国内外の動力用リチウム電池の試験基準の比較

国内外の動力用リチウム電池の試験基準の比較

1、 動力用リチウムイオン電池の海外規格

表 1 は、海外で一般的に使用されているリチウムイオン電池の試験基準を示しています。規格発行団体には主に、国際電気標準会議 (IEC)、国際標準化機構 (ISO)、米国の保険者研究所 (UL)、米国の自動車技術者協会 (SAE)、および関連機関が含まれます。欧州連合の機関。

1）国際規格

IEC が発表した電源用リチウムイオン電池規格には、主に IEC 62660-1:2010「電気道路車両用リチウムイオン電源電池ユニット - パート 1: 性能試験」と IEC 62660-2:2010「電気自動車用リチウムイオン電源電池ユニット」が含まれます。道路車両 - パート 2: 信頼性と乱用テスト」。国連運輸委員会発行の UN 38 「危険物の輸送に関する国連勧告、基準および試験マニュアル」のリチウム電池試験の要件は、輸送中の電池の安全性を目的としています。

動力用リチウムイオン電池の分野で ISO によって開発された規格には、ISO 12405-1:2011「電気駆動車両 - リチウムイオン動力電池パックおよびシステムの試験手順 - パート 1: 高出力用途」ISO 12405-2: 2012「電気駆動車両 - リチウムイオン電池パックおよびシステムの試験手順 - パート 2: 高エネルギー用途」および ISO 12405-3:2014「電気駆動車両 - リチウムイオン電池パックおよびシステムの試験手順 - パート 3: 安全要件」 」は、それぞれ高出力バッテリー、高エネルギーバッテリー、安全性能要件を対象としており、自動車メーカーにオプションの試験項目と方法を提供することを目的としています。

2） アメリカの規格

UL 2580:2011「電気自動車用バッテリー」では、主にバッテリーの乱用の信頼性と、乱用による危害が発生した場合に人員を保護する能力を評価します。この規格は2013年に改訂されました。

SAE は、自動車業界において広大かつ包括的な標準システムを持っています。 2009 年に発行された SAE J2464: 2009「電気自動車およびハイブリッド電気自動車用の充電式エネルギー貯蔵システムの安全性と乱用テスト」は、北米および世界中で適用される車両バッテリーの乱用テスト マニュアルの初期バッチです。試験項目ごとに適用範囲と収集するデータが明確に規定されており、試験項目に必要なサンプル数の推奨値も示されています。

SAE J2929: 2011「電気およびハイブリッドバッテリーシステムの安全基準」は、これまでに発行されたさまざまなパワーバッテリー関連の基準を要約して SAE が提案した安全基準であり、日常試験と電気自動車の動作中に発生する可能性のある異常試験の 2 つの部分が含まれます。

SAE J2380: 2013「電気自動車バッテリーの振動試験」は、電気自動車バッテリーの振動試験の古典的な規格です。道路を走行する実際の車両の振動負荷スペクトルの収集された統計結果に基づいて、この試験方法はより実際の車両の振動状況に即したものであり、重要な参考値となります。

3 その他の組織基準

米国エネルギー省 (DOE) は、主にエネルギー政策の策定、エネルギー産業の管理、エネルギー関連技術の研究開発を担当しています。 2002年、米国政府は「Freedom CAR」プロジェクトを設立し、Freedom CARパワーアシストハイブリッド電気自動車のバッテリーテストマニュアルと、電気自動車およびハイブリッド自動車のエネルギー貯蔵システム乱用テストマニュアルを相次いで発行した。

ドイツ自動車工業会 (VDA) は、国内の自動車産業のさまざまな規格を統一するためにドイツで設立された協会です。発行された規格は VDA 2007「ハイブリッド電気自動車のバッテリー システム テスト」で、主にハイブリッド電気自動車用のリチウムイオン バッテリー システムの性能と信頼性のテストに焦点を当てています。

2、国内電源用リチウムイオン電池規格

2001 年、自動車標準化委員会は、中国における電気自動車のリチウムイオン電池テストに関する最初の指導技術文書、GB/Z 18333 1: 2011「電気道路車両用リチウムイオン電池」を発行しました。この規格を策定する際には、携帯機器のリチウムイオン電池および電池パックに適用されるIEC 61960-2:2000「携帯用リチウム電池および電池パック - パート2：リチウム電池パック」を参照しました。テスト内容には性能と安全性が含まれますが、21.6Vと14.4Vのバッテリーにのみ適用されます。

2006 年に産業情報技術省は QC/T 743「電気自動車用リチウム イオン パワー バッテリー」を発行しました。これは業界で広く使用され、2012 年に改訂されました。 GB/Z 18333 1: 2001 および QC/T 743: 2006 は個別レベルとモジュール レベルの両方の規格であり、適用範囲が狭く、急速に発展する電気自動車業界のニーズを満たさないテスト内容となっています。

2015 年に国家標準化局は、GB/T 31484-2015「電気自動車用電源バッテリーのサイクル寿命要件と試験方法」、GB/T 31485-2015「電源バッテリーの安全要件と試験方法」などの一連の規格を発行しました。 GB/T 31486-2015「電気自動車用パワーバッテリーの電気的性能要件と試験方法」、GB/T 31467 1-2015「電気自動車用リチウムイオンパワーバッテリーパックおよびシステム - パート 1: 高」電力用途の試験手順、GB/T 31467 2-2015「電気自動車用リチウム イオン パワー バッテリ パックおよびシステム - パート 2: 高エネルギー用途の試験手順」、GB/T 31467 3「電気自動車用リチウム イオン パワー バッテリ システムの試験手順」 - パート 3: 安全要件とテスト方法。

GB/T 31485-2015 および GB/T 31486-2015 はそれぞれ、個々のユニット/モジュールの安全性および電気的性能のテストを指します。 GB/T 31467-2015 シリーズは ISO 12405 シリーズを指し、バッテリー パックまたはバッテリー システムのテストに適しています。 GB/T 31484-2015 は、サイクル寿命のために特別に設計された試験規格であり、標準サイクル寿命は個々のユニットおよびモジュールに使用され、動作サイクル寿命はバッテリー パックおよびシステムに使用されます。

欧州経済委員会 (ECE) R100 「電気自動車の特別要件に関する車両の承認に関する統一規定」は、ECE によって策定された電気自動車に関する特定の要件であり、2 つの部分に分かれています。最初の部分はモーターを規制します。保護、充電式エネルギー貯蔵システム、機能安全、車両全体の水素排出が含まれ、2 番目の部分では、充電式エネルギー貯蔵システムの安全性と信頼性に関する特定の要件が追加されます。

工業情報化部は2016年に、人員の感電、水粉塵防止、防火、充電安全、衝突安全、遠隔監視などの側面を総合的に考慮した「電気バスの安全技術条件」を発行した。既存の伝統的なバスや電気自動車関連の規格、上海や北京などの地方規格を全面的に活用し、動力電池に対するより高度な技術要件を提示し、熱暴走と熱暴走膨張という2つの試験項目を追加し、1月1日に正式に施行された。 、2017年。

3、 動力用リチウムイオン電池の国内外規格の分析

動力用リチウムイオン電池の国際規格のほとんどは2010年頃に発行され、多くの改訂や新しい規格が次々に導入されています。 GB/Z 18333 1:2001 は 2001 年に発行され、中国の電気自動車用リチウムイオン電池規格の開始は世界的には遅れたわけではないが、その開発は比較的遅かったことを示しています。 2006 年に QC/T 743 規格がリリースされて以来、中国では長い間規格の更新がなく、2015 年に新しい国家規格がリリースされるまでは、バッテリー パックやシステムの規格は存在しませんでした。上記国内外の規格は、適用範囲、試験項目の内容、試験項目の厳しさ、判定基準が異なります。

1） 適用範囲

IEC 62660 シリーズ、QC/T 743、GB/T 31486、および GB/T 31485 は、バッテリーの個別およびモジュール レベルのテストであり、UL2580、SAE J2929、ISO12405、および GB/T 31467 シリーズはバッテリーのテストに適用されます。パックとバッテリーシステム。 IEC 62660 に加えて、SAE J2929 や ECE R100 2 など、海外の他の規格では一般にバッテリー パックまたはシステム レベルのテストが含まれており、車両レベルのテストにも言及しています。これは、外国規格の策定が車両全体へのバッテリーの応用をより考慮しており、実際の用途のニーズにより一致していることを示しています。

2）試験項目の内容

全体として、すべての試験項目は電気的性能と安全性の信頼性の 2 つのカテゴリに分類できます。また、安全性の信頼性はさらに機械的信頼性、環境的信頼性、誤用信頼性、および電気的信頼性に分類できます。

機械的信頼性は、路面上の車両の凹凸をシミュレートする振動など、車両が走行中に受ける機械的ストレスをシミュレートします。環境信頼性は、昼夜の温度差が大きい寒い地域と暑い地域を往復する車両の状況をシミュレートする温度サイクルなど、さまざまな気候における車両の耐久性をシミュレートします。不適切な使用時のバッテリーの安全性を評価するための、火災などの信頼性の悪用。保護試験項目などの電気的信頼性では、主にバッテリー管理システム (BMS) が重要なときに保護的な役割を果たすことができるかどうかを検査します。

バッテリーセルに関しては、IEC 62660 は 2 つの独立した規格、IEC 62660-1 と IEC 62660-2 に分かれており、それぞれ性能試験と信頼性試験に対応しています。 GB/T 31485 および GB/T 31486 は QC/T 743 から進化しており、この試験項目はバッテリーの振動がバッテリーの性能に及ぼす影響を検査するため、耐振動性は GB/T 31486 の性能テストとして分類されています。 IEC 62660-2と比較して、GB/T 31485の試験項目は、鍼治療や海水への浸漬が追加されるなど、より厳格になっています。

バッテリーパックとバッテリーシステムの電気的性能と信頼性の両方のテストに関して、米国規格はほとんどのテスト項目をカバーしています。性能試験に関しては、DOE/ID-11069 には、ハイブリッド パルス電力特性 (HPPC)、動作設定値の安定性、カレンダー寿命、基準性能、インピーダンス スペクトル、モジュール制御検査試験、熱試験など、他の規格よりも多くの試験項目があります。管理負荷、および寿命検証と組み合わせたシステムレベルのテスト。

電気的性能試験結果の分析方法は、規格の付録に詳しく記載されています。その中でも、HPPC試験は動力用電池のピーク電力を検出するために使用でき、これから派生した直流内部抵抗試験方法は電池の内部抵抗特性の研究に広く使用されています。信頼性の面では、UL2580はバッテリパックの不平衡充電、耐電圧、絶縁、導通試験、冷却/加熱安定性システム故障試験など、他の規格に比べて試験項目が多くなっています。また、生産ラインでのバッテリーパックコンポーネントの基本的な安全性テストも含まれており、BMS、冷却システム、保護回路設計における安全性レビュー要件を強化します。 SAE J2929 では、バッテリー システムのさまざまな部分の障害分析を実施し、障害を特定しやすい改善策を含む関連文書を保存することを提案しています。

ISO 12405 シリーズの規格には、バッテリーの性能と安全性の両方の側面が含まれています。 ISO 12405-1 は高出力アプリケーション向けのバッテリー性能試験規格であり、ISO 12405-2 は高エネルギー用途向けのバッテリー性能試験規格です。前者にはさらに 2 つのコンテンツ、コールド スタートとホット スタートが含まれます。 GB/T 31467 シリーズは、中国の動力電池の開発状況を統合し、ISO 12405 シリーズ規格の内容に従って修正されています。

他の規格と異なるのは、SAE J 2929 および ECE R100 です。どちらも高電圧保護の要件が含まれており、電気自動車の安全カテゴリに属します。中国における関連するテスト項目は GB/T 18384 および GB/T 31467 3 にリストされており、安全性テスト 1 および GB/T 18384 3 を実施する前に、バッテリー パックおよびバッテリー システムが GB/T 18384 の要件を満たさなければならないと指摘しています。要件。

3） 重大度

同じ試験項目であっても、規格が異なれば試験方法や判定基準も異なります。たとえば、テスト サンプルの充電状態 (SOC) については、GB/T 31467 3 ではサンプルが完全に充電されていることが必要です。 ISO 12405 では、パワー タイプのバッテリー SOC が 50%、エネルギー タイプのバッテリー SOC が 100% であることが求められています。 ECE R100 2. バッテリーの SOC が 50% 以上である必要があります。 UN38。 3 では、テスト項目ごとに異なる要件があり、一部のテスト項目ではリサイクル電池も必要です。

さらに、同じサンプルを使用して、高度なシミュレーション、熱試験、振動、衝撃、および外部短絡をテストする必要があり、比較的厳格です。 ISO 12405 では、振動試験の場合、サンプルをさまざまな周囲温度で振動させることが求められており、推奨される高温と低温はそれぞれ 75 ℃ と -40 ℃ です。他の規格にはこの要件はありません。

火災試験については、GB/T 31467 3 の実験方法とパラメータ設定は ISO 12405 と一致しています。違いは顕著ではありません。どちらも予熱、直接燃焼、および燃料の点火による間接燃焼ですが、GB/T 31467 3サンプル内に炎がある場合は、2 分以内に消火する必要があります。 ISO 12405 では、炎が消えるまでの時間を必要としません。 SAE J2929 の耐火試験は、前の 2 つとは異なります。放熱容器にサンプルを入れ、90秒以内に890℃まで急速加熱し10分間保持する必要があり、試験サンプルの外側に設置された金属メッシュカバーを成分や物質が通過してはならない。

4、既存の国内規格の欠点

関連する国家規格の策定と発表により、中国の電力用リチウムイオン電池組み合わせシステムのギャップが埋められ、広く採用されていますが、まだ欠点があります。

テスト対象に関して: すべての規格は新しいバッテリーのテストのみを指定しており、使用済みバッテリーに関する関連規制や要件はありません。工場出荷時にはバッテリーに問題はありませんが、一定期間使用した後も安全であるとは限りません。そのため、定期健康診断と同様に、使用時期を変えて電池についても同様の検査を行う必要があります。

結果の判定に関して： 現在の判定基準は比較的広範かつ単一であり、漏洩なし、砲弾破裂なし、発火なし、爆発なしという条件のみが規定されており、定量的な評価システムが欠如している。欧州自動車研究技術開発委員会 (EUCAR) は、バッテリーの有害レベルを 8 つのレベルに分けており、これには一定の参照的意義があります。

テスト項目に関して: GB/T31467 3. 熱管理と熱暴走に関するバッテリー パックおよびバッテリー システムのテスト内容が不足しており、バッテリーにとって熱安全性能は非常に重要です。 「電気バスの安全技術条件」の施行が義務付けられているように、個々のバッテリーの熱暴走をいかに制御し、熱暴走の拡大を防止するかが非常に重要です。また、車両応用の観点から、環境信頼性などの非破壊信頼性試験では、環境変化による車両性能への影響を模擬するため、試験終了後に電気性能試験を追加する必要があります。

テスト方法に関して: バッテリー パックとバッテリー システムのサイクル寿命テストには時間がかかりすぎるため、製品開発サイクルに影響があり、適切に実行することが困難です。合理的な加速サイクル寿命試験を開発する方法は課題です。

5、まとめ

近年、中国は動力用リチウムイオン電池の規格策定と適用において大きな進歩を遂げているが、外国の規格と比較すると依然として一定のギャップがある。試験基準に加えて、中国のリチウムイオン電池の標準制度は他の側面でも徐々に改善されています。 2016年11月9日、工業情報化部は「リチウムイオン電池の総合標準化技術体系」を発表し、将来の標準体系には基本的な一般用途、材料と部品、設計と製造の5つの主要な部分が含まれると指摘した。プロセス、製造および試験装置、バッテリー製品。その中でも安全基準は非常に重要です。動力電池製品の更新と開発に伴い、試験規格も対応する試験技術を改善する必要があり、さらに動力電池の安全性レベルも向上します。