EV-batterijtestparameters

Dit artikel bespreekt de verschillende factoren bij het ontwerpen van voertuigaccusystemen om te voldoen aan de normen voor EV-accu's.

De toenemende vraag naar elektrische voertuigen (EV's) zorgt ervoor dat fabrikanten meer betaalbare modellen ontwikkelen en uitbrengen. De belangrijkste factor bij het ontwerpen van EV-batterijen of batterijbeheersystemen (BMS'en) is veiligheid. Veiligheid wordt collectief nagestreefd in de industrie via strikte regelgeving en certificering en gegarandeerd door middel van testen.

In dit artikel zullen we op hoog niveau bekijken welke factoren standaard batterijtests omvatten voor batterijsystemen voor elektrische voertuigen.

EV-batterijen moeten grondig worden getest om er zeker van te zijn dat ze veilig genoeg zijn voor commercieel gebruik. Afbeelding gebruikt met dank aan UL (Underwriter Laboratories).

Waarom het testen van EV-batterijen belangrijk is

Aangezien auto's grote hoeveelheden stroom verbruiken, zijn alleen batterijtechnologieën met een hoge vermogensdichtheid wenselijk en omdat auto's dagelijks moeten worden gebruikt, moet de batterij oplaadbaar zijn. Hun grotere vermogen om energie op te slaan (als gevolg van het gebruik van reactieve metalen), betekent echter dat ze destructiever kunnen zijn als ze falen.

Tijdens een storing kan een op lithium gebaseerde batterij grote hoeveelheden waterstofgas vrijgeven en de intense hitte veroorzaakt door een interne kortsluiting zal de waterstof doen ontbranden, waardoor een vlammenwerper ontstaat. Aangezien auto's risico lopen op schade door aanrijdingen, is het essentieel dat batterijen meerdere veiligheidsmechanismen bevatten om ervoor te zorgen dat de batterij onder geen enkele omstandigheid kan ontbranden.

"Veiligheidsstrategieën" voor elk EV-systeemniveau, zoals uiteengezet door een GM-presentatie voor de Economische Commissie voor Europa van de Verenigde Naties in 2013

EV-testparameters

Zoals bij elk technisch project is de eerste stap om altijd inzicht te krijgen in de omgeving waarin uw product naar verwachting zal overleven.

De auto-industrie is verre van vergevingsgezind, dus met welke factoren moet rekening worden gehouden met betrekking tot batterijen?

• Mechanisch

  Mechanische belasting en effecten zijn zeer ingrijpend in de auto-industrie vanwege de constante beweging van wielen en oneffen oppervlakken waarmee het voertuig in contact kan komen. Daarom moet een batterijsysteem deze krachtige trillingen gedurende lange tijd aankunnen. Aanrijdingen met voertuigen vormen ook een reële bedreiging en elk batterijsysteem dat een dergelijke gebeurtenis meemaakt, moet in staat zijn te overleven of gracieus te breken. Het is essentieel dat elke impact of spanning die op het batterijsysteem wordt uitgeoefend, geen brand veroorzaakt of explosieve gassen lekt.

• Temperatuur

  Hoewel elektrische voertuigen geen motoren hebben, zullen de grote stromen die uit de batterijen worden getrokken, leiden tot temperatuurstijgingen. Van deze batterijen kan echter ook worden verwacht dat ze zeer lage temperaturen overleven, afhankelijk van waar het voertuig wordt gebruikt. Maar temperatuurschommelingen kunnen ook dagelijks optreden met koude nachten en warme dagen die frequente thermische spanningen kunnen veroorzaken waarmee rekening moet worden gehouden. Als het voertuig in de zon wordt gelaten en niet wordt gebruikt, moeten ontwerpers mogelijk overwegen of er geautomatiseerde koelsystemen nodig zijn die nooit worden uitgeschakeld.

• Elektrisch

  Onder normale omstandigheden kunnen ontwerpers het stroomverbruik van de accu's naar de motoren bepalen en zo beslissingen nemen over de kabelafmetingen en de instellingen van de zekeringen. Er moeten echter veel andere elektrische factoren in overweging worden genomen die ernstige gevolgen kunnen hebben voor de batterij. Ten eerste kan de snelheid van verandering van de spanning op de batterijen tijdens het laden en ontladen oververhitting veroorzaken. Een andere factor waarmee rekening moet worden gehouden, zijn spanningspieken van de netvoeding tijdens netstoringen die ernstige schade aan het batterijsysteem kunnen veroorzaken.

Soorten testen voor naleving

Er zijn veel normen voor elektrische voertuigen die worden opgelegd door regelgevende instanties. De ISO heeft meer dan 40 gepubliceerde normen die de veiligheid dekken, van het niveau van individuele componenten tot aan V2X-protocollen. UL (Underwriter Laboratories) is een andere regelgevende instantie die gecodificeerde regels voor het testen van batterijen uitvaardigt, waaronder UL 2580, die zich bezighoudt met de veiligheid van elektrische voertuigen en eisen stelt aan de manier waarop die batterijen een breed spectrum van misbruik moeten kunnen tolereren.

Hoewel er veel normen en regelgevers zijn, zijn de tests die zijn ontworpen voor batterijveiligheid er allemaal op gericht om ervoor te zorgen dat EV-batterijen bestand zijn tegen verschillende omgevingen en omstandigheden die veiligheidsproblemen kunnen veroorzaken.

Deze voorwaarden omvatten:

• Standaard thermische tests – Opslag bij verschillende temperaturen, enz.
• Thermisch misbruik – Bestand tegen plotselinge hoge temperaturen, enz.
• Verlies van thermische koeling – Bestand tegen gebrek aan koeling
• Mechanische trillingen – Bestand tegen voertuigtrillingen
• Mechanische schok - Bestand tegen plotselinge schokken
• Mechanische impact en verbrijzeling – Meet hoe de batterij zal omgaan met verplettering bij een botsing
• Mechanische penetratie – Bestand tegen penetratie (d.w.z. korte cellen)
• Elektrische kortsluiting – Handvat wordt kortgesloten
• Elektrische overbelasting – Overladen veroorzaakt geen schade aan de batterij of leidt niet tot een storing
• Elektrische krachtontlading – Bepaal of snelle ontlading schade veroorzaakt door gasophoping enz.
• EMC-gevoeligheid – Bestand tegen bronnen van EM-interferentie
• Hoogspanningsbeveiliging – Bescherming tegen plotselinge hoge spanningen
• Integriteit elektrische uitschakeling – Zorg ervoor dat uitschakelscheidingstekens correct werken
• Elektrisch onbalans opladen – Zorg ervoor dat de batterij veilig is tijdens onevenwichtig opladen
• Milieu - Overleef hoogte, vocht, vochtigheid en vuur
• Onderdompeling in water – Zorg ervoor dat de batterij veilig blijft tijdens onderdompeling in water

Conclusie

Er worden standaarden ingevoerd om ervoor te zorgen dat ontwerpen niet alleen gemeenschappelijke compatibele hardware- en softwareoplossingen gebruiken, maar ook om ervoor te zorgen dat ze voldoen aan een minimaal veiligheidsniveau. Elektrische batterijsystemen zijn aantoonbaar vatbaarder voor fouten en schade in vergelijking met hun motor-/brandstoftegenhangers, omdat ze erg gevoelig zijn voor schokken, trillingen, temperatuurschommelingen en penetratie. Daarom is het essentieel dat strikte normen worden gevolgd wanneer u elektrische batterijsystemen integreert om ervoor te zorgen dat ze zelfs in de meest vijandige scenario's veilig blijven.