Mit der kontinuierlichen Verbreitung und Verbreitung von Batterien wird die Sicherheit von Batterien immer wichtiger. Nach der Herstellung müssen Batteriehersteller strenge Sicherheitstests durchführen, um die Sicherheit der Batterien zu gewährleisten und potenzielle Sicherheitsrisiken und Unfälle zu reduzieren. Aber was genau sind sie? LIB INDUSTRY stellt die Haltbarkeitstests und zugehörigen Teststandards für Batterien vor.
Da Batterieanwendungen immer häufiger in Elektrofahrzeugen, Unterhaltungselektronik, Energiespeichersystemen und Industrieanlagen zum Einsatz kommen, sind Sicherheit und Zuverlässigkeit wichtiger denn je. Von der Gefahr eines thermischen Durchgehens bis hin zu Vibrationsschäden und Umweltbelastungen müssen Hersteller sicherstellen, dass jede Batterie, die das Werk verlässt, strengen Leistungs- und Sicherheitsstandards entspricht. Zuverlässigkeitstests sind nicht mehr optional – sie sind für Compliance, Marktzugang und Markenreputation von entscheidender Bedeutung.
Kürzlich lobte einer unserer internationalen Kunden LIBs Batterietestkammer für präzise Temperaturregelung, stabile Leistung und zuverlässigen Langzeitbetrieb. Die Kammer ermöglichte genaue Temperaturwechsel- und Hochtemperatur-Ausdauertests und half dem Forschungs- und Entwicklungsteam, die Effizienz der Batteriesicherheitsvalidierung deutlich zu verbessern. Die Umwelttestkammern von LIB sind für die Simulation extremer Bedingungen konzipiert und bieten die kontrollierten Umgebungen, die zur Erfüllung globaler Batteriezuverlässigkeitsstandards erforderlich sind.
Warum müssen Batterien vor Verlassen des Werks einem Zuverlässigkeitstest unterzogen werden?
Batterien versorgen heute eine enorme Bandbreite an Geräten – Laptops, medizinische Instrumente, Luft- und Raumfahrtsysteme, Mobiltelefone, kabellose Elektrowerkzeuge, elektrisches Kinderspielzeug und mehr. Künftig werden Batterien auch als zentrale Energiequelle für Elektro- und Hybridfahrzeuge dienen. Angesichts der zunehmenden Bedeutung von Zentralbatterien ist die Gewährleistung ihrer Sicherheit während des gesamten Entwicklungsprozesses zu einem entscheidenden Anliegen geworden. Das Problem erregte bereits im Jahr 2006 große Aufmerksamkeit, als nach Berichten über Explosionen eine Welle von von Sony hergestellten Lithiumbatterien in Notebooks zurückgerufen wurde. Seitdem sind immer wieder ähnliche Vorfälle mit Mobiltelefonen – darunter auch Apple iPhones – bekannt geworden. Diese Ereignisse unterstreichen, warum strenge Batterietests nicht mehr optional sind; Es ist zu einem wesentlichen Bestandteil geworden, um jedes batteriebetriebene Produkt sicher auf den Markt zu bringen.
Dieses Problem kann aus drei verschiedenen Blickwinkeln untersucht werden:
1. Aus Sicht der Batteriehersteller
Als OEMs für die Produktion von Leistungsbatterien müssen Batteriehersteller ihre Produkte umfangreichen Tests unterziehen, um ihre Leistungsmerkmale vollständig zu verstehen. Eine hilfreiche Analogie: So wie Einzelpersonen IQ-Bewertungen, Persönlichkeitsbewertungen oder Fitnesstests durchführen, um ihre eigenen Stärken besser zu verstehen und persönliche Entscheidungen zu treffen, benötigen Batteriehersteller ebenso gründliche Einblicke in das Verhalten ihrer Produkte unter verschiedenen Bedingungen. Diese Daten bilden die Grundlage für die Erstellung präziser Batteriemanagement-Algorithmen.
2. Aus Sicht der Fahrzeughersteller
Als Endnutzer der Power-Batterietechnologie tragen die Automobilhersteller die Verantwortung, sicherzustellen, dass die von ihnen ausgewählten Batterien die Leistungserwartungen über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg zuverlässig erfüllen können – nicht nur bei der Markteinführung, sondern über Jahre hinweg im realen Einsatz.
3. Aus Sicht der Zertifizierungsstellen
Als Torwächter des Marktes stützen sich Zertifizierungsorganisationen auf etablierte Standards und Regulierungsrahmen, um Produkte auszusortieren, die hinsichtlich Sicherheit, Umweltverantwortung oder Kosteneffizienz unzureichend sind. Durch strukturierte Testmethoden arbeiten diese Stellen daran, minderwertige oder veraltete Produkte zu identifizieren und zu blockieren, bevor sie jemals den Verbraucher erreichen.
Was sind die Standards für Batteriezuverlässigkeitstests?
Weit verbreitete internationale Batterieteststandards
Diese Standards werden hauptsächlich von einer Handvoll wichtiger Organisationen herausgegeben: der International Electrotechnical Commission (IEC), der International Organization for Standardization (ISO), Underwriters Laboratories (UL), der Society of Automotive Engineers (SAE) sowie verschiedenen europäischen Regulierungsbehörden.
1. Internationale Standards
Die Beiträge der IEC zu den Normen für Leistungsbatterien konzentrieren sich auf IEC 62660-1:2010 und IEC 62660-2:2010.
ISO hat inzwischen eine dreiteilige Reihe entwickelt – ISO 12405-1:2011, ISO 12405-2:2012 und ISO 12405-3:2014 –, die sich mit Hochleistungsbatterien, Hochenergiebatterien und Sicherheitsleistungskriterien befasst. Diese Standards wurden erstellt, um Herstellern während der Entwicklung eine Reihe von Testelementen und -methoden zur Auswahl zu bieten.
2. Standards aus den Vereinigten Staaten
UL 2580:2011 mit dem Titel „ Batteries for Electric Vehicles “ konzentriert sich auf die Beurteilung, wie Batterien unter Missbrauchsbedingungen standhalten und wie effektiv sie Menschen schützen, wenn ein solcher Missbrauch zum Ausfall führt. Eine überarbeitete Version dieser Norm wurde 2013 veröffentlicht.
SAE unterhält eines der umfangreichsten und etabliertesten Standardwerke im Automobilsektor.
SAE J2464:2009 , „Sicherheits- und Missbrauchstests für wiederaufladbare Energiespeichersysteme für Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge“ gehörte zu den ersten umfassenden Referenzen für Missbrauchstests, die in Nordamerika und international eingeführt wurden. Es beschreibt den anwendbaren Umfang für jeden Test, gibt an, welche Daten erfasst werden sollen, und empfiehlt sogar die für den Test erforderlichen Probenmengen.
SAE J2929:2011 , Safety Standards for Electric and Hybrid Vehicle Propulsion Battery Systems , aufbauend auf früheren Leistungsbatteriestandards, um Sicherheitsmaßstäbe für zwei Szenarien festzulegen: normale Betriebsbedingungen und anormale Bedingungen, die beim Fahren eines Elektrofahrzeugs auftreten können.
SAE J2380:2013 , Vibrationstests für Batterien von Elektrofahrzeugen ist nach wie vor ein weit verbreiteter Standard für Batterievibrationstests. Es wurde auf der Grundlage statistischer Daten aus realen Fahrzeugtests entwickelt, was seiner Methodik eine starke Relevanz für die tatsächlichen Fahrbedingungen verleiht und es zu einem wertvollen Referenzpunkt macht.
3. Standards anderer Organisationen
Das US-Energieministerium (DOE) überwacht die nationale Energiepolitik, verwaltet den Energiesektor und finanziert die Forschung zu energiebezogenen Technologien. Bereits im Jahr 2002 startete die US-Regierung die Initiative „FreedomCAR“, die daraufhin Testhandbücher für Batteriesysteme von Hybrid-Elektrofahrzeugen sowie Missbrauchstestprotokolle für Energiespeichersysteme in Elektro- und Hybridfahrzeugen erstellte.
Der deutsche VDA (Verband der Automobilindustrie) wurde gegründet, um für einheitliche Standards in der gesamten heimischen Automobilindustrie zu sorgen. Zu den veröffentlichten Standards gehört der VDA 2007 , Battery System Testing for Hybrid Vehicles , der sich speziell mit Leistungs- und Zuverlässigkeitstests für Batteriesysteme von Hybridfahrzeugen befasst.
Die der Wirtschaftskommission für Europa ECE R100.2 mit dem offiziellen Titel „ Einheitliche Bestimmungen zur Zulassung von Fahrzeugen im Hinblick auf spezifische Anforderungen für den elektrischen Antriebsstrang“ legt gezielte Anforderungen für Elektrofahrzeuge in vier Schlüsselbereichen fest: wiederaufladbare Energiespeichersysteme, funktionale Sicherheit und Wasserstoffemissionen. Im zweiten Abschnitt werden neu hinzugefügte Anforderungen vorgestellt, die sich speziell auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit wiederaufladbarer Energiespeichersysteme konzentrieren.
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Batterietemperatur- und Luftfeuchtigkeitskammern |
Testkammer für thermischen Missbrauch zur Simulation von Überhitzung und thermischem Durchgehen von Lithium-Ionen-Zellen/-Batterien, Modulen und Packs , mit verstärktem Sicherheitsdesign mit Raucherkennung und Feuerunterdrückung. Entspricht den wichtigsten internationalen Standards, einschließlich IEC 62660-2, IEC 62133, UL 2580, UL 1642, UL 1973, UL 2054 und SAE J2929. |
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Welche Zuverlässigkeitstests müssen Batterien durchführen?
1. Temperaturschock- und Zyklustest
Dieser Test bewertet in erster Linie Veränderungen der Batterieintegrität aufgrund der Einwirkung extremer und plötzlicher Temperaturschwankungen, wie z. B. Ausdehnung und Kontraktion von Batteriekomponenten, wenn ein Fahrzeug während des Transports in eine beheizte oder gekühlte Garage einfährt oder diese verlässt. Bei Temperaturschock- und Zyklentests wird die Batterie zwei Temperaturgrenzen ausgesetzt, einer hohen und einer niedrigen, und für eine bestimmte Zeit auf jeder Temperaturgrenze gehalten. Die in Normen und Vorschriften beschriebenen Temperaturschock- und Zyklentests haben unterschiedliche maximale Temperaturgrenzen. Die untere Temperaturgrenze aller Normen und Vorschriften liegt bei -40 °C (IEC62660-2 sieht eine Mindesttemperatur von -20 °C im Live-Betrieb vor), wobei die obere Temperaturgrenze unterschiedlich ist.
2.Thermischer Stabilitätstest
Dieser Test bewertet hauptsächlich die Stabilität der Batterie bei hohen Temperaturen, um die Starttemperatur des thermischen Durchgehens der Batterie oder die Stabilität bei hohen Temperaturen zu ermitteln. Während des Tests wird die Temperatur der Batterie sukzessive in Schritten von 5 °C/Minute erhöht, auf die angegebene Temperatur erhöht und 30 Minuten lang gehalten, oder bis ein größerer Schaden an der Batterie auftritt.
Die Norm SAEJ2464:2009 ist strenger und fordert nicht nur eine Heizrate von 5 °C/Minute, sondern auch die Aufrechterhaltung einer Temperatur von 30 Minuten bei jedem Temperaturschritt und eine maximale Temperatur von 300 °C (höher als die maximale Betriebstemperatur der Batterie), bis die Temperatur 300 °C erreicht oder eine Selbsterhitzung auftritt (mehr als 1,0 °C/Minute). Es wird verwendet, um die Startzeit des thermischen Durchgehens und die thermische Stabilität der Batterie zu bewerten.
Andere Standards bewerten die Leistung der Batterie bei hohen Temperaturen, und das Ziel besteht nicht darin, einen Zustand des thermischen Durchgehens zu erreichen, sondern die thermische Stabilität der Batterie bei dieser Temperatur zu bewerten. Die Batterie wird sukzessive von Raumtemperatur in Schritten von 5 °C/min auf 130 °C erhöht und 30 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten.
3. Alterungstest
Die Leistung von Batterien ist nach Alterung bei hohen Temperaturen stabiler. Die meisten Batteriehersteller wenden im Produktionsprozess Hochtemperatur-Alterungsverfahren an. Die Temperatur beträgt 1–3 Tage lang 45–50 Grad Celsius und wird dann bei Raumtemperatur gelagert.
Mögliche nachteilige Phänomene von Batterien werden nach der Alterung bei hohen Temperaturen sichtbar: Spannungsänderungen, Dickenänderungen und Änderungen des Innenwiderstands sind allesamt direkte Tests für die umfassenden Indikatoren für Sicherheit und elektrochemische Leistung dieser Batterien.
Methoden und Fälle zum Testen der Batteriezuverlässigkeit
Batterietemperatur- und Luftfeuchtigkeitskammern |
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Temperaturbereich |
-20℃ ～+150 ℃ |
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Niedriger Typ |
A: -40℃ B: -70℃ C -86℃ |
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Luftfeuchtigkeitsbereich |
20 %–98 % relative Luftfeuchtigkeit |
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Temperaturabweichung |
± 2,0 ℃ |
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Heizrate |
3 ℃/min |
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Abkühlrate |
1 ℃/min |
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Regler |
Programmierbarer Farb-LCD-Touchscreen-Controller, mehrsprachige Schnittstelle, Ethernet, USB |
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Kältemittel |
R404A, R23 |
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Außenmaterial |
Stahlplatte mit Schutzbeschichtung |
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Innenmaterial |
Edelstahl SUS304 |
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Standardkonfiguration |
1 Kabelloch (Φ 50) mit Stecker; 2 Regale |
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Timing-Funktion |
0,1~999,9 (S,M,H) einstellbar |
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| Explosionsgeschütztes Design | explosionsgeschützte Türketten, explosionsgeschütztes Sichtfenster, Rauchmelder und Sprinkleranlage zur Brandbekämpfung. Explosionsgeschütztes Gehäuse | ||||
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Touchscreen-Controller |
Erkennung von Rauch- und Gasverriegelungen |
Robuster Korrosionsschutz-Arbeitsraum |
Integriertes Stromzugangsloch |
Kurzschlusstest :
1) Legen Sie eine einzelne Batterie bei 25 °C in die Umwelt Testkammer und lassen Sie es 30 Minuten lang stehen, um sicherzustellen, dass die Gesamttemperatur der einzelnen Batterie mit der Temperatur in der Umgebungstestkammer übereinstimmt;
2) Führen Sie in Schritt 1 eine Kurzschlusserregung für die einzelne Batterie durch. Der Kurzschlusswiderstand beträgt 10 Minuten.
3) Zeichnen Sie die Spannung, den Kurzschlussstrom und die Temperaturänderungen der Kurzschlussbatterie auf und testen Sie den Zustand und das Gewicht der einzelnen Batterie vor und nach dem Experiment.
Überladungstest :
1) Legen Sie bei 25 °C eine einzelne Batterie in die Umwelttestkammer und lassen Sie sie 30 Minuten lang stehen, um sicherzustellen, dass die Gesamttemperatur der einzelnen Batterie mit der Temperatur in der Umwelttestkammer übereinstimmt.
2) Erregen Sie die einzelne Batterie in Schritt 1) durch Überladen. Der Überladestrom beträgt 1 C und die Überladezeit beträgt 90 Minuten.
3) Notieren Sie die Spannungs- und Temperaturänderungen der überladenen Batterie sowie den Zustand und das Gewicht der einzelnen Batterie vor und nach dem Test.
Heiztest :
1) Legen Sie bei 25 °C eine einzelne Batterie in die Umwelttestkammer und lassen Sie sie 30 Minuten lang stehen, um sicherzustellen, dass die Gesamttemperatur der einzelnen Batterie mit der Temperatur in der Umweltkammer übereinstimmt.
2) Erhitzen der einzelnen Batterie in Schritt 1), die Heiztemperatur beträgt 130 °C und die Heizzeit beträgt 60 Minuten;
3) Zeichnen Sie die Spannungs- und Temperaturänderungen der Heizbatterie auf und testen Sie den Zustand und das Gewicht der einzelnen Batterie vor und nach dem Experiment.
Die benötigte Ausrüstung:Temperatur- und Feuchtigkeitstestkammer , Thermoschock-Testkammer, Trockenofen.
Anforderungen : Prüfung auf Leckage, Entlüftung, Unterbrechung des Kreislaufs, Bruch, Explosion und Feuer.
Zweck des Temperaturwechseltests: Dieser Test bewertet die Dichtungsintegrität von Zellen und Batterien und ihren internen elektrischen Verbindungen und testet den Temperaturzyklustest.
Testablauf: Zellen oder Batterien mindestens 6 Stunden bei einer Temperatur von 72 °C lagern, anschließend mindestens 6 Stunden bei -40 °C lagern, wobei die Umschaltzeit zwischen den beiden Temperaturen 30 Minuten nicht überschreiten sollte. Jede Zelle oder Batterie sollte 10 Stunden lang getestet werden. Zyklus durchführen und dann 24 Stunden bei Raumtemperatur lagern. Bei großen Batterien und Zellen sollte die Lagerzeit bei Prüftemperatur nicht weniger als 12h betragen.
Anforderungen : Kein Auslaufen, keine Abgase, kein offener Stromkreis, kein Bruch, keine Explosion und kein Feuer während des Tests. IEC 62660-2 Zuverlässigkeits- und Missbrauchstest von Lithiumbatterien für Elektrofahrzeuge. Hochtemperaturbeständigkeit: Batterien werden in einem Ofen mit natürlicher Konvektion oder erzwungener Konvektion erhitzt, die Temperatur des Ofens wird mit einer Geschwindigkeit von 5 ± 2/min auf 130 °C erhöht und die Batterie wird 30 Minuten lang bei dieser Temperatur betrieben.
Temperaturwechsel. Dieser Test soll die thermische Haltbarkeit einer Batterie charakterisieren, indem sie abwechselnd Umgebungen mit niedrigen und hohen Temperaturen ausgesetzt wird, um eine Ausdehnung und Kontraktion zu induzieren.
Legen Sie die Batterie für 5 Zyklen in die Testkammer und beobachten Sie sie nach dem Ende 1 Stunde lang. Die Standardheiztestprobe der Lithiumbatterie U11642 wird in einem Ofen mit natürlicher Konvektion oder erzwungener Konvektion erhitzt. Die Temperatur des Ofens wird mit einer Geschwindigkeit von 5 ± 2 °C/min auf 130 °C erhöht und 10 Minuten lang beibehalten.
Zusammenfassung und unser Service
Batterien sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Batterien werden in verschiedenen Branchen häufig verwendet, daher ist die Prüfung von Batteriepacks, Batteriemodulen und Zellen für die Benutzersicherheit von entscheidender Bedeutung. Mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen wird auch die Nachfrage nach der Sicherheit der Batterien von Elektrofahrzeugen steigen. Die Durchführung vollständiger Lebenszyklus- und Kapazitätstests ist ein entscheidender Schritt bei der Überprüfung der Batteriesicherheit und -haltbarkeit. 
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