Ключевые параметры тестирования батарей электромобилей

В этой статье описаны критические испытания безопасности и стандарты, которым должны соответствовать батарейные системы электромобилей.

Быстрый рост принятия электромобилей (EV) толкает производителей к созданию более доступных моделей. В основе каждого дизайна EV-батареи и системы управления батареей (BMS) лежит безопасность. Отраслевая безопасность достигается через строгое регулирование, сертификацию и, что важнее всего, всестороннее тестирование.

В следующих разделах мы рассмотрим основные области тестирования, охватываемые стандартами для батарей, и их значение для реальной эксплуатации.

EV-батареи должны пройти исчерпывающие испытания, чтобы доказать свою безопасность для коммерческого использования. Изображение предоставлено UL (Underwriter Laboratories).

Почему тестирование EV-батарей важно

EV полагаются на высокомощные, высокоёмкие литиевые ячейки, накапливающие больше энергии на килограмм, чем обычное топливо. Это преимущество сопряжено с повышенным риском: единичный отказ может выделить горючие газы и интенсивное тепло, потенциально вызвав пожар или даже эффект «огнемета». Транспортные средства также подвергаются повседневным механическим нагрузкам и столкновениям, поэтому батареи должны содержать многослойные механизмы безопасности, предотвращающие возгорание при любых обстоятельствах.

«Стратегии безопасности» для каждого уровня EV-системы, представленные GM для ЕЭК ООН, 2013.

Параметры тестирования EV

Как и в любой инженерной задаче, первый шаг — понять операционную среду. Для автомобильных батарей ключевые стрессоры включают:

• Механические: Вибрации от движения колёс, неровностей дороги и возможные удары при столкновении. Батареи должны выдерживать длительную вибрацию и высокоэнергетические удары без возгорания или утечки опасных газов.
• Температурные: Высокие токи повышают внутреннюю температуру, в то время как экстремальные внешние условия требуют работы на холоде. Термическое циклирование, жаркое солнце и холодные ночи накладывают ежедневный тепловой стресс, который дизайн должен выдерживать.
• Электрические: Нарастание напряжения при заряде и разряде, скачки сети и перезаряд могут вызвать перегрев или внутренние замыкания. Правильный выбор сечения кабелей, настройки предохранителей и защитных цепей критичны.

Типы испытаний для соответствия нормам

Регуляторные органы вроде ISO (более 40 стандартов, покрывающих от безопасности компонентов до V2X протоколов) и UL (Underwriter Laboratories) определяют матрицу испытаний. UL 2580, например, специфицирует, как EV-батареи должны выдерживать злоупотребления по широкому спектру условий. Тесты разработаны для подтверждения, что батареи выдерживают:

• Стандартные термические тесты: Хранение при различных температурах.
• Термическое злоупотребление: Внезапное воздействие высоких температур.
• Потеря охлаждения: Работа без активного термонаправления.
• Механическая вибрация: Длительные автомобильные вибрации.
• Механический удар: Внезапные удары.
• Удар и сжатие: Сжатие при столкновении.
• Пробитие: Устойчивость к замыканию или проколу ячейки.
• Электрическое короткое замыкание: Способность выдерживать внутренние замыкания.
• Электрическая перезарядка: Устойчивость к перезаряду.
• Принудительный разряд: Быстрый разряд и накопление газа.
• ЭМС восприимчивость: Устойчивость к электромагнитным помехам.
• Высоковольтная защита: Охрана от внезапных скачков напряжения.
• Целостность аварийного отключения: Корректная работа экстренных разъединителей.
• Неравномерная зарядка: Безопасность при неравномерных состояниях заряда.
• Экологические: Высота, влажность, погружение в воду, воздействие огня.
• Погружение в воду: Безопасность при подводном нахождении.

Заключение

Стандарты существуют не только для гармонизации железа и софта по отрасли, но и для установления минимального порога безопасности. По сравнению с автомобилями с ДВС, EV-батареи более уязвимы к ударам, вибрациям, температурным перепадам и пробитиям. Строгое следование исчерпывающей программе тестирования, описанной выше, поэтому необходимо для гарантии безопасности — даже в самых враждебных операционных условиях.