hoàn tất và thời gian quan sát bắt đầu sau khi thử nghiệm.

(3) Thử nghiệm đốt cháy chảo dầu: thử nghiệm được mô tả trong UN / ECE-R 100.02: 2013 và iso6469-1: 2019 được thực hiện bằng cách đốt nhiên liệu trong chảo dầu. DUT được đặt trên bàn ma sát phía trên đĩa thử nghiệm đã nạp nhiên liệu. Trong quá trình thử nghiệm, đốt cháy nhiên liệu trong đĩa thử nghiệm cách DUT ít nhất 3M và làm nóng trước DUT trong 60 giây. Sau đó, đặt chảo nhiên liệu bên dưới DUT (khoảng cách là 50cm hoặc chiều cao từ mặt đất của bề mặt đáy của đối tượng thử nghiệm khi xe không tải hoặc theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và khách hàng) và phơi DUT trực tiếp vào ngọn lửa trong 70 giây. Đậy tấm che chịu lửa trên chảo dầu và thử nghiệm DUT ở trạng thái này trong 60 giây. Tháo khay dầu và quan sát trong 3 giờ theo UN / ECE-R 100.02:2013 và ISO 6469-1:2019 hoặc cho đến khi DUT đạt đến nhiệt độ môi trường. Nếu không có dấu hiệu nổ trong quá trình thử nghiệm, thì thử nghiệm được thông qua.

3. Kết luận

Bài báo này thực hiện phân tích so sánh toàn diện các tiêu chuẩn và quy định khác nhau về hiệu suất an toàn của pin lithium-ion cho xe điện trong các hạng mục thử nghiệm về an toàn điện và môi trường khắc nghiệt. So sánh các thông số và điều kiện thử nghiệm được sử dụng trong các phương pháp thử nghiệm được mô tả trong các tiêu chuẩn và quy định này. Các kết luận sau đây được rút ra từ phân tích đã thực hiện:

Các điều kiện thử nghiệm (ví dụ SOC, nhiệt độ) của một số thử nghiệm (ví dụ quá tải, sốc nhiệt, cháy bên ngoài, v.v.) khá rộng. Điều này khiến các tiêu chuẩn khác nhau không thể có được dữ liệu và sự khác biệt về các thông số có thể là do các kịch bản khác nhau được các nhà sản xuất tiêu chuẩn xem xét. Để thực hiện thử nghiệm công bằng và tương đương, nên thống nhất các thông số và điều kiện thử nghiệm. Vì trường hợp xấu nhất thường tương ứng với SOC tối đa, nên việc thực hiện các thử nghiệm có liên quan trong trường hợp này là hợp lý. Hầu hết các tiêu chuẩn đã yêu cầu 100% SOC, nhưng quy định UN / ECE-R100.02:2013 cho phép thử nghiệm ở mức không dưới 50% SOC.

Cũng cần chú ý đến khả năng so sánh của các thử nghiệm thành phần của cell pin, mô-đun và bộ pin. Ví dụ, đã chỉ ra rằng dòng điện ban đầu xảy ra trong thử nghiệm ngắn mạch bị ảnh hưởng bởi kích thước của DUT và loại kết nối của nó (tức là song song hoặc nối tiếp).

Theo quan điểm về an toàn điện và yêu cầu thử nghiệm môi trường khắc nghiệt đối với pin lithium-ion (cell pin, mô-đun pin, bộ pin hoặc hệ thống) dành cho xe điện, các điều kiện thử nghiệm theo yêu cầu của các tiêu chuẩn và quy định khác nhau là không nhất quán, do đó kết quả thử nghiệm của cùng một hạng mục thử nghiệm không thể so sánh được.

Pin lithium-ion công suất phải vượt qua một loạt các bài kiểm tra an toàn trước khi có thể sử dụng trong xe điện. Các bài kiểm tra an toàn này nhằm mục đích hiểu và xác định điểm yếu và điểm yếu tiềm ẩn của pin trong điều kiện bất thường và xác định hiệu suất của pin trong điều kiện khắc nghiệt. Do hạn chế về không gian, tác giả chỉ phân tích và tóm tắt các tiêu chuẩn và quy định quốc tế về an toàn điện và thử nghiệm môi trường khắc nghiệt của pin lithium-ion cho xe điện và thảo luận về các vấn đề hiện có trong các tiêu chuẩn.

1. Tổng quan về tiêu chuẩn, quy chuẩn trong nước và nước ngoài

Các tiêu chuẩn quốc tế quan trọng liên quan đến thử nghiệm an toàn và môi trường khắc nghiệt của khí pin lithium ion dùng cho xe điện bao gồm:

IEC62660-2:2011 pin lithium ion Phần 2: thử nghiệm độ tin cậy và lạm dụng;

Tiêu chuẩn ISO6469-1:2019 yêu cầu an toàn cho xe điện, Phần 1: Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại; (tiêu chuẩn thử nghiệm iso12405-3:2014 cho bộ pin kéo lithium ion và hệ thống xe điện, Phần 3: Yêu cầu về hiệu suất an toàn đã bị thu hồi và thay thế bằng iso6469-1:2019);

SAEJ2464:2009 thử nghiệm an toàn và lạm dụng hệ thống lưu trữ năng lượng sạc lại cho xe điện và xe điện hybrid;

Tiêu chuẩn an toàn SAEJ2929:2013 cho hệ thống pin lithium ion điện và hybrid – pin sạc gốc lithium.

Các quốc gia thành viên EU thông qua quy định kỹ thuật ECER100.02 “Các quy định thống nhất về chứng nhận xe liên quan đến các yêu cầu đặc biệt đối với hệ thống truyền động điện” do Ủy ban Kinh tế Liên hợp quốc về Châu Âu ban hành vào ngày 15 tháng 7 năm 2013 như một tiêu chuẩn bắt buộc.

Phần thứ nhất áp dụng cho hệ thống truyền động điện của xe cơ giới đường bộ loại m và loại n, có tốc độ thiết kế tối đa lớn hơn 25km/h và được trang bị một hoặc nhiều động cơ kéo điện; Phần thứ hai áp dụng cho các yêu cầu an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng sạc lại (REES) cho xe cơ giới đường bộ loại m và loại n được trang bị một hoặc nhiều động cơ kéo điện và không được kết nối cố định với lưới điện.

2. An toàn điện và thử nghiệm môi trường nghiêm ngặt của pin lithium ion cho nguồn điện lithium ion ô tô

Bài báo này chủ yếu phân tích và thảo luận về các tiêu chuẩn thử nghiệm an toàn cho pin lithium-ion dùng cho ô tô, và không liên quan đến các tiêu chuẩn và quy định thử nghiệm ở cấp độ xe. Bảng 1 tóm tắt các hạng mục thử nghiệm phổ biến nhất được chỉ định trong các tiêu chuẩn và quy định quốc tế và trong nước liên quan đến pin lithium-ion dùng cho xe điện (bài báo này chỉ thảo luận về thử nghiệm hiệu suất an toàn điện và thử nghiệm môi trường khắc nghiệt). Một số tiêu chuẩn quy định rằng trong một số trường hợp, thử nghiệm có thể được thực hiện theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và khách hàng. Thử nghiệm có thể được thực hiện riêng biệt ở nhiều cấp độ khác nhau và sẽ được phân loại theo thiết bị được thử nghiệm (DUT): cụm pin (c), mô-đun pin (m), cụm pin hoặc hệ thống (P) và xe (V). Các tiêu chuẩn và quy định đặt ra các yêu cầu đạt và không đạt cho mỗi thử nghiệm, đó là “không cháy” “Không nổ”, “không vỡ” và “không rò rỉ” là tiêu chí chấp nhận của thử nghiệm, trong khi tiêu chí đạt và không đạt về phòng cháy chỉ là “không nổ”.

2.1 Thử nghiệm an toàn điện

2.1.1 Thử nghiệm ngắn mạch ngoài

Mục đích của thử nghiệm là đánh giá hiệu suất an toàn của DUT trong trường hợp ngắn mạch bên ngoài. Thử nghiệm này được sử dụng để đánh giá trạng thái kích hoạt của thiết bị bảo vệ quá dòng hoặc dòng điện chịu được của pin mà không đạt đến tình huống nguy hiểm (ví dụ: nhiệt độ tăng đột biến, nổ, hỏa hoạn). Một yếu tố rủi ro quan trọng là nhiệt độ tăng đột biến do sự hiện diện của một lượng nhiệt lớn, hồ quang có thể làm hỏng mạch hoặc làm giảm điện trở cách điện.

Trong quá trình thử nghiệm, hãy kết nối cực dương và cực âm của pin với một phần tử điện trở thấp (ví dụ 5, 10 hoặc 20m Ω) từ bên ngoài, làm ngắn mạch từ bên ngoài trong vòng chưa đầy 1 giây và duy trì trong thời gian quy định (ví dụ 10 phút) hoặc cho đến khi thiết bị bảo vệ quá dòng (nếu có) được sử dụng. Nói chung, cầu chì, bộ ngắt mạch (linh kiện thụ động) và tiếp điểm (linh kiện chủ động) Được sử dụng để ngăn ngừa quá dòng ở cấp độ mô-đun pin hoặc cụm pin.

Thiết bị ngắt dòng điện tích hợp hoặc thiết bị hệ số nhiệt dương được sử dụng để bảo vệ quá dòng ở cấp độ cell pin. Nếu áp suất và/hoặc nhiệt độ bên trong đạt đến giới hạn, kết nối giữa mạch bên trong và đầu cuối của nó có thể bị ngắt kết nối hoặc dòng điện chạy qua có thể bị hạn chế. Các đặc điểm thời gian của các thiết bị bảo vệ này xác định thời gian phản hồi của việc ngắt kết nối hoặc giới hạn dòng điện. Dòng điện càng cao, quá trình ngắt có thể diễn ra càng nhanh.

Nếu dòng điện không đủ cao (ví dụ, SOC thấp) hoặc dòng điện giảm nhanh, dòng điện có thể không bị ngắt, nhưng những điều này có thể dẫn đến nguy hiểm. Do đó, tiêu chuẩn yêu cầu điện trở ngắn mạch phải ở mức tối thiểu trong trường hợp ngắn mạch cứng bên ngoài hoặc ngắn mạch mềm khi điện trở bên ngoài tương đương với điện trở bên trong của DUT.

Như đã đề cập trước đó, tiêu chuẩn hoặc quy định yêu cầu một điện trở bên ngoài cố định, không phụ thuộc vào kích thước của DUT. Tuy nhiên, dòng điện ngắn mạch ban đầu bị ảnh hưởng bởi kích thước của DUT và loại kết nối của nó (tức là song song, nối tiếp hoặc kết hợp cả hai). Do đó, sử dụng cùng một kết nối điện trở bên ngoài cho các DUT có kích thước và loại kết nối khác nhau có thể dẫn đến sự không tương thích của dòng điện ngắn mạch ban đầu của mỗi ô pin. Do đó, một số tiêu chuẩn quy định rằng điện trở bên ngoài phải nhỏ hơn nhiều so với trở kháng dòng điện một chiều của DUT đối với ngắn mạch cứng. Đối với ngắn mạch mềm, dòng điện ngắn mạch ban đầu là lớn vì điện trở ngắn mạch bên ngoài cao hơn điện trở của DUT. Nó được kiểm soát bởi điện trở bên ngoài, do đó dòng điện ngắn mạch ban đầu không phụ thuộc vào kích thước của hệ thống lưu trữ năng lượng pin.

Nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến điện trở bên trong của ắc quy, tức là phản ứng điện hóa và tốc độ truyền; do đó, dòng điện ban đầu càng cao, nhiệt độ càng cao sẽ dẫn đến nhiệt độ cao, dẫn đến nhiều nhiệt hơn. Hơn nữa, nhiệt độ càng cao, nhiệt độ DUT càng gần với nhiệt độ của sự mất kiểm soát nhiệt. Các tiêu chuẩn và quy định trong Bảng 2 không yêu cầu thử nghiệm ngắn mạch ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, việc thực hiện thử nghiệm ngắn mạch ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng là phù hợp Có, vì xe có khả năng đạt đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng khi đỗ ngoài trời, lái xe hoặc khi hệ thống làm mát bị hỏng.

Một thông số khác ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm là trạng thái sạc (SOC). Trường hợp xấu nhất đạt được ở SOC cao, vì dòng điện ngắn mạch ban đầu là lớn nhất, dễ dẫn đến hiện tượng mất kiểm soát nhiệt. Do đó, hầu hết các tiêu chuẩn đều yêu cầu thử nghiệm ở 100% công suất định mức. Tuy nhiên, đối với UN / ECE-R100.02:2013, thử nghiệm có thể được thực hiện ở 50% SOC (hoặc cao hơn).