Normes d'essai de sécurité pour les batteries Li-ion de puissance - Partie 1

Normes d'essai de sécurité pour les batteries Li-ion de puissance - Partie 1

Ces dernières années, les pays du monde entier n'ont cessé d'accroître leur soutien politique aux véhicules à énergie nouvelle, et les constructeurs automobiles tels que Tesla ont également lancé de nouveaux modèles. Cela a conduit à une croissance rapide du marché mondial des véhicules électriques. Toutefois, des accidents dus à des incendies et des explosions de véhicules électriques se sont produits à de nombreuses reprises, faisant de la question de la sécurité l'objet de l'attention des consommateurs. Dans ce contexte, les pays et les organisations internationales compétentes ont publié des normes pour les tests de sécurité des batteries électriques afin de normaliser l'utilisation sûre des batteries électriques.

À l'heure actuelle, les normes/spécifications techniques internationales relatives à la sécurité des piles électriques sont présentées dans la figure. Parmi elles, les normes publiées par l'ISO (Organisation internationale de normalisation), la CEI (Commission électrotechnique internationale) et la SAE International (Society of Automotive Engineers) sont des normes internationales qui ont une forte valeur de référence pour les normes nationales. Comme spécifié dans la norme JIS C8715-2-2012 Secondary lithium batteries for industrial applications - Part 2 : Test and safety requirements du Japon, les normes de la série CEI 62660 sont préférées pour les batteries destinées aux véhicules routiers.

UL 2580 est une norme sur les piles au lithium de puissance publiée par les Underwriters Laboratories (UL) des États-Unis. Elle couvre un large éventail de contenus, y compris les performances électriques, l'adéquation environnementale et les exigences de sécurité des batteries individuelles, des modules de batteries, des piles de batteries et des systèmes de batteries, ainsi que les tests de sécurité de base pour les composants de batteries sur la ligne de production. Dans le même temps, elle renforce les exigences en matière d'examen de la sécurité du système de gestion de la batterie, du système de refroidissement et de la conception du circuit de protection. La norme ECE R100 est le règlement sur les véhicules de la Commission économique des Nations unies pour l'Europe. La norme est divisée en deux parties. La partie 2 de la norme spécifie en détail la sécurité du système de stockage d'énergie rechargeable (REESS) pour les véhicules. Outre les normes susmentionnées, le FreedomCAR du ministère américain de l'énergie prévoit de lancer en 2005 un manuel d'essai de sécurité pour les batteries d'alimentation des véhicules électriques, qui contient des dispositions complètes pour l'essai de sécurité des batteries d'alimentation.

En fonction des caractéristiques des éléments testés, les essais de sécurité peuvent généralement être divisés en essais de sécurité mécanique (vibration, choc, chute, perforation, etc.), en essais de sécurité environnementale (choc thermique, stabilité thermique, incendie, etc.) et en essais de sécurité électrique (court-circuit, surcharge, surdécharge, etc.). Parmi eux, le cycle de choc thermique, le court-circuit, la surcharge, la surdécharge, la vibration, le choc mécanique, l'extrusion et d'autres projets largement utilisés seront décrits en détail ci-dessous.

1.Sécurité mécanique

1.1 Vibration

Les vibrations sont inévitables dans le processus de conduite des véhicules électriques. C'est pourquoi presque toutes les normes/spécifications mentionnées dans le présent document en font un élément d'essai de sécurité. La fréquence, la densité spectrale de puissance et les autres paramètres de l'essai de vibration varient considérablement d'une norme à l'autre. Le test de balayage sinusoïdal est généralement utilisé pour identifier la résonance du produit, tandis que la vibration aléatoire simule généralement la scène de la vie quotidienne à laquelle l'échantillon sera confronté.

Les paramètres de vibration de l'ISO 12405-1 (2.3) et de l'IEC 62660-2 (3) se réfèrent à l'IEC 60068-2-64. La première est la seule norme (série) répertoriée dans le tableau 3 qui exige des essais de vibration à différentes températures (- 40 ℃,+25 ℃,+75 ℃). Le test de vibration original du GB/T 31467.3-2015 se réfère aux normes de la série ISO 12405, et les paramètres de vibration sont les mêmes. En 2017, la norme a changé l'essai de vibration pour une vibration sinusoïdale, et les paramètres d'essai spécifiques sont les mêmes que ceux de la norme ECE R100-02. Le balayage sinusoïdal de la norme SAE J2929 2013 se réfère à la norme UN 38.3-2015, et la vibration aléatoire se réfère à la norme SAEJ2380. Le balayage sinusoïdal spécifie que différents paramètres d'essai sont sélectionnés en fonction de la qualité de l'échantillon. La vibration d'une seule batterie dans la norme UL 2580-2013 [16] fait indirectement référence aux normes CEI 60068-2-64 à CEI 62660-2.

La vibration du module de batterie et de la pile de batteries se réfère à la norme SAE J2380. Bien que la vibration aléatoire du FreedomCAR ne soit pas explicitement mentionnée comme faisant référence à la norme SAE J2380, ses paramètres de vibration sont les mêmes que cette dernière. En ce qui concerne la durée de l'essai de vibration, la plus longue est de 92,6 heures et la plus courte de 3 heures. On peut constater que l'essai de vibration est plus représentatif de l'abus à court terme de la batterie que de la durabilité mécanique à long terme. La norme IEC63660-2 (3) ne mentionne pas la direction des vibrations. Les normes ECE R100-02-2013 et GB/T 31487.3-2015 [11] ne font vibrer que la direction verticale. Les autres normes font vibrer la batterie dans trois directions mutuellement perpendiculaires, ce qui permet d'évaluer de manière exhaustive les vibrations que la batterie peut subir en cours d'utilisation. En ce qui concerne l'état de charge (SOC) des échantillons testés, les dispositions des différentes normes varient de 20 % à 100 %.

1.2 Choc mécanique

Le choc mécanique vise à évaluer l'impact de l'accélération/décélération soudaine des véhicules électriques sur les batteries. Qu'il s'agisse de l'accélération et de la décélération lors d'une conduite normale, de la pression exercée sur le trottoir lors d'une conduite à grande vitesse ou d'un accident de voiture, ces scénarios peuvent être simulés, en tout ou en partie, au moyen d'un choc mécanique. Les dispositions des différentes normes/spécifications relatives aux conditions d'essai (accélération maximale, durée, etc.) de l'impact mécanique sont très différentes. En outre, la norme ISO 12405-3-2014 fait également référence à la norme ECE R100-02 en ce qui concerne l'impact mécanique, mais l'essai d'impact mécanique de cette dernière doit être un essai d'impact.

Les normes SAE J2464 2009 et SAE J2929 2013 renvoient toutes deux à la norme UN 38.3-2015. Les paramètres d'essai sont sélectionnés en fonction de la masse de l'échantillon. L'accélération maximale avec une petite masse est importante et la durée est courte. Ces deux normes adoptent une accélération de pointe beaucoup plus élevée que les autres normes pour une batterie unique et un module de batterie/système de batterie de masse plus faible. Bien que le champ d'application soit différent, les essais d'impact mécanique de six normes, telles que ISO 12405-1 (2.3), IEC 62660-2 (3) et UL 2580-2013, font indirectement référence aux normes IEC 60068-2-27 à ISO 16750-3. FreedomCAR divise l'essai d'impact en deux niveaux : niveau faible (l'échantillon ne doit pas être endommagé après l'essai) et niveau moyen (l'échantillon ne doit pas fonctionner normalement après l'essai). En outre, FreedomCAR autorise l'utilisation d'autres formes d'ondes d'impulsion en plus de l'onde demi-sinusoïdale, alors que d'autres normes exigent l'utilisation de l'onde demi-sinusoïdale. La durée spécifiée par FreedomCAR est plus longue que celle des autres normes, et l'accélération maximale est inférieure à celle des autres normes.

1.3 Crash

L'objectif de la journée d'essai de collision est de vérifier les performances de sécurité de l'échantillon sous la charge d'inertie provoquée par la collision du véhicule, c'est pourquoi elle est également appelée charge d'inertie lors de la collision du véhicule dans la norme ISO 12405-32014. Cet élément d'essai présente certaines similitudes avec l'impact mécanique. La norme ECE R100-02-2013, bien qu'appelée choc mécanique, est en fait un essai de collision. En outre, les deux normes ISO 12405-3 : 2014 et GB/T 31467.3-2015 spécifient également les éléments d'essai. Il convient de mentionner que les paramètres de l'essai d'impact des trois normes sont identiques. La valeur d'accélération de l'essai d'impact est beaucoup plus faible que celle de l'essai d'impact mécanique, et la durée de l'impulsion est plus longue que celle de l'essai d'impact mécanique.

1.4 Écrasement

L'essai d'écrasement est utilisé pour évaluer l'impact de la force continue sur la forme de la batterie et les performances de sécurité lorsque le véhicule rencontre un accident ou une autre force extérieure. Ce test est appelé force de contact lors de l'accident du véhicule dans la norme ISO 12405-3:2014 et intégrité du boîtier de la batterie dans la norme SAE J2929 2013. Le test d'extrusion applique généralement une force à la batterie à travers une plaque d'acier de forme spécifiée jusqu'à ce que la valeur de pression spécifiée soit atteinte ou qu'une certaine déformation ou une chute de tension soudaine se produise.