Tiêu chuẩn kiểm tra pin điện EV Lithium Ion-Phần 1
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).
