Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12241-1:2018 (IEC 62660-1:2018) về Pin lithium - ion thứ cấp dùng để truyền lực cho phương tiện giao thông đường bộ chạy điện - Phần 1: Thử nghiệm tính năng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12241-1:2018

IEC 62620-1:2018

PIN LITHIUM-ION THỨ CẤP DÙNG ĐỂ TRUYỀN LỰC CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ CHẠY ĐIỆN - PHẦN 1: THỬ NGHIỆM TÍNH NĂNG

Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 1: Performance testing

Lời nói đầu

TCVN12241-1:2018 hoàn toàn tương đương với IEC 62660-1:2018;

TCVN 12241-1:2018 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 12241 (IEC 62660), Pin lithium-ion thứ cấp dùng để truyền lực cho phương tiện giao thông đường bộ chạy điện hiện có các phần sau:

- TCVN 12241-1:2018 (IEC 62660-1:2018), Phần 1: Thử nghiệm tính năng;

- TCVN 12241-2:2018 (IEC 62660-2:2018), Phần 2: Độ tin cậy về thử nghiệm quá mức;

- TCVN 12241-3:2018 (IEC 62660-3:2016). Phần 3: Yêu cầu an toàn;

- TCVN 12241-4:2018 (IEC TR 62660-4:2017), Phần 4: Phương pháp thử nghiệm thay thế cho thử nghiệm ngắn mạch bên trong của TCVN 12241-3:2018 (IEC 62660-3:2016).

Tiêu chuẩn này áp dụng cùng với ISO 12405-4 [1].

PIN LITHIUM-ION THỨ CẤP DÙNG ĐỂ TRUYỀN LỰC CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ CHẠY ĐIỆN PHẦN 1: THỬ NGHIỆM TÍNH NĂNG

Secondary lithium-ion cells for the propulsion of elecric road vehicles - Part 1: Performance testing

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định thử nghiệm tính năng và thử nghiệm tuổi thọ của các pin lithium-ion thứ cấp sử dụng để truyền lực cho phương tiện giao thông đường bộ chạy điện (sau đây gọi là xe điện) kể cả xe điện chạy acquy (BEV) và xe điện hybrid (HEV).

CHÚ THÍCH 1: Pin lithium-ion thứ cấp được sử dụng đề truyền lực cho các phương tiện giao thông chạy điện hybrid loại cắm vào (PHEV) có thể được thử nghiệm bằng quy trình dùng cho ứng dụng BEV hoặc ứng dụng HEV, theo thiết kế hệ thống acquy, dựa trên thỏa thuận giữa nhà chế tạo và khách hàng.

Tiêu chuẩn này nhằm quy định các quy trình thử nghiệm để đạt được đặc tính thiết yếu của các pin lithium-ion dùng cho ứng dụng truyền lực cho phương tiện giao thông liên quan đến dung lượng, mật độ công suất, mật độ năng lượng, tuổi thọ bảo quản và tuổi thọ.

Tiêu chuẩn này cung cấp các quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn và các điều kiện để thử nghiệm các đặc tính tính năng cơ bản của các pin lithium-ion dùng cho các ứng dụng truyền lực cho xe điện là những đặc tính không thể thiếu để giữ mức tính năng cơ bản và có được các dữ liệu thiết yếu về các pin có thiết kế khác nhau của hệ thống acquy và bộ acquy.

CHÚ THÍCH 2: Theo thỏa thuận giữa nhà chế tạo và khách hàng, điều kiện thử nghiệm cụ thể có thể được chọn thêm ngoài các điều kiện quy định trong tiêu chuẩn này. Các điều kiện thử nghiệm được chọn được mô tả trong Phụ lục A.

CHÚ THÍCH 3: Các thử nghiệm tính năng đối với các pin lithium-ion được kết nối điện có thể có được thực hiện tham khảo tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH 4: Các quy định kỹ thuật về thử nghiệm acquy về hệ thống acquy lithium-ion được xác định trong ISO 12405-4(1).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

ISO/TR 8713, Electrically propelled road vehicles - Vocabulary (Phương tiện giao thông đường bộ chạy điện -Từ vựng)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong ISO/TR 8713 và các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1

Xe điện chạy acquy (battery electric vehicle)

BEV

Xe điện chỉ sử dụng acquy truyền động làm nguồn năng lượng để truyền lực cho xe.

3.2

Xe điện hybrid (hybrid electric vehicle)

HEV

Xe có cả hệ thống tích trữ năng lượng nạp lại được và nguồn năng lượng dùng nhiên liệu để truyền lực.

3.3

Dung lượng danh định (rated capacity)

C_n

Giá trị dung lượng của pin, tính bằng ampe giờ (Ah) được xác định trong các điều kiện quy định và do nhà chế tạo công bố.

CHÚ THÍCH: n trong C_n là thời gian cơ sở tính bằng giờ (h). Trong tiêu chuẩn này, n = 3 đối với ứng dụng BEV và n = 1 đối với ứng dụng HEV nếu không có quy định khác.

3.4

Dòng điện thử nghiệm chuẩn (reference test current)

I_t

Dòng điện tính bằng ampe (A) được thể hiện như sau

I_t = C_n /1

CHÚ THÍCH 1: 1 là khoảng thời gian tính bằng giờ (h)

CHÚ THÍCH 2: Xem IEC 61434:1996 [4], Điều 2.

3.5

Nhiệt độ phòng (room temperature)

Nhiệt độ 25 °C ± 2 K.

3.6

Pin lithium-ion thứ cấp (secondary lithium ion cell)

Pin

Một pin thứ cấp có điện năng được lấy từ các phản ứng đưa vào và lấy ra của các ion lithium giữa anốt và catốt.

CHÚ THÍCH: Pin thứ cấp là đơn vị cơ bản được chế tạo để cung cấp nguồn điện năng bằng cách được đổi trực tiếp từ hóa năng. Pin gồm các điện cực, chất điện phân, bình chứa và các đầu nối, và được thiết kế để nạp điện.

3.7

Trạng thái nạp (state of charge)

SOC

Dung lượng sẵn có trong acquy được thể hiện bằng phần trăm của dung lượng danh định.

3.8

Duy trì điện nạp (charge retention)

Khả năng của pin duy trì được dung lượng ở tình trạng mạch hở trong các điều kiện bảo quản quy định.

4  Điều kiện thử nghiệm

4.1  Quy định chung

Phải nêu trong báo cáo kết quả thử nghiệm các chi tiết về thiết bị đo được sử dụng.

Thử nghiệm và phép đo phải được thực hiện với lưu ý để tránh ngắn mạch.

CHÚ THÍCH: Thử nghiệm và phép đo có thể được thực hiện trong điều kiện cố định do nhà chế tạo pin khuyến cáo.

4.2  Thiết bị đo

4.2.1  Dải đo của thiết bị đo

Thiết bị đo được sử dụng phải cho phép đo được các giá trị điện áp và dòng điện. Dải đo của các thiết bị đo này và các phương pháp đo phải được chọn sao cho đảm bảo độ chính xác quy định đối với từng thử nghiệm.

Đối với thiết bị đo analog, điều này ngụ ý là các số đọc phải được lấy trong một phần ba cuối cùng của thang đo.

Cho phép sử dụng thiết bị đo khác bất kỳ với điều kiện chúng cho độ chính xác tương đương.

4.2.2  Đo điện áp

Điện trở của vôn mét sử dụng phải tối thiểu là 1 MΩ/V.

4.2.3  Đo dòng điện

Toàn bộ cụm ampe mét, điện trở shunt và dây dẫn phải có cấp chính xác 0,5 hoặc tốt hơn.

4.2.4  Đo nhiệt độ

Nhiệt độ pin phải được đo bằng cách sử dụng thiết bị đo nhiệt độ bề mặt có thang đo tương đương và độ chính xác như quy định trong 4.2.1. Nhiệt độ cần được đo ở vị trí phản ánh sát nhất nhiệt độ của pin. Nhiệt độ có thể được đo ở các vị trí thích hợp khác nếu cần.

Các ví dụ về đo nhiệt độ được thể hiện trên Hình 1. Phải tuân thủ các hướng dẫn đo nhiệt độ do nhà chế tạo quy định.

Hình 1 - Ví dụ về đo nhiệt độ của pin

4.2.5  Các phép đo khác

Các giá trị khác có thể được đo bằng cách sử dụng thiết bị đo với điều kiện là phù hợp với 4.3.

4.3  Dung sai

Độ chính xác tổng của các giá trị kiểm soát hoặc đo, so với các giá trị quy định hoặc thực tế phải nằm trong các dung sai sau:

a) ± 0,1 % đối với điện áp;

b) ± 1 % đối với dòng điện;

c) ± 2 K đối với nhiệt độ;

d) ± 0,1 % đối với thời gian;

e) ±0,1 % đối với khối lượng;

f) ± 0,1 % đối với kích thước.

Các dung sai này bao gồm độ chính xác kết hợp của các thiết bị đo, kỹ thuật đo được sử dụng, và tất cả các nguồn sai số khác bất kỳ trong quy trình thử nghiệm.

4.4  Ổn định nhiệt

Để ổn định nhiệt độ pin, pin phải được đặt trong nhiệt độ thử nghiệm quy định trong tối thiểu 12 h. Thời gian này có thể được giảm xuống nếu đạt được ổn định nhiệt, ổn định nhiệt được coi là đạt được nếu sau một khoảng thời gian 1 h, sự thay đổi nhiệt độ pin thấp hơn 1 K.

5  Đo kích thước

Kích thước lớn nhất của chiều rộng, chiều dày hoặc đường kính, và chiều dài của pin phải được đo ở nhiệt độ phòng và đến ba chữ số có nghĩa theo các dung sai trong 4.3.

Các ví dụ về kích thước lớn nhất được cho trong Hình 2a đến Hình 2f.

CHÚ DẪN

Hình 2 - Ví dụ về kích thước lớn nhất của pin

CHÚ THÍCH: Pin hình lăng trụ được cung cấp cùng với vỏ kim loại cứng hoặc vỏ màng mềm nhiều lớp. Pin hình lăng trụ có vỏ màng mềm nhiều lớp thường được gọi là pin túi.

Thể tích của pin hình lăng trụ được tính bằng tích của chiều cao tổng không tính các đầu nối, chiều rộng tổng và chiều dày tổng, và thể tích của pin hình trụ được tính bằng tích của tiết diện của phần hình trụ và chiều cao tổng của chúng không tính các đầu nối.

6  Đo khối lượng

Khối lượng của pin được đo đến ba chữ số có nghĩa theo các dung sai cho trong 4.3.

7  Đo điện

7.1  Quy định chung

Trong mỗi thử nghiệm, điện áp, dòng điện và nhiệt độ đều phải được ghi vào báo cáo.

Trước mỗi thử nghiệm, nhiệt độ của pin phải được ổn định ở nhiệt độ phòng theo 4.4, nếu không có quy định khác.

Nhiệt độ môi trường phải là nhiệt độ phòng nếu không có quy định khác.

7.2  Điều kiện chung về nạp điện

Nếu không có quy định khác trong tiêu chuẩn này, trước thử nghiệm đo điện, pin phải được nạp điện như sau.

Trước khi nạp, pin phải được phóng điện ở nhiệt độ phòng và ở dòng điện không đổi mô tả trong Bảng 1 xuống điện áp kết thúc phóng điện do nhà chế tạo quy định. Sau đó, pin phải được nạp theo phương pháp nạp do nhà chế tạo công bố, ở nhiệt độ phòng.

7.3  Dung lượng

Dung lượng của pin phải được đo theo các bước sau.

Bước 1 - Pin phải được nạp theo 7.2.

Sau khi nạp lại, nhiệt độ của pin phải được ổn định theo 4.4.

Bước 2 - Pin được phóng điện ở nhiệt độ quy định với dòng điện không đổi I_t (A) đến điện áp kết thúc phóng điện do nhà chế tạo pin cung cấp. Phải sử dụng dòng điện phóng và nhiệt độ cho trong Bảng 1.

Ngoài Bảng 1, các điều kiện thử nghiệm cụ thể có thể được lựa chọn dựa trên thỏa thuận giữa nhà chế tạo pin và khách hàng. Các điều kiện thử nghiệm chọn lọc được cho trong Bảng A.1.

Bảng 1 - Điều kiện phóng điện

Bước 3 - Đo thời gian phóng điện cho đến khi đạt đến điện áp kết thúc phóng điện quy định. Tính dung lượng của pin thể hiện bằng Ah đến ba chữ số có nghĩa bằng cách nhân dòng điện phóng (A) với khoảng thời gian phóng điện (h).

7.4  Điều chỉnh SOC

Các pin thử nghiệm phải được nạp như quy định dưới đây, nếu không có quy định khác. Điều chỉnh SOC là quy trình cần tuân thủ để chuẩn bị các pin theo các SOC khác nhau đối với các thử nghiệm trong tiêu chuẩn này.

Bước 1 - Pin phải được nạp theo 7.2.

Bước 2 - Pin phải được cho nghỉ ở nhiệt độ phòng theo 4.4.

Bước 3 - Pin phải được phóng điện ở dòng điện không đổi theo Bảng 1 trong (100 - n)/100 x 3 h đối với ứng dụng BEV và (100 - n)/100 x 1 h đối với ứng dụng HEV, trong đó n là SOC (%) cần điều chỉnh đối với từng thử nghiệm.

7.5  Công suất

7.5.1  Quy định chung

Thử nghiệm này nhằm xác định đặc tính công suất của pin trong các điều kiện sử dụng đại diện của ứng dụng BEV và HEV.

Dựa trên thử nghiệm đặc tính dòng điện-điện áp trong 7.5.2, mật độ công suất và mật độ công suất phục hồi của pin phải được tính theo 7.5.3 và 7.5.4 tương ứng.

Mật độ công suất và mật độ công suất phục hồi phải được tính và ghi vào báo cáo đối với từng tổ hợp SOC và nhiệt độ như cho trong 7.5.2.

7.5.2  Phương pháp thử nghiệm

Thử nghiệm phải được thực hiện theo quy trình sau.

a) Đo khối lượng

Khối lượng pin phải được đo như quy định trong Điều 6.

b) Đo kích thước

Kích thước của pin phải được đo như quy định trong Điều 5.

c) Điều chỉnh SOC và nhiệt độ

Thử nghiệm trong 7.5.2 d) phải được thực hiện trong từng tổ hợp SOC và nhiệt độ pin khi bắt đầu thử nghiệm như quy định trong Bảng 2, theo quy trình quy định bởi nhà chế tạo pin.

SOC phải được điều chỉnh theo 7.4.

Bảng 2 - Điều kiện SOC và nhiệt độ đối với thử nghiệm công suất

CHÚ THÍCH: Điều kiện thử nghiệm chọn lọc được cho trong Bảng A.2.

d) Thử nghiệm đặc tính dòng điện-điện áp

Phóng điện pin trong 10 s ở dòng điện phóng lớn nhất theo quy định của nhà chế tạo pin (I_dmax), và đo điện áp ở cuối thời gian xung 10 s (U_d).

Nạp điện cho pin trong 10 s ở dòng điện nạp lớn nhất theo quy định của nhà chế tạo pin (I_cmax), và đo điện áp ở cuối thời gian xung 10 s (U_c).

Các giá trị I_dmax và I_cmax thay đổi tùy thuộc vào giá trị SOC, nhiệt độ thử nghiệm và tình trạng nạp điện hoặc phóng điện.

Các giới hạn nạp và phóng của dòng điện và điện áp ở nhiệt độ thấp theo quy định của nhà chế tạo pin cần được tính đến.

Trong trường hợp I_dmax và I_cmax không được cho trước thì giá trị này có thể có được theo thử nghiệm trong Phụ lục C.

7.5.3  Tính toán mật độ công suất

7.5.3.1  Tính công suất

Công suất phải được tính theo công thức (1) và làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa.

P_d = U_d X I_dmax (1)

trong đó

P_d  là công suất (W);

U_d  là điện áp đo được vào thời điểm kết thúc xung 10 s của I_dmax phóng điện (V);

I_dmax  là dòng điện phóng lớn nhất do nhà chế tạo quy định (A).

Nếu P_d là giá trị ước tính thì phải nêu như vậy.

7.5.3.2  Mật độ công suất trên một đơn vị khối lượng

Mật độ công suất theo khối lượng được tính theo công thức (2) và làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa

trong đó

ρ_pd  là mật độ công suất (W/kg);

P_d  là công suất (W);

m  là khối lượng của pin (kg).

7.5.3.3  Mật độ công suất trên một đơn vị thể tích

Mật độ công suất theo thể tích được tính theo công thức (3) và làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa.

trong đó

ρ_pvlm  là mật độ công suất theo thể tích (W/l);

P_d  là công suất (W);

V  là thể tích của pin (I).

7.5.4  Tính toán mật độ công suất phục hồi

7.5.4.1  Công suất phục hồi

Công suất phục hồi phải được tính theo công thức (4) và làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa.

trong đó

P_c  là công suất phục hồi (W);

U_c  là điện áp đo được vào thời điểm kết thúc của xung 10 s của I_cmax nạp (V);

I_cmax  là dòng điện nạp lớn nhất được nhà chế tạo quy định (A).

Nếu P_c là giá trị ước tính thì phải nêu như vậy.

7.5.4.2  Mật độ công suất phục hồi trên một đơn vị khối lượng

Mật độ công suất phục hồi theo đơn vị khối lượng được tính theo công thức (5) và làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa.

trong đó

ρ_pc  là mật độ công suất phục hồi (W/kg);

P_c  là công suất phục hồi (W);

m  là khối lượng của pin (kg).

7.5.4.3  Mật độ công suất phục hồi trên một đơn vị thể tích

Mật độ công suất phục hồi theo thể tích được tính theo công thức (6) và làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa.

trong đó

ρ_pvlmc  là mật độ công suất phục hồi (W/l);

P_c  là công suất phục hồi (W);

V  là thể tích của pin (I).

7.6  Năng lượng

7.6.1  Quy định chung

Thử nghiệm này nhằm xác định mật độ năng lượng có thể có được từ pin trong các điều kiện sử dụng đại diện của ứng dụng BEV và HEV.

Dựa trên thử nghiệm trong 7.6.2, mật độ năng lượng của pin phải được tính theo 7.6.3.

7.6.2  Phương pháp thử nghiệm

Mật độ năng lượng theo khối lượng (Wh/kg) và mật độ năng lượng theo thể tích (Wh/I) của pin khi phóng điện với dòng điện không đổi bằng 1/3 l_t A đối với ứng dụng BEV và 1 l_t A đối với ứng dụng HEV phải được xác định theo quy trình sau.

a) Đo khối lượng

Khối lượng của pin phải được đo như quy định trong Điều 6.