Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 61982-2018 "Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах, за исключением литиевых батарей. Методы испытаний для определения рабочих характеристик и выносливости" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 октября 2018 г. N 750-ст)

 

Secondary batteries (except lithium) for the propulsion of electric road vehicles. Performance and endurance tests

 

ОКС 29.220.20,
29.220.30
ОКП 27.20.23.110;
27.20.21.000

 

Дата введения - 1 марта 2019 г.
Взамен ГОСТ Р МЭК 61982-1-2011

 

Предисловие

 

1 Подготовлен Национальной ассоциацией производителей источников тока "РУСБАТ" (Ассоциация "РУСБАТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 "Аккумуляторы и батареи"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 октября 2018 г. N 750-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 61982:2012 "Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах, за исключением литиевых батарей. Методы испытаний для определения рабочих характеристик и выносливости" (IEC 61982:2012 "Secondary batteries (except lithium) for the propulsion of electric road vehicles - Performance and endurance tests", IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДБ

5 Взамен ГОСТ Р МЭК 61982-1-2011

6 Некоторые положения настоящего стандарта могут являться объектами патентных прав. Международная электротехническая комиссия (МЭК) не несет ответственности за идентификацию подобных патентных прав

 

Введение

 

Стандарт МЭК 61982:2012 введен взамен следующих стандартов:

МЭК 61982-1:2006, Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах. Часть 1. Параметры испытаний;

МЭК 61982-2:2002, Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах. Часть 2. Испытания рабочих характеристик при динамическом разряде и выносливости в динамических режимах;

МЭК 61982-3:2001, Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах. Часть 3. Испытания рабочих характеристик и срока службы (транспортные средства для эксплуатации в городе с учетом затрудненного дорожного движения).

В отношении литий-ионных батарей для транспортных средств (ТС) применимы следующие стандарты:

МЭК 62660-1:2010, Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 1. Определение рабочих характеристик;

МЭК 62660-2:2010, Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов;

ИСО 12405-1:2011, Транспорт дорожный на электрической тяге. Методы испытаний тяговых литий-ионных батарейных блоков и систем. Часть 1. Высокомощные применения;

ИСО 12405-2:2012, Транспорт дорожный на электрической тяге. Технические требования к испытаниям модулей и систем тяговых литий-ионных батарей. Часть 2. Высокоэнергетическое применение.

 

1 Область применения

 

Настоящий стандарт применим к испытаниям рабочих характеристик и долговечности аккумуляторных батарей, используемых для приведения в движение транспортных средств (далее - ТС). Его целью является установка определенных существенных характеристик аккумуляторов, батарей, моноблоков, модулей и батарейных систем (далее - БС), используемых для приведения в движение электрического дорожного транспорта, в том числе гибридных электрических транспортных средств, вместе с соответствующими методами испытаний для их оценки.

Испытания могут быть использованы для батарей, разработанных для применения в ТС, таких как, например легковых автомобилях, мотоциклах, коммерческом транспорте и т.п. Настоящий стандарт не распространяется на системы батарей для специальных ТС, таких как общественный транспорт, автомобили для вывоза мусора или тяжелые ТС, где использование батарей аналогично с промышленными ТС.

Методы испытаний зависят от требований к рабочим характеристикам ТС.

Данный стандарт распространяется на свинцово-кислотные (СК), никель/кадмиевые (Ni/Cd), никель/металлогидридные (Ni/MH) и натриевые (Na/NiCl) батареи, используемые в электрических дорожных транспортных средствах (ТСДЭ).

Приложение А определяет методы испытаний рабочих характеристик и срока службы никель/металлогидридных батарей, используемых для приведения в движение гибридных электромобилей (далее - ЭМГ).

 

Примечание - Настоящий стандарт не распространяется на литий-ионные аккумуляторные батареи для применения на автомобилях, на которые распространяется действие МЭК 62660-1, МЭК 62660-2, ИСО 12405-1 и ИСО 12405-2.

 

2 Нормативные ссылки

 

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок следует использовать только указанное издание, для недатированных ссылок следует использовать последнее издание указанного стандарта, включая все поправки.

IEC 60050-482:2004, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) - Part 482: Primary and secondary cells and batteries (Международный электротехнический словарь. Часть 482. Первичные и вторичные элементы, аккумуляторы и батареи)

IEC 61434, Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes - Guide to designation of current in alkaline secondary cell and battery standards (Аккумуляторы и батареи, содержащие щелочной или другие некислотные электролиты. Руководство по указанию тока в стандартах по щелочным аккумуляторам и батареям)

 

3 Термины и определения

 

В настоящем стандарте использованы термины с соответствующими определениями, приведенные в МЭК 60050-482:2004, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 батарейная система; БС (battery system): Устройство хранения энергии, которое включает аккумуляторы или сборки аккумуляторов или батарей, а также электрические цепи и электронные компоненты.

 

Пример: блок контроля батареи, контакторы.

 

Примечание - Компоненты БС также могут быть распределены в различные устройства внутри ТС.

 

3.2 начальное содержание энергии (benchmark energy content): Содержание энергии батареи, измеренное во время исходного испытательного цикла и используемое в качестве опорного значения для оценки ухудшения параметров батареи во время ее жизни.

3.3 номинальное напряжение (nominal voltage): Численное значение напряжения аккумулятора, которое зависит от типа электрохимической системы.

 

Примечания

1 Номинальное напряжение аккумулятора обозначается как Un, В.

2 Значения номинальных напряжений приведены в таблице 1.

 

3.4 типовое испытание (type testing): Испытание, в ходе которого определяются рабочие характеристики изделия в тщательно контролируемых условиях, в значительной степени свободных от влияния окружающей среды и создаваемых им самим.

3.5 нормированная емкость (rated capacity): Количество электричества, которое полностью заряженный аккумулятор или батарея может отдать при ее разряде постоянным током In до конечного напряжения Uк за период n ч при заданной температуре.

 

Примечание - Нормированная емкость Сn аккумулятора или батареи заявляется изготовителем.

 

3.6 эталонная температура окружающей среды (ambient reference temperature): Температура (25  2) °С.

 

4 Общие требования к испытаниям

 

4.1 Точность измерительных приборов

 

4.1.1 Электрические измерительные приборы

 

4.1.1.1 Номенклатура измерительных приборов

Применяемые измерительные приборы должны обеспечивать возможность правильного измерения значения напряжения и тока. Номенклатура этих приборов и методы измерений должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить точность, указанную для каждого испытания. Для аналоговых приборов это означает, что показания должны сниматься в последней трети градуированной шкалы.

Могут быть использованы любые измерительные приборы при условии, что они дают эквивалентную точность.

4.1.1.2 Измерение напряжения

Приборы, используемые для измерения напряжения, должны иметь класс точности 0,5 или лучше. Сопротивление используемых вольтметров должно быть не менее 1000 Ом/В (см. серию стандартов МЭК 60051).

4.1.1.3 Измерение тока

Приборы, используемые для измерения тока, должны иметь класс точности 0,5 или лучше. Вся цепь, состоящая из амперметра, шунта и провода, должна быть класса точности 0,5 или выше (см. серию МЭК 60051 или МЭК 60359).

 

4.1.2 Измерение температуры

 

Приборы, используемые для измерения температуры, должны иметь соответствующий диапазон, в котором значение каждого градуированного деления не более 1 °С. Абсолютная точность прибора должна быть не менее 0,5 °С.

Точка измерения температуры должна соответствовать месту, указанному изготовителем как место, которое наиболее точно отражает температуру электролита, или если такое место не задано, то точка измерения должна быть в центре длинной стороны аккумулятора, будь то одиночный аккумулятор или аккумулятор, который является неотъемлемой частью моноблока.

В случае системы батарей, которая включает в себя систему управления температурным режимом, или, когда аккумуляторы не являются доступными для непосредственного измерения температуры, температура может быть измерена системой контроля и управления батареи (СКУ), предоставляемой изготовителем.

 

4.1.3 Измерение плотности электролита свинцово-кислотных аккумуляторов открытых типов

 

Для измерения плотности электролита должны использоваться ареометры с градуировкой каждого деления не более 5 кг/м3. Абсолютная точность прибора должна быть не менее 5 кг/м3.

 

4.1.4 Погрешности

 

Общая величина погрешности контролируемых или измеряемых значений относительно заданных или фактических величин должна находиться в пределах следующих допусков:

a)  1 % для напряжения;

b)  1 % для тока;

c) 2 % для мощности;

d) 2 °С для температуры;

e) 0,1 % для времени;

f) 0,1 % для размеров;

g) 0,1 % для массы.

Эти допуски включают в себя точность измерительного инструмента, используемого метода измерения и все другие источники ошибки в методе испытания.

 

4.2 Общие положения

 

4.2.1 Скорость изменения тока

 

Скорость изменения тока (разница по времени, с, между одним установленным значением тока и следующим за ним требуемым значением) в ходе динамического испытания должна быть не более 1 с.

Переключение между уровнями мощности в микроциклах должно быть таким, чтобы середина перехода происходила в точке, выделенной для перехода.

Общая продолжительность каждого полного микроцикла должна быть (360  1) с.

 

4.2.2 Температура в случае доступности электролита

 

Температура аккумулятора измеряется при помощи датчика температуры, погруженного в электролит над пластинами.

 

4.2.3 Температура в случае недоступности электролита

 

Температура аккумулятора определяется измерением температуры поверхности устройства. Температура должна быть измерена в месте, которое наиболее точно отражает температуру электролита.

 

4.2.4 Измерение плотности электролита свинцово-кислотных аккумуляторов открытых типов

 

Из-за различных скоростей стабилизации аккумуляторов измерения плотности электролита должны проводиться во времена, наиболее подходящие для испытуемого образца, но в рамках ограничений, накладываемых испытуемой системой.

 

4.2.5 Механическая фиксация

 

При необходимости для испытуемых образцов должны быть предусмотрены меры механической фиксации, чтобы сохранить те же размеры, что и при установке в батареи, как указано изготовителем.

 

4.3 Испытуемые образцы

 

Аккумуляторы, входящие в испытуемый образец и подвергаемые динамическому испытанию определения рабочих характеристик при разряде или динамическому испытанию на выносливость, должны предварительно достичь фактической емкости по крайней мере равной нормированной емкости.

Количество испытуемых образцов, необходимых для проведения каждого испытания должно быть не менее 5 в случае аккумуляторов и 2 в случае моноблоков.

В случае проведения испытаний на конкретной батарее ТС по согласованию между изготовителями аккумуляторов и изготовителями ТС может использоваться как сама батарея, так и ее представительная часть.

 

4.4 Температуры испытания

 

4.4.1 Температура при типовых испытаниях

 

4.4.1.1 Для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей температура батареи в начале разряда должна быть равна заданной для испытания температуре  5 °С.

В случае, если температура аккумулятора в начале разряда (начальная температура) отличается от эталонной температуры окружающей среды и если это имеет существенное влияние на результат, должен быть применен соответствующий поправочный коэффициент к результирующей емкости.

Для коррекции значения емкости к действительной емкости может быть использована формула

 

,

(1)

 

где Сф - фактическая емкость испытуемого образца, измеренная при эталонной температуре;

С - емкость, измеренная при начальной температуре;

t0 - начальная температура;

- корректирующий температурный коэффициент (см. таблицу 1).

После разряда, аккумуляторы/батареи должны быть полностью заряжены в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, а затем выдержаны при заданной температуре испытания в течение от 1 ч до 4 ч перед следующим разрядом.

4.4.1.2 Для Ni/MH и Ni/Cd батарей температура батареи в начале разряда должна быть равна заданной для испытания температуре  2 °С. Для батарей на основе натрия внутренняя температура измеряется СКУ и должна быть в пределах, рекомендованных изготовителем батарей.

 

4.4.2 Работа СКУ

 

БС, снабженные СКУ, должны иметь эту функцию включенной во время испытания. Все системы должны быть обеспечены питанием, как указано изготовителем батареи.

 

4.5 Заряд и выдержка после заряда

 

Аккумуляторы до испытания на разряд должны быть заряжены в пределах, установленных в настоящем стандарте в соответствии с процедурой заряда, указанной заводом-изготовителем. После заряда образец должен быть выдержан в течение от 1 ч до 4 ч при температуре окружающей среды, объявленной для испытания, которое должно проводиться.

 

4.6 Подготовка

 

Перед началом испытания батареи должны быть подготовлены в соответствии со спецификациями завода-изготовителя. Подготовительные операции прекращаются, как только достигается нормированная емкость. Количество циклов для подготовки должно быть менее 20.

 

4.7 Последовательность испытаний

 

Следующие испытания должны проводиться в порядке, указанном в настоящем стандарте:

- подготовка (см. 4.6),

- динамическое испытание определения рабочих характеристик при разряде (см. раздел 6),

- динамическое испытание на выносливость (см. раздел 7).

 

4.8 Запись данных

 

4.8.1 Общие положения

 

Запись данных должна содержать время, температуру, напряжение и ток, а также визуальные наблюдения. Данные включают запись о любых видах работ, проведенных на образцах батарей во время проведения испытаний.

 

4.8.2 Частота записей

 

Все параметры должны быть измерены и сохранены с дискретностью, достаточной, чтобы гарантировать, что все значимые отклонения записываются для последующего анализа данных. Кроме того, для испытаний, включающих короткие переходные режимы (например, при измерении пиковой мощности) в критический период испытаний важны и дискретность записи (обычно раз в секунду) и разница во времени между соответствующими измерениями тока и напряжения (как правило, 0,1 с или менее).

 

5 Нормированная емкость

 

5.1 Общие положения

 

Данное испытание предназначено для измерения емкости, , батарей, аккумуляторов/модулей при их разряде постоянным током. Нормированная емкость должна быть емкостью 3-часового режима разряда при температуре 25 °С, если не указано иное и ее значение заявляется изготовителем.

Батарея должна быть разряжена постоянным током, определяемым по формуле (2):

 

(2)

 

до конечного напряжения Uк3,

где I3 - постоянный ток, А;

С3 - нормированная емкость в 3-часовом режиме, указанная изготовителем, ;

Uк3 - конечное напряжение разряда, указанное для этого типа батарей, В (см. таблицу 1).

Для новых батарей, подвергаемых испытанию на определение емкости, допускается проведение не более 20 циклов для достижения значения нормированной емкости. Испытание на определение емкости должно быть прекращено при первом цикле, при котором достигается значение нормированной емкости. Батареи, которые не достигают нормированной мощности на 20-м цикле, не должны использоваться для испытания. Дополнительные нормируемые емкости, которые необходимо рассматривать в применении к ТСДЭ, - это емкости 5 ч, 1 ч и 0,5 ч режимов разряда. Соответствующие конечные напряжения разряда Uк5, Uк1, Uк0,5 для режимов С5, C1, С0,5 приведены в таблице 1.

 

Примечание - Испытание по определению емкости для Ni/MH батарей, используемых для приведения в движение ЭМГ, приведено в приложении А.

 

5.2 Дополнительные температуры испытания

 

Если это допустимо для испытуемого типа батареи, полезно определить рабочие характеристики также при температурах окружающей среды 45 °С, 0 °С и минус 20 °С.

 

6 Динамическое испытание определения рабочих характеристик при разряде

 

6.1 Основные положения

 

Цель этого испытания - задать условия для получения значения емкости батареи, которая наиболее приближена к доступной емкости в режиме использования в ТСДЭ.

В приложениях ТСДЭ тяговые батареи должны быть способны обеспечивать режимы разряда, изменяющиеся в широких пределах. Профили потребления при движении могут быть упрощены моделью больших токов для разгона, малых токов для постоянной скорости движения и нулевого тока для периодов простоя. При учете подзаряда аккумуляторных батарей во время торможения ТС (рекуперации) в профиль испытания вводят импульс заряда большим током.

Температура испытаний указана в таблице 1.

 

6.2 Задание профиля цикла испытаний без рекуперации

 

Динамический цикл разряда должен быть представлен повторяющимися микроциклами продолжительностью 60 с, каждый из которых состоит из трех уровней тока:

1) разряд током Iрв, в течение 10 с;

2) разряд током Iрн, в течение 20 с;

3) ток I0, в течение 30 с (см. рисунок 1 и таблицу 2).

 

6.3 Задание профиля цикла испытаний с рекуперацией

 

Динамический цикл разряда должен быть представлен повторяющимися микроциклами продолжительностью 60 с, каждый из которых состоит из четырех уровней тока:

1) разряд током Iрв в течение 10 с;

2) разряд током Iрн в течение 20 с;

3) заряд током Iэр в течение 5 с;

4) ток I0 в течение 25 с (см. рисунок 2 и таблицу 2).

Изготовитель может назначить максимальное напряжение, которое не должно превышаться во время импульса Iэр.

 

6.4 Определение динамических характеристик разряда

 

6.4.1 Испытание на циклирование без рекуперации

 

Динамическая фактическая емкость Сдф, - это сумма количества электричества повторяющихся циклов разрядов по 6.2 полностью заряженной и выдержанной по 4.5 батареи до снижения ее напряжения до Uк/аккумулятор.

 

6.4.2 Испытание на циклирование с рекуперацией

 

Динамическая фактическая емкость Сдфр, - это сумма количества электричества повторяющихся циклов разрядов по 6.3 полностью заряженной и выдержанной по 4.5 батареи до снижения ее напряжения до Uк/аккумулятор за вычетом количества электричества, пошедшего на заряд при рекуперации.

 

7 Динамическое испытание на выносливость

 

7.1 Основные положения

 

Цель этого испытания - определить количество циклов разряда до момента, когда фактическая емкость (Сдф или Сдфр), в соответствии с методами, описанными ниже, снизится до 80 % от первоначальной емкости при испытании по 6.2 или 6.3.

 

7.2 Условия испытаний

 

Динамическое испытание на выносливость должно осуществляться с испытуемым образцом, желательно частично погруженным в масляную или водяную баню. Температура должна поддерживаться в пределах величины, определенной для испытания  2 °С, и циркуляция жидкости в бане должна обеспечивать эффективное охлаждение аккумуляторов. Температура испытаний указана в таблице 1.

Если физические ограничения не позволяют использовать охлаждающие жидкости, может быть использовано воздушное охлаждение. В этом случае, а также для батарей со встроенной системой теплового управления применяются те же условия испытаний, как в случае жидкостного управления теплом.

Во время испытания, если это применимо и необходимо, уровень электролита должен находиться в пределах, рекомендованных изготовителем.

 

7.3 Испытание на циклирование без рекуперации

 

Динамический цикл разряда должен быть представлен повторяющимися микроциклами продолжительностью 60 с согласно 6.2 (см. рисунок 1 и таблицу 2).

Разрядные циклы продолжают проводить до снижения значения динамической емкости, получаемой по 6.4.1 до 80 % от значения, полученного при испытании по 6.2, проведенного перед испытанием на выносливость.

 

7.4 Испытание на циклирование с рекуперацией

 

Динамический цикл разряда должен быть представлен повторяющимися микроциклами продолжительностью 60 с согласно 6.3 (см. рисунок 2 и таблицу 2).

Разрядные циклы продолжают проводить до снижения значения динамической емкости, получаемой по 6.4.2 до 80 % от значения, полученного при испытании по 6.3, проведенного перед испытанием на выносливость.

 

7.5 Испытание на выносливость

 

7.5.1 Условия заряда

 

Заряд должен быть начат в течение 1 ч после предыдущего разряда. Заряд должен проводиться в соответствии с инструкцией изготовителя, желательно таким образом, чтобы полный заряд батареи проходил за время не более 8 ч.

 

7.5.2 Выдержка после заряда

 

После заряда батарея должна быть выдержана в течение от 1 ч до 4 ч.

 

7.5.3 Разряд

 

Разряд должен проводиться с помощью испытательного цикла, описанного в 7.3 или 7.4.

 

7.5.4 Частота циклирования

 

По возможности периоды заряда и выдержки должны быть выбраны так, чтобы можно было провести по крайней мере два цикла заряда/разряда в день.

 

7.5.5 Проверка емкости

 

С регулярными интервалами 50 циклов должно проводиться испытание определения характеристик динамического разряда в соответствии с 6.2 или 6.3 для записи изменения емкости.

 

7.5.6 Восстановительные операции

 

Проведение восстановительного цикла, указанного заводом-изготовителем, допускается с интервалом не менее 50 циклов заряда/разряда.

 

7.5.7 Критерий окончания эксплуатации

 

Конец срока службы будет достигнут тогда, когда емкость снизится в двух последовательных циклах до 80 % и менее от значения емкости, полученной при испытании батареи по 6.2 или 6.3 до проведения испытания на выносливость.

Испытание на выносливость считается завершенным.

 

7.5.8 Запись данных

 

Должны быть записаны следующие данные:

- рассчитанная емкость для каждого цикла разряда;

- накопительные данные по отданной емкости;

- достигнутое общее число циклов разряда.

 

8 Испытания для определения рабочих характеристик для БС

 

8.1 Общие положения

 

Методы испытаний этого пункта применимы к БС, используемым в аккумуляторных электромобилях (ЭМА)*.

 

------------------------------

* Для справки (примечание разработчика стандарта): Под термином "аккумуляторный электромобиль, ЭМА" подразумевается электромобиль, в котором батарея является единственным источником энергии для движения.

 

Существует три основных вида испытания, а именно испытания на определение энергоемкости, мощности и срока службы. Все другие испытания не являются обязательными.

 

8.2 Исходные предположения

 

Для того, чтобы испытание действительно отражало поведение батареи при эксплуатации в ТС, режимы разряда и размер батареи должны быть типичными представителями тех ТС, которые находятся в фактической эксплуатации в условиях города. В настоящее время ограничивающим фактором в выборе батареи, вероятно, будет масса батареи, которая может быть размещена на транспортном средстве. При появлении более энергоемких батарей ограничивающим фактором для городского автомобиля станет дальность пробега в городских условиях или время вождения. Следовательно, есть два критерия для выбора батареи: во-первых, масса, а во-вторых, дальность пробега, если емкость при данной массе более чем достаточна, чтобы обеспечить требуемую дальность. Цифры, выбранные как характерные для городского применения, приведены ниже:

Средняя скорость движения: 30 км/ч.

Потребление энергии от батареи: 100 .

Основные испытания проводятся при температуре окружающей среды 25 °С.

Указанная средняя скорость ТС и расход энергии батареи на километр пройденного пути эквивалентны в среднем потреблению мощности от батареи 3 кВт на тонну массы ТС. Поэтому батарея с емкостью 15 способна обеспечить движение в городе ТС массой 1 т на расстояние 150 км.

 

Примечание - Фактические значения массы, объема и емкости, выбираемые для конкретного ТС, будут зависеть от целого ряда факторов, связанных с ТС и с пространством, доступным для размещения БС. В качестве руководства для выбора аккумулятора можно предложить для рассмотрения следующие показатели:

- максимальная доля батареи от полной массы ТС: 30 %;

- максимальная дальность пробега, необходимого для городского автомобиля: 150 км.

 

8.3 Эталонный испытательный цикл

 

8.3.1 Основной микроцикл разряда

 

Анализ длительности шагов для микроцикла и относительной мощности для каждого шага показывает, что для среднего разряда мощностью 3 кВт микроцикл должен быть построен так, чтобы пиковая мощность в шаге 15 была 24 кВт. Полный список из 20 шагов, испытания динамической нагрузки (ИДН) микроцикла с максимальной мощностью 24 кВт приведен в таблице 3. Мощности при разряде отмечены как отрицательные значения.

Эталонный испытательный цикл состоит из микроциклов, повторяющихся до тех пор, пока батарея не будет полностью разряжена или пока испытание не завершится по какой-то другой причине.

 

8.3.2 Корректировка цикла с учетом рабочих характеристик автомобиля, если требуется

 

Потребление энергии ТС с высокими рабочими характеристиками может быть выше, чем ТС с низкими рабочими характеристиками, однако из-за ограничения движения в дорожном потоке разница в потреблении энергии в нормальных условиях эксплуатации в городе будет мала. Для того, чтобы отразить тот факт, что высокие рабочие характеристики ТС лягут дополнительной нагрузкой на батарею, по согласованию между изготовителем батареи и изготовителем ТС может быть создан метод испытания батареи для конкретного ТС. Для того, чтобы скорректировать метод под конкретные ТС, нужно сделать изменения всего в нескольких шагах профиля микроцикла, а именно в шаге 15 (максимальная мощность разряда) и в шаге 19 (максимальная мощность рекуперации), которые корректируются по величине, но не по длительности, до значения фактической мощности системы привода ТС (см. таблицу 4). Для испытуемых БС, предназначенных для использования в ТС с высокими рабочими характеристиками, пиковые значения должны быть увеличены, а для использования в ТС с низкими характеристиками их можно уменьшить. Величины и продолжительность остальных операций должны оставаться неизменными. Пример микроцикла, адаптированного для испытания батареи на ТС с массой 1 т с высокими рабочими характеристиками, приведен в таблице 4. В данном примере максимальная мощность системы привода составляет 100 кВт, а максимальная мощность рекуперации составляет 50 кВт.

 

8.3.3 Выбор батареи и подготовка к проведению испытания

 

БС, отвечающая общим требованиям изготовителя ТС, включая систему управления и вспомогательное оборудование батареи, должна быть подготовлена к испытанию в соответствии с инструкциями завода-изготовителя БС, и процедуры подготовки должны быть документированы. Перед началом испытания всеми его участниками должна быть тщательно проверена совместимость элементов управления и контроля различных участвующих систем, например СКУ, системы привода ТС и испытательного стенда в лаборатории. Батарея должна находиться во время испытания в таком положении, чтобы потоки воздуха и температура окружающей среды вокруг батареи соответствовали условиям, которые будут на ТС.

Аккумуляторы и батареи для испытания могут пройти подготовку путем проведения нескольких циклов, чтобы обеспечить удовлетворительное значение разрядной емкости.

 

8.4 Общие условия испытания

 

8.4.1 Общие положения

 

БС должна быть полностью заряжена в соответствии с инструкциями изготовителя при температуре окружающей среды 25 °С. Испытания должны проводиться при этой же температуре окружающей среды, если не указано иное, и при тех же условиях обтекания воздушным потоком, как если бы батарея находилась на ТС. Расход воздуха должен поддерживаться во время разряда, но не во время заряда. Система термокондиционирования, питающаяся от батареи, должна быть активной, если этого требует конструкция БС. Если для питания СКУ используется внешний источник питания, энергия, потребленная из этого источника, должна быть записана и объявлена.

Напряжения при работе, в том числе минимальное напряжение при разряде и максимальное напряжение при заряде, должны быть записаны для каждого микроцикла испытания емкости батареи на протяжении всей программы испытаний срока службы (см. 8.4.3). Эти значения должны быть объявлены как диапазон рабочих напряжений для микроцикла.

Очень малое число тяговых аккумуляторных батарей, имеющихся в настоящее время или находящихся в стадии разработки, будут воспринимать непрерывные сильные воздействия без ущерба. В этих условиях БС защищена с помощью СКУ. Целью испытаний, описанных ниже, является определение границ работы батареи, накладываемых СКУ при условиях, которые сама БС не может принять. Это подчеркивает важность требования точного и надежного взаимодействия между СКУ и системами ТС, поскольку в некоторых случаях всего несколько минут экстремальной эксплуатации могут привести к необратимому повреждению БС.

Допустимо использование среднего расхода воздуха через батарею, а не изменение потока в соответствии с расчетной скоростью ТС. Рекомендуется, чтобы во время испытания использовался постоянный расход воздуха, соответствующий средней скорости движения ТС 30 км/ч.

 

8.4.2 Определение энергоемкости батареи

 

Энергоемкость батареи измеряется с помощью эталонного испытательного цикла, описанного в 8.3. БС должна быть испытана непрерывным повторением основного микроцикла разряда при согласованных уровнях мощности. Испытание прекращается по завершении микроцикла, в котором батарея уже не в состоянии обеспечить необходимую мощность, или когда разряд останавливается по команде СКУ. Причины прекращения испытания должны быть отмечены в протоколах испытаний. Во время испытаний необходимо производить непрерывную запись напряжения БС. Должны быть зарегистрированы и задекларированы количество циклов при проведении испытаний, общее количество микроциклов, общее количество энергии, , отданное батареей при стадиях разряда, и общее количество энергии, , полученное ею при имитации рекуперативного торможения. Энергоемкость батареи должна быть объявлена в чистом виде, т.е. как разница между общим количеством энергии, пошедшей на разряд и общим количеством энергии, пошедшей на рекуперативный заряд.

СКУ может прекратить цикл на основании значений отданной емкости, температуры, напряжения или каких-либо других причин, связанных с долговечностью батареи или ее безопасностью.

 

8.4.3 Начальный показатель энергоемкости

 

Для установления соответствия измеряемой емкости, после предварительной подготовки новой БС, должны быть проведены 10 эталонных испытательных циклов с частотой один цикл в сутки. Чистое количество отданной энергии регистрируется на каждом из 10 циклов, при этом чистая энергия, отданная на последнем цикле, должна быть записана и объявлена как начальная энергоемкость.

 

8.5 Испытания по определению срока службы

 

Для определения срока службы батареи используют проведение эталонных испытательных циклов. Батарея должна разряжаться до отдачи ею 80 % от своей начальной энергоемкости или до конца микроцикла, в котором отдается 80 % энергии. Затем, в пределах 1 ч после разряда, батарея должна начать заряжаться. Разряд должен быть начат в течение 1 ч после завершения заряда.

Начало разряда может быть отложено для того, чтобы вписаться в нормальный режим работы испытательной лаборатории.

Через каждые 50 циклов определяют энергоемкость батареи с помощью контрольного цикла. Это позволит определить фактическое содержание энергии батареи и проводить измерение других параметров. Во время этого испытания должна вестись непрерывная запись напряжения БС, причем так, чтобы были определены и другие параметры БС. Должны быть записаны и объявлены общее количество микроциклов, общее количество энергии, , отданное батареей при стадиях разряда, и общее количество энергии, , полученное ею при имитации рекуперативного торможения. Совокупность этих данных дает энергоемкость батареи на данном этапе программы испытаний определения срока службы.

Если требуется, сразу же после полного завершения контрольного цикла допустимо использовать процедуру восстановительных операций.

Испытание по определению срока службы прекращают, когда количество отданной энергии снижается до уровня ниже 80 % значения начальной энергоемкости. Число эталонных испытательных циклов должно быть записано и объявлено как срок службы батареи.

Интервалы между контрольными испытаниями по определению энергоемкости батареи могут быть изменены таким образом, чтобы дать приблизительно 10 таких испытаний в течение ожидаемого срока службы батареи.

 

8.6 Определение максимальной мощности и сопротивления батареи

 

Максимальная мощность, которую может обеспечить батарея, определяется, для целей настоящего стандарта, как мощность, при которой ток разряда вызывает снижение напряжения на клеммах батареи до 2/3 от напряжения разомкнутой цепи. Значение максимальной мощности и сопротивления батареи рассчитывается исходя из замеров напряжения и тока во время испытания по определению срока службы при измерении энергоемкости путем записи значений напряжения и силы тока в конце 14 и 15 шагов таблицы 3 или таблицы 4. Для целей настоящего расчета сопротивление при разряде и напряжение разомкнутой цепи должны быть рассчитаны исходя из разницы значений тока и напряжения в этих двух точках, причем предполагается, что сопротивление при разряде линейно в диапазоне от нулевого значения тока до тока максимальной мощности.

Сопротивление батареи определяется по формуле

 

.

(3)

 

Напряжение разомкнутой цепи определяется по формуле

 

.

(4)

 

Ток, требуемый для снижения напряжения до 2/3 UНРЦ определяется по формуле

 

(5)

 

и максимальная мощность рассчитывается по формуле

 

,

(6)

 

где Rб - расчетное сопротивление батареи;

UНРЦ - расчетное напряжение разомкнутой цепи батареи;

Iмм - расчетный пиковый ток при максимальной мощности;

Рмакс. - расчетная максимальная мощность батареи.

Расчетное сопротивление батареи, расчетное напряжение разомкнутой цепи и расчетная максимальная мощность батареи должны быть объявлены в результатах.

 

Примечание - Эти важные параметры батареи определяются по отношению к требованиям ТС. Определение истинной максимальной мощности экспериментальным путем может вызвать перегрузку некоторых компонентов батареи и, как правило, не является необходимым.

 

8.7 Определение способности получения и сохранения заряда

 

8.7.1 Эффективность заряда

 

8.7.1.1 Эффективность заряда при нормальной эксплуатации

Эффективность заряда вычисляется путем записи энергии, поступившей в батарею, и энергии, отданной батареей при ее разряде во время каждого цикла заряда/разряда, или выбранных циклов заряда/разряда программы испытания определения срока службы батареи. Измерение эффективности заряда должно включать потери, связанные с использованием СКУ, если таковая используется. Оно должно также включать потери, связанные с любыми операциями по обслуживанию или выравнивающими зарядами, необходимыми в ходе проведения испытания по определению срока службы.

Эффективность батареи рассчитывается из количества энергии, поступившей в батарею, и энергии, полученной от нее, и объявляется для каждого испытания емкости батарей, проведенного в ходе испытания по определению срока службы.

Эффективность заряда может быть определена для разряда до других степеней заряженности (СЗ) (например, 80 % глубины разряда (ГР)). Однако для получения таких данных потребуется проведение отдельных испытаний.

Если требуется, во время этого испытания может быть измерена также эффективность зарядного устройства, хотя это и выходит за рамки настоящего стандарта.

8.7.1.2 Быстрый заряд

БС должна быть разряжена до конца микроцикла, на котором энергоемкость уменьшается на 60 % от начального значения, т.е. до 40 % СЗ, после чего она подвергается быстрому заряду до 80 % СЗ в соответствии с инструкциями изготовителя батареи. Затем проводят разряд по эталонному циклу до состояния полного разряда, а полученное от батареи количество энергии используют для оценки эффективности быстрого заряда. Способ быстрого заряда, количество энергии, возвращенной батарее во время быстрого заряда и энергоемкость должны быть документированы.

Испытание для определения способности БС к принятию быстрого заряда может быть проведено на подсистеме полной БС. Подсистема батареи должна быть подготовлена таким же образом, как и полная БС, и для нее должна быть подтверждена начальная энергоемкость.

 

8.7.2 Испытания на частичные разряды

 

БС должна быть разряжена до конца микроцикла, на котором энергоемкость уменьшается на 20 % от начального значения, т.е. до 80 % СЗ, после чего она подвергается заряду обычным способом. Это испытание должно быть повторено в общей сложности 20 раз со скоростью один цикл испытаний в день. Затем измеряют емкость батареи по 8.4.2. Полученное значение емкости регистрируют и объявляют. Чтобы оценить результаты восстановления емкости, испытание определения емкости батареи может повторяться до 5 раз. В этом случае емкость, измеренная в каждом испытании, должна быть записана и объявлена.

Это испытание, если требуется, может быть повторено, используя 50 % СЗ как ГР.

В некоторых БС при проведении на постоянной основе частичных разрядов через регулярные промежутки времени может потребоваться проведение восстановительных циклов. В этом случае использование восстановительных циклов должно быть объявлено и подробности их проведения должны быть записаны.

Испытание для определения последствий частичного разряда может быть сделано на подсистеме полной БС.

 

8.7.3 Измерение саморазряда

 

БС должна быть полностью заряжена в обычном режиме, затем ее выдерживают без подключения к внешним источникам питания в течение 30 дней при эталонной температуре окружающей среды (25 °С). После этого измеряют энергоемкость по 8.4.2 и результаты регистрируют. Потери энергии должны быть заявлены как потери вследствие саморазряда в период простоя.

Для измерения невосстанавливаемых потерь при саморазряде полностью заряжают БС и опять разряжают по 8.4.2 при эталонной температуре окружающей среды. Потери энергии должны быть заявлены.

Возможно, что для поддержания батареи в рабочем состоянии будет необходимо внешнее устройство. В этом случае потребление энергии этим устройством должно быть включено в расчет саморазряда.

Это испытание может проводиться для других периодов выдержки и при других температурах окружающей среды. Предпочтительные значения для альтернативных периодов выдержки - два дня и пять дней. Предпочтительные значения для альтернативных температур окружающего воздуха при выдержке - минус 20 °С и + 40 °С. Если испытание на саморазряд должно проводиться при альтернативных температурах окружающей среды, вначале должна быть установлена емкость батареи при таких температурах, путем проведения испытаний, описанных в 8.4.2 и 8.4.3, при этих температурах.

Испытание по измерению саморазряда БС может быть проведено на подсистеме полной БС. В этом случае, любая дополнительная нагрузка на батарею должна быть смоделирована и масштабирована, чтобы иметь возможность перенести данные на полноразмерную БС.

 

8.8 Экстремальные режимы эксплуатации

 

8.8.1 Непрерывный разряд при максимальной мощности ТС

 

ТС в некоторых условиях может работать непрерывно на высокой мощности. Примерами таких режимов являются продолжительный подъем в гору или длительная буксировка другого автомобиля (или оба случая совместно).

Батарея должна быть полностью заряжена в обычном режиме и затем разряжена на максимальном уровне мощности системы ТС, установленном для применения в проведении эталонного цикла (см. 8.3.2). Значения тока и напряжения должны непрерывно фиксироваться. Испытание прекращают, когда достигается любое из предельных значений, установленных изготовителем батареи. При испытании регистрируют время, в течение которого может быть использована максимальная мощность и кривая мощность/время, допускаемая СКУ, если ею допускается продолжение работы на пониженной мощности.

 

8.8.2 Заряд при максимальной энергии рекуперации как функция степени заряженности

 

При эксплуатации ТС в городе, как правило, не допускают высокий уровень мощности рекуперации, это тот необязательный случай, когда автомобиль буксируют или он используется, чтобы добраться до или из города. Обычно наихудшие условия при эксплуатации - когда батарея необходима, чтобы принять максимальную мощность рекуперации в состоянии высокой СЗ. Если присутствует СКУ, то она должна препятствовать такой возможности путем подачи сигнала для системы привода ТС, чтобы уменьшить мощность, подаваемую для рекуперации. Прежде чем пытаться проводить такое испытание, изготовитель ТС должен быть ознакомлен с требованиями сопряжения БС и привода.

Для приведения БС до требуемой ГР (0 % или минимального значения, допускаемого СКУ, 25 %, 50 %, 75 % или максимально допустимого СКУ значения) используют эталонный разряд. Затем БС в течение 15 мин подвергают максимальной мощности рекуперации при торможении, установленной для применения в проведении эталонного цикла (см. 8.3.2). Значения тока и напряжения должны непрерывно фиксироваться. Испытание прекращают, когда достигается любое из предельных значений, установленных изготовителем батареи.

При испытании регистрируют время, в течение которого может быть использована максимальная мощность рекуперации и кривая мощность/время, допускаемая СКУ, если ею допускается продолжение заряда на пониженной мощности.

 

 

Рисунок 1 - Профиль испытания без рекуперации

 

 

Рисунок 2 - Профиль испытания с рекуперацией

 

Таблица 1 - Список параметров условий испытания

 

Параметр

СК

Ni/Cd

Ni/MH

Na/NiCla

Номинальное напряжение

Uн, в

2,0

1,2

1,2

2,6

Конечное напряжение при разряде током I3

Uк3, В

1,68

1,0

1,0

2,2

Конечное напряжение при разряде током I5

Uк5, В

1,7

1,0

1,0

2,2

Конечное напряжение при разряде током I1

Uк1, В

1,6

1,0

1,0

1,7

Конечное напряжение при разряде током I0,5

Uк0,5, В

1,5

0,9

0,9

 

Эталонная температура окружающей среды

Т, °С

25

25

25

25

- температурная коррекция

5 ч

0,006

0

0

0

- температурная коррекция

3 ч

0,0065

0

0

0

- температурная коррекция

1 ч

0,007

0

0

0

- температурная коррекция

0,5 ч

0,01b

0

0

0

а Значения напряжений, используемых в испытании устанавливается изготовителем.

b См. МЭК 60254-1.

 

Таблица 2 - Список параметров заряда/разряда

 

Параметр

СК

Ni/Cd

Ni/MH

Na/NiCla

Разряд импульсом большого тока

Iрв, А

5,2 х I3

5,2 х I3

5,2 х I3

5,2 х I3

Разряд импульсом малого тока

Iрв, А

1,3 х I3

1,3 х I3

1,3 х I3

1,3 х I3

Импульс рекуперативного заряда

Iзв, А

2,6 х I3

2,6 х I3

2,6 х I3

2,6 х I3

а Значения напряжений, используемых в испытании устанавливается изготовителем.

 

Таблица 3 - Список значений ИДН для одного микроцикла, в котором пиковая мощность равна 24 кВт

 

Шаг

Длительность, с

Мощность, %

Мощность, кВт

Шаг

Длительность, с

Мощность, %

Мощность, кВт

1

16

0,0

0,0

11

12

- 25,0

- 6,0

2

28

- 12,5

- 3,0

12

8

12,5

+ 3,0

3

12

- 25,0

- 6,0

13

16

0,0

0,0

4

8

12,5

+ 3,0

14

36

- 12,5

- 3,0

5

16

0,0

0,0

15

8

- 100,0

- 24,0

6

24

- 12,5

- 3,0

16

24

- 62,5

- 14,7

7

12

- 25,0

- 6,0

17

8

25,0

+ 6,0

8

8

12,5

+ 3,0

18

32

- 25,0

- 6,0

9

16

0,0

0,0

19

8

50,0

+ 12,0

10

24

- 12,5

- 3,0

20

44

0,0

0,0

Значения, выделяемые на рекуперативную мощность, соответствует профилю мощности ИДН. Для предотвращения значительного перезаряда фактическая мощность, подаваемая на батарею может в некоторых случаях ограничиваться СКУ

 

Таблица 4 - Список значений ИДН для одного микроцикла, адаптированного для ТС с высокими рабочими характеристиками

 

Шаг

Длительность, с

Мощность, кВт

Шаг

Длительность, с

Мощность, кВт

1

16

0,0

11

12

- 6,0

2

28

- 3,0

12

8

3,0

3

12

- 6,0

13

16

0,0

4

8

+ 3,0

14

36

- 3,0

5

16

0,0

15

8

- 100,0

6

24

- 3,0

16

24

- 14,7

7

12

- 6,0

17

8

6,0

8

8

3,0

18

32

- 6,0

9

16

0,0

19

8

+ 50,0

10

24

- 3,0

20

44

0,0

 

 

Библиография

 

[1]

IEC 60051 (all parts), Direct acting indicating analogue electrical measuring instruments and their accessories (Прямопоказывающие аналоговые измерительные приборы и их вспомогательные части)

[2]

IEC 60254-1:2005, Lead-acid traction batteries - Part 1: General requirements and methods of test (Батареи аккумуляторные свинцово-кислотные тяговые. Часть 1. Общие требования и методы испытаний)

[3]

IEC 60359, Electrical and electronic measurement equipment - Expression of performance (Аппаратура измерительная электрическая и электронная. Выражение рабочих характеристик)

[4]

IEC 62660-1:2010, Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 1: Performance testing (Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 1. Определение рабочих характеристик)

[5]

IEC 62660-2:2010, Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 2: Reliability and abuse testing (Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов)

[6]

ISO 12405-1:2011, Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems - Part 1: High-power applications (Транспорт дорожный на электрической тяге. Методы испытаний тяговых литий-ионных батарейных блоков и систем. Часть 1. Высокомощные применения)

[7]

ISO 12405-2:2012, Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-Ion traction battery systems - Part 2: High energy applications (Транспорт дорожный на электрической тяге. Технические требования к испытаниям модулей и систем тяговых литий-ионных батарей. Часть 2. Высокоэнергетическое применение)

 

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Получить доступ к системе ГАРАНТ

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.


Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 61982-2018 "Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах, за исключением литиевых батарей. Методы испытаний для определения рабочих характеристик и выносливости" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 октября 2018 г. N 750-ст)


Текст ГОСТа приводится по официальному изданию Стандартинформ, Москва, 2018 г.


Дата введения - 1 марта 2019 г.