Tiêu chuẩn an toàn về lưu trữ năng lượng của pin lithium-ion – Phần 3
2.1 So sánh các yêu cầu về an toàn kết cấu
Tiêu chuẩn UL1973 đưa ra các yêu cầu chi tiết và cụ thể hơn đối với vỏ sản phẩm. Ví dụ, có các yêu cầu cụ thể đối với vỏ không phải kim loại, vỏ kim loại, tay cầm hỗ trợ treo tường, cáp và đầu cuối. Về các khía cạnh này, tiêu chuẩn IEC và GB không có yêu cầu về thông số kỹ thuật chi tiết, mà chỉ yêu cầu vỏ không được vỡ trong các thí nghiệm có liên quan, dẫn đến tiếp xúc với vật liệu bên trong hoặc rò rỉ chất lỏng. Tiêu chuẩn UL cũng quy định về nối đất bảo vệ đáng tin cậy của vỏ, trong khi IEC và GB không có thông số kỹ thuật nối đất bảo vệ cho hệ thống pin, được thực hiện theo các tiêu chuẩn điện có liên quan, dễ bị bỏ qua trong quá trình kiểm tra.
2.2 So sánh các yêu cầu an toàn cho pin
An toàn thân pin ở đây đề cập đến các yêu cầu thử nghiệm liên quan trực tiếp đến pin, chẳng hạn như thử nghiệm quá tải và xả. Tiêu chuẩn quốc gia chỉ định các yêu cầu thử nghiệm pin và phương pháp thử nghiệm theo ba cấp độ của đơn vị pin, mô-đun pin và cụm pin (hệ thống). UL và IEC chỉ ra đối tượng thử nghiệm trong mỗi lần thử nghiệm. Về mặt an toàn thân pin, sự khác biệt giữa ba cấp độ này không quá lớn. Ở một số nơi, các yêu cầu của tiêu chuẩn quốc gia thậm chí còn nghiêm ngặt hơn. Ví dụ, điện trở trong của đường dây có ngắn mạch ngoài được yêu cầu phải nhỏ hơn 5m Ω và nhiệt độ tối đa trong thử nghiệm tăng nhiệt độ được yêu cầu phải đạt 130 ℃ và giữ trong 30 phút. Một điểm khác biệt quan trọng là tiêu chuẩn UL nghiêm ngặt hơn trong việc đánh giá trình độ thử nghiệm. Nó không chỉ yêu cầu không được xảy ra cháy, nổ và rò rỉ chất lỏng mà còn quy định không được tích tụ khí độc, khí dễ cháy, nguy cơ điện giật và mất kiểm soát bảo vệ sau khi thử nghiệm.
Yêu cầu an toàn liên quan đến nhiệt độ khác nhau rất nhiều so với từng tiêu chuẩn. Kiểm tra nhiệt độ giới hạn xả sạc của UL: trong điều kiện xả sạc tối đa, nó phải được giữ trong giới hạn điều kiện làm việc được chỉ định. Các thiết bị an toàn chính nhạy cảm với nhiệt độ phải được giữ trong phạm vi nhiệt độ định mức của chúng. Đồng thời, nhiệt độ bề mặt có thể tiếp cận được không được vượt quá giới hạn an toàn. IEC đưa ra các yêu cầu từ khía cạnh lạm dụng nhiệt và yêu cầu bảo vệ BMS đối với sạc và xả quá nhiệt. Tiêu chuẩn GB tương tự như IEC, nhưng nhiệt độ thử nghiệm được tăng lên 130 ℃.
Xét về thực tế, các yêu cầu về thử nghiệm nhiệt độ giới hạn xả sạc pin của UL gần hơn với ứng dụng kỹ thuật thực tế. Ngoài ra, UL cũng quy định thử nghiệm sạc không cân bằng của mô-đun pin, điều này không được chỉ định trong IEC và GB. Về thử nghiệm thả rơi, UL và IEC thực hiện thử nghiệm phân loại theo trọng lượng của đối tượng thử nghiệm, trong khi tiêu chuẩn GB thống nhất áp dụng phương pháp thử nghiệm là rơi tự do từ độ cao 1,2m xuống bề mặt xi măng với cực dương hoặc cực âm hướng xuống dưới. Phương pháp tiếp cận một kích thước phù hợp với tất cả này rất dễ triển khai, nhưng liệu nó có đáp ứng được nhu cầu phát triển sản phẩm hay không vẫn còn phải thảo luận. Cả ba tiêu chuẩn đều có các yêu cầu về khuếch tán nhiệt, trong đó tiêu chuẩn IEC có thể chọn thử nghiệm ngắn mạch trong lõi làm thử nghiệm thay thế.
Ngoài ra, tại Hoa Kỳ, UL9540A được sử dụng để đánh giá các đặc điểm của sự mất kiểm soát nhiệt của hệ thống lưu trữ năng lượng pin và lựa chọn cơ chế bảo vệ chống cháy nổ thích hợp thông qua dữ liệu thử nghiệm, đây là tiêu chuẩn của một số phương pháp thử nghiệm. Mục đích là giúp nhà cung cấp làm rõ các yêu cầu cách ly giữa hệ thống và tường, khả năng gia nhiệt của hệ thống, các bộ phận dễ cháy, loại khí sinh ra do quá trình đốt cháy và lựa chọn bình chữa cháy. IEC và GB chưa xây dựng các tiêu chuẩn tương tự.
2.3 So sánh các yêu cầu về tác động môi trường
Tiêu chuẩn UL chỉ định các thử nghiệm môi trường như thử nghiệm phun muối, thử nghiệm chống ẩm và thử nghiệm cháy bên ngoài, trong khi tiêu chuẩn GB chỉ định thử nghiệm phun muối, thử nghiệm nhiệt độ cao và thử nghiệm độ ẩm cao. Cần lưu ý rằng hai thử nghiệm môi trường này được xác định theo môi trường ứng dụng thực tế của sản phẩm, đây không phải là một dự án cần thiết. IEC62619 không có quy định về thử nghiệm môi trường, điều này có thể là do tiêu chuẩn là tiêu chuẩn chung, trong khi IEC62485-5 chưa được phát hành. Không biết có bất kỳ nội dung nào về vấn đề này hay không. Về khả năng tương thích điện từ, tiêu chuẩn quốc gia chỉ định các mục thử nghiệm và mức yêu cầu trong thông số kỹ thuật BMS GB / T34131. Trong UL và IEC, “phân tích an toàn chức năng sẽ được thực hiện đối với các hệ thống điều khiển đóng vai trò chính trong an toàn và phụ thuộc vào điện, mạch và phần mềm” bao gồm các thử nghiệm trên BMS. Một trong những tiêu chuẩn tham chiếu IEC60730-1 phụ lục h bao gồm các mục thử nghiệm khả năng tương thích điện từ và phương pháp thử nghiệm. Số lượng mục nhiều hơn tiêu chuẩn quốc gia. Phương pháp thử nghiệm nhấn mạnh vào việc thử nghiệm các chế độ điều khiển khác nhau (BMS thuộc loại điều khiển điện tử), Tác động của việc kiểm tra đến tính an toàn của thiết bị được điều khiển.
2.4 So sánh các yêu cầu hệ thống
Về mặt phân tích an toàn hệ thống, cả UL và IEC đều yêu cầu đánh giá an toàn chức năng của phần mềm mạch điện tử. UL cũng yêu cầu phân tích rủi ro của hệ thống và cung cấp báo cáo phân tích FMEA hoặc cây lỗi, có lợi cho việc điều tra các rủi ro khác nhau của hệ thống, chẳng hạn như rủi ro điện giật, rủi ro hỏa hoạn, rủi ro cơ học, v.v. và kiểm soát rủi ro ở mức xác suất thấp phù hợp. Tiêu chuẩn GB không chỉ định về vấn đề này. Về mặt an toàn thành phần hệ thống, tiêu chuẩn UL chỉ ra các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cần đáp ứng đối với các thành phần chính, trong khi tiêu chuẩn IEC và GB không có yêu cầu trực tiếp.
3. Kết luận
Trong bài báo này, các đặc điểm của tiêu chuẩn an toàn của pin lithium-ion trong các hệ thống lưu trữ năng lượng chính trong và ngoài nước được phân tích chi tiết, đồng thời tóm tắt và so sánh những điểm giống, khác, ưu điểm và nhược điểm của các tiêu chuẩn an toàn có liên quan. Nhìn chung, hệ thống tiêu chuẩn IEC tương đối hoàn thiện, nhưng tiến độ chuẩn bị tương đối chậm. Các thông số kỹ thuật của tiêu chuẩn UL toàn diện và chi tiết, việc tuân thủ các phương pháp kiểm tra và thiết bị kiểm tra cần được xác minh trong quá trình thực hiện. Các tiêu chuẩn trong nước được hướng dẫn bởi các tiêu chuẩn quốc gia. Các tiêu chuẩn của các nhóm ngành khác nhau được chuẩn bị kết hợp với các tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn IEC. Có sự khác biệt lớn về cơ cấu tổ chức và khó khăn hơn trong việc thực hiện. Do đó, việc sản xuất hệ thống lưu trữ năng lượng tại thị trường trong nước chủ yếu được thực hiện theo tham chiếu đến các tiêu chuẩn quốc gia. Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng pin lithium của Trung Quốc, có những vấn đề hoặc đề xuất sau.
(1) Đánh giá an toàn cấp độ hệ thống tại GB không hoàn hảo, chủ yếu thể hiện ở việc thiếu các yêu cầu đánh giá và xác định rủi ro hệ thống, thiếu đánh giá an toàn chức năng BMS và BMS không tiến hành đánh giá tổng thể kết hợp với hệ thống.
(2) Thiếu các thông số kỹ thuật chi tiết hoặc hướng dẫn rõ ràng về các yêu cầu về vỏ bọc, nối đất bảo vệ, đầu cuối và cáp, tài liệu hướng dẫn và các thành phần quan trọng khác.
(3) Đề xuất tách tiêu chuẩn liên quan đến an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng khỏi tiêu chuẩn hiệu suất chức năng, thực hiện chứng nhận có liên quan theo tiêu chuẩn an toàn và đưa ra các quy định bắt buộc về quyền tiếp cận sản phẩm, có lợi cho sự cạnh tranh công bằng và phát triển của những người tham gia ngành lưu trữ năng lượng của Trung Quốc.
