Trong những năm gần đây, các quốc gia trên thế giới liên tục tăng cường chính sách hỗ trợ cho xe năng lượng mới, các công ty ô tô như Tesla cũng đã tung ra các mẫu xe mới. Điều này đã dẫn đến sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường xe điện toàn cầu. Tuy nhiên, các vụ tai nạn cháy nổ xe điện đã xảy ra nhiều lần, khiến vấn đề an toàn trở thành trọng tâm của người tiêu dùng. Trong bối cảnh này, các quốc gia và tổ chức quốc tế có liên quan đã ban hành các tiêu chuẩn về thử nghiệm an toàn pin điện để chuẩn hóa việc sử dụng pin điện an toàn.

Hiện nay, các tiêu chuẩn/thông số kỹ thuật quốc tế liên quan đến tính an toàn của pin điện được thể hiện trong hình. Trong số đó, các tiêu chuẩn do ISO (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế), IEC (Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế) và SAE International (Hiệp hội Kỹ sư Ô tô) ban hành là các tiêu chuẩn quốc tế, có ý nghĩa tham chiếu mạnh mẽ đối với các tiêu chuẩn quốc gia, Theo quy định trong JIS C8715-2-2012 Pin lithium thứ cấp cho các ứng dụng công nghiệp – Phần 2: Yêu cầu về thử nghiệm và an toàn của Nhật Bản, các tiêu chuẩn IEC 62660 series được ưu tiên cho pin cho xe cơ giới.

UL 2580 là tiêu chuẩn pin lithium điện do Underwriters Laboratories (UL) của Hoa Kỳ ban hành. Tiêu chuẩn này bao gồm nhiều nội dung, bao gồm hiệu suất điện, tính phù hợp với môi trường và các yêu cầu về an toàn của từng loại pin, mô-đun pin, cụm pin và hệ thống pin, cũng như các thử nghiệm an toàn cơ bản đối với các thành phần pin trên dây chuyền sản xuất. Đồng thời, tiêu chuẩn này cũng tăng cường các yêu cầu đánh giá an toàn trong hệ thống quản lý pin, hệ thống làm mát và thiết kế mạch bảo vệ. ECE R100 là quy định về xe của Ủy ban Kinh tế Liên hợp quốc tại Châu Âu. Tiêu chuẩn được chia thành hai phần. Phần 2 của tiêu chuẩn nêu chi tiết về tính an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại (REES) cho xe. Ngoài các tiêu chuẩn trên, FreedomCAR của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ có kế hoạch ra mắt sổ tay kiểm tra an toàn cho pin điện dành cho xe điện vào năm 2005, trong đó cung cấp các điều khoản toàn diện về thử nghiệm an toàn của pin điện.

Theo đặc điểm của các hạng mục kiểm tra, kiểm tra an toàn nói chung có thể được chia thành kiểm tra an toàn cơ học (rung, va đập, rơi, đâm thủng, v.v.), kiểm tra an toàn môi trường (sốc nhiệt, độ ổn định nhiệt, cháy, v.v.) và kiểm tra an toàn điện (ngắn mạch, quá tải, xả quá mức, v.v.). Trong số đó, chu kỳ sốc nhiệt, ngắn mạch, quá tải, xả quá mức, rung, va đập cơ học, đùn và các dự án khác được sử dụng rộng rãi sẽ được mô tả chi tiết dưới đây.

1.An toàn cơ khí

1.1 Rung động

Rung động là điều không thể tránh khỏi trong quá trình lái xe điện. Do đó, hầu hết các tiêu chuẩn/thông số kỹ thuật trong bài báo này đều liệt kê rung động là một mục kiểm tra an toàn. Tần số, mật độ phổ công suất và các thông số khác của thử nghiệm rung động thay đổi rất nhiều trong các tiêu chuẩn khác nhau. Thử nghiệm quét hình sin thường được sử dụng để xác định cộng hưởng sản phẩm, trong khi rung động ngẫu nhiên thường mô phỏng cảnh cuộc sống hàng ngày mà mẫu sẽ trải qua.

Các thông số rung động của ISO 12405-1 (2.3) và IEC 62660-2 (3) tham chiếu đến IEC 60068-2-64. Tiêu chuẩn trước đây là tiêu chuẩn (loạt) duy nhất được liệt kê trong Bảng 3 yêu cầu thử nghiệm rung động ở các nhiệt độ khác nhau (- 40 ℃, + 25 ℃, + 75 ℃). Thử nghiệm rung động ban đầu của GB/T 31467.3-2015 tham chiếu đến các tiêu chuẩn loạt ISO 12405 và các thông số rung động giống nhau. Năm 2017, tiêu chuẩn đã thay đổi thử nghiệm rung động thành rung động hình sin và các thông số thử nghiệm cụ thể giống như ECE R100-02. Quét hình sin của SAE J2929 2013 tham chiếu đến UN 38.3-2015 và rung động ngẫu nhiên tham chiếu đến SAEJ2380. Quét hình sin chỉ định rằng các thông số thử nghiệm khác nhau được chọn theo chất lượng của mẫu. Độ rung của pin đơn trong UL 2580-2013 [16] gián tiếp đề cập đến IEC 60068-2-64 thông qua IEC 62660-2.

Độ rung của mô-đun pin và ngăn xếp pin đề cập đến SAE J2380. Mặc dù độ rung ngẫu nhiên của FreedomCAR không nêu rõ là đề cập đến SAE J2380, nhưng các thông số rung của nó giống với thông số sau. Theo quan điểm về thời lượng thử nghiệm rung, thời gian dài nhất là 92,6 giờ và thời gian ngắn nhất là 3 giờ. Có thể thấy rằng thử nghiệm rung đại diện nhiều hơn cho việc lạm dụng pin trong thời gian ngắn hơn là độ bền cơ học trong thời gian dài. IEC63660-2 (3) không đề cập đến hướng rung. ECE R100-02-2013 và GB/T 31487.3-2015 [11] chỉ rung theo hướng thẳng đứng. Các tiêu chuẩn khác rung theo ba hướng vuông góc với nhau, có thể đánh giá toàn diện độ rung mà pin có thể phải chịu trong quá trình sử dụng. Đối với trạng thái sạc (SOC) của các mẫu thử nghiệm, các quy định của nhiều tiêu chuẩn khác nhau thay đổi từ 20% đến 100%.

1.2 Sốc cơ học

Va chạm cơ học nhằm mục đích đánh giá tác động của việc tăng tốc/giảm tốc đột ngột của xe điện lên pin. Từ việc tăng tốc và giảm tốc trong quá trình lái xe bình thường, áp lực lên lề đường khi lái xe ở tốc độ cao đến tai nạn xe hơi, các tình huống này có thể được mô phỏng hoặc mô phỏng một phần thông qua tác động cơ học. Có sự khác biệt lớn trong các quy định của các tiêu chuẩn/thông số kỹ thuật khác nhau về các điều kiện thử nghiệm (gia tốc cực đại, thời gian, v.v.) của tác động cơ học. Ngoài ra, ISO 12405-3-2014 cũng tham chiếu đến ECE R100-02 trong mục nhập tác động cơ học, nhưng thử nghiệm tác động cơ học của sau này sẽ là thử nghiệm va chạm.

Cả SAE J2464 2009 và SAE J2929 2013 đều tham chiếu đến UN 38.3-2015. Các thông số thử nghiệm được lựa chọn theo khối lượng của mẫu. Gia tốc cực đại với khối lượng nhỏ là lớn và thời gian ngắn. Hai tiêu chuẩn này áp dụng gia tốc cực đại cao hơn nhiều so với các tiêu chuẩn khác cho pin đơn và mô-đun pin/hệ thống pin có khối lượng nhỏ hơn. Mặc dù phạm vi áp dụng khác nhau, các thử nghiệm va đập cơ học của sáu tiêu chuẩn, chẳng hạn như ISO 12405-1 (2.3), IEC 62660-2 (3) và UL 2580-2013, đã gián tiếp tham chiếu đến IEC 60068-2-27 thông qua ISO 16750-3. FreedomCAR chia thử nghiệm va đập thành hai mức: mức thấp (mẫu có thể không bị hư hỏng sau khi thử nghiệm) và mức trung bình (mẫu có thể không hoạt động bình thường sau khi thử nghiệm). Ngoài ra, FreedomCAR cho phép sử dụng các dạng sóng xung khác ngoài sóng nửa sin, trong khi các tiêu chuẩn khác yêu cầu sử dụng sóng nửa sin. Thời lượng do FreedomCAR chỉ định dài hơn các tiêu chuẩn khác và gia tốc cực đại thấp hơn các tiêu chuẩn khác.

1.3 Sự cố

Mục đích của ngày thử nghiệm va chạm là để xác minh hiệu suất an toàn của mẫu dưới tải trọng quán tính do va chạm xe gây ra, vì vậy nó cũng được gọi là tải trọng quán tính khi va chạm xe trong ISO 12405-32014. Mục thử nghiệm này có một số điểm tương đồng với tác động cơ học. ECE R100-02-2013, mặc dù được gọi là va chạm cơ học, nhưng thực chất là một thử nghiệm va chạm. Ngoài ra, hai tiêu chuẩn ISO 12405-3: 2014 và GB/T 31467.3-2015 cũng chỉ định các mục thử nghiệm. Điều đáng nói là các thông số thử nghiệm của thử nghiệm va chạm của ba tiêu chuẩn là giống hệt nhau. Giá trị gia tốc của thử nghiệm va chạm thấp hơn nhiều so với thử nghiệm va chạm cơ học và thời gian xung dài hơn so với thử nghiệm va chạm cơ học.

1.4 Nghiền nát

Thử nghiệm nghiền được sử dụng để đánh giá tác động của lực liên tục lên hình dạng và hiệu suất an toàn của pin khi xe gặp tai nạn hoặc lực bên ngoài khác. Thử nghiệm này được gọi là lực tiếp xúc khi xe va chạm trong ISO 12405-3:2014 và tính toàn vẹn của vỏ pin trong SAE J2929 2013. Thử nghiệm đùn thường tác dụng lực vào pin thông qua một tấm thép có hình dạng được chỉ định cho đến khi đạt đến giá trị áp suất được chỉ định hoặc xảy ra biến dạng nhất định hoặc sụt điện áp đột ngột.