Чи потрібне тестування відповідно до UN 38.3 для спеціально розробленого литієвого акумуляторного блоку?

Під час розробки спеціального литій-іонного акумуляторного блоку для певного пристрою чи застосування виробники обладнання (OEM) зазвичай починають із вибору елементів, які відповідають їхнім вимогам щодо напруги, ємності та експлуатаційних характеристик. Постачальник елементів може вже надавати документацію щодо проходження випробувань за стандартом UN 38.3, що породжує важливе запитання: Чи можуть ці наявні результати випробувань охоплювати готовий акумуляторний блок, чи для спеціального проекту потрібне додаткове тестування?

Відповідь залежить від типу акумулятора, його конфігурації та обсягу наявної тестової документації. Згідно з Руководством з випробувань і критеріїв ООН, літієві елементи й літієві акумулятори підлягають різним вимогам щодо випробувань. Для перезаряджуваних типів літієвих акумуляторів діючі вимоги на рівні акумуляторів також застосовуються, коли акумулятори збирають із раніше протестованих елементів.

Ця відмінність має значення, коли виробник обладнання змінює конфігурацію елементів, інтегрує систему керування акумулятором (BMS) або розробляє новий корпус. Розуміння цих вимог на ранніх етапах може допомогти уникнути прогалин у документації та неочікуваної роботи з тестування пізніше в процесі розробки.

Чи потрібне тестування згідно з вимогами Рекомендацій ООН 38.3 для індивідуального літієвого акумуляторного блоку?

UN 38.3 стосується вимог щодо випробувань, викладених у розділі III, підрозділі 38.3 Руководства з випробувань і критеріїв ООН. У ньому встановлено серію проектних випробувань, які мають успішно пройти літієві елементи та акумулятори перед тим, як їх можна буде запропонувати до перевезення, за умови дотримання відповідних правил перевезення.

Чи потрібно тестувати спеціальний акумуляторний блок, залежить від того, чи вже охоплює готовий дизайн протестований тип акумулятора та які вимоги застосовуються до цього типу. Існуючі результати випробувань елемента згідно з UN 38.3 не підтверджують автоматично того, що окремо розроблений акумуляторний блок відповідає відповідним вимогам на рівні акумулятора.</p>

Тестування на рівні елементів живлення проти тестування акумуляторних батарей

Літієва елемент</p>і літієва батарея не є взаємозамінними термінами згідно з вимогами UN 38.3. Батарея, як правило, складається з двох або більше елементів, електрично з’єднаних постійними засобами, разом із компонентами, необхідними для її використання, такими як корпус, клеми та маркування. Одноелементна батарея розглядається окремо в означеннях Посібника.

Обсяг тестування також відрізняється:

• Типи літієвих елементів: Усі типи літієвих елементів підлягають випробуванням Т.1–Т.6 та Т.8.
• Типи неперезаряджуваних літієвих батарей: Ці вимоги підлягають випробуванням Т.1–Т.5, у тому числі типи акумуляторів, що складаються з раніше випробуваних елементів.
• Типи акумуляторних літієвих батарей: Ці вимоги підлягають випробуванням Т.1–Т.5 та Т.7, у тому числі типи акумуляторів, що складаються з раніше випробуваних елементів.

У Руководстві також передбачено спеціальне правило щодо компонентних елементів, які не перевозяться окремо від акумулятора, частиною якого вони є: такі елементи повинні пройти лише випробування Т.6 та Т.8. Це положення стосується компонентних елементів і не слід плутати з вимогами до випробувань, що застосовуються до готових акумуляторів.

Коли потрібне додаткове тестування?

Додаткове тестування може бути необхідним, коли спеціальний акумуляторний блок представляє інший тип акумулятора, ніж той, що охоплюється наявною документацією з випробувань.

Наприклад, виробник обладнання може використовувати перевірені літій-іонні елементи, але розробити блок з іншою конфігурацією послідовного та паралельного з’єднання, системою захисту або механічною структурою. Інженерна команда повинна оцінити, чи охоплює існуючий перевірений тип отриманий дизайн чи його слід вважати новим типом згідно з пунктом UN 38.3.

Згідно з підрозділом 38.3.2.2, певні зміни випробуваного акумуляторного елемента або акумулятора можуть призвести до нового типу. До них належать:

• Зміна номінальної енергії більше ніж на 20 %, виміряна в ват-годинах.
• Збільшення номінальної напруги більше ніж на 20%.
• Зміна, яка може призвести до невдачі будь-якого з передбачених тестів.

У посібнику наведено приклади потенційно важливих змін у конструкції, у тому числі зміни електродних або електролітних матеріалів, захисних пристроїв, конструкції системи безпеки, кількості компонентних елементів і способу підключення компонентних елементів.

Не кожна модифікація автоматично вимагає повної нової програми випробувань. Вплив зміни має бути оцінений щодо протестованого конструктивного рішення та відповідних вимог. Тому виробники обладнання повинні перевірити межі існуючої документації, перш ніж спиратися на неї для модифікованого акумулятора.

Які фактори конструкції акумулятора впливають на вимоги до випробувань за стандартом UN 38.3?

Індивідуальний акумуляторний блок поєднує електричні, електронні та механічні компоненти. Кожен із них може впливати на остаточний дизайн і його співвідношення з уже протестованим типом акумулятора.

З цієї причини розгляд вимог розділу 38.3 Рекомендацій ООН слід включити на етапі визначення архітектури акумулятора, а не залишати до моменту, коли блок готовий до відправки.

Тип елемента живлення та конфігурація акумулятора

Вибір елементів є одним із перших рішень у проекті спеціально розробленого акумулятора. Різні хімічні склади елементів, формати, розміри та електричні характеристики можуть впливати на розробку та випробування акумулятора.

Конфігурація також має значення. Зміна кількості елементів, з’єднаних послідовно або паралельно, може вплинути на номінальну напругу, ємність, загальну енергію та фізичне розташування акумулятора.

Виробники обладнання повинні визначити:

• Хімічний склад та формат елементів, наприклад, циліндричні, призматичні або мішечкові елементи.
• Виробник та модель акумуляторної батареї.
• Послідовна та паралельна конфігурація.
• Номінальна напруга та ємність.
• Загальна номінальна енергія в ват-годинах.

Ці специфікації забезпечують базові критерії для оцінки запропонованої архітектури акумулятора та її порівняння з існуючою документацією щодо елементів або акумуляторів.

Ємність акумулятора та енергетичний рейтинг

Ємність акумулятора та номінальна енергія є важливими технічними характеристиками як для проектування системи, так і для класифікації під час транспортування.

Для акумулятора номінальна енергія, як правило, розраховується за допомогою номінальної напруги та номінальної ємності:

Наприклад, акумулятор із номінальною напругою 48 В та номінальною ємністю 100 А·год має номінальну енергію 4800 Вт·год.

Номінальний енергетичний клас повинен бути узгодженим у специфікації акумулятора та в резюме випробувань за стандартом ООН 38.3. Він також надає важливий орієнтир при оцінці змін у протестованому типі акумулятора.</p>

Конструювання системи управління батареєю та захисту

The система керування батареєювідповідає за моніторинг і контроль ключових умов роботи акумулятора. Залежно від застосування його функції можуть включати моніторинг напруги елементів, моніторинг температури, захист від струму, балансування та зв’язок із основним обладнанням.

Апаратне забезпечення та програмне забезпечення системи управління батареєю також можуть мати значення для оцінки змін у конструкції відповідно до пункту UN 38.3. У Посібнику зміни в захисних пристроях, у тому числі в апаратному та програмному забезпеченні, наводяться як приклади модифікацій, які можуть призвести до невдачі передбаченого випробування.

При визначенні спеціального акумуляторного блоку виробники обладнання повинні враховувати:

• Захист від перевищення та зниження напруги.
• Захист від перевантаження та короткого замикання.
• Моніторинг і захист температури.
• Стратегія балансування елементів.
• Інтерфейси зв’язку, такі як CAN або RS485, за потреби в додатку.

Стратегію захисту слід задокументувати як частину специфікації акумулятора, включаючи апаратну та програмну конфігурацію, що використовується в остаточному проекті.

Корпус акумулятора та механічна конструкція

Корпус захищає елементи та внутрішні компоненти, забезпечуючи механічний інтерфейс між акумулятором та основним обладнанням.

Його конструкція може включати кріплення, конструктивні опори, ізоляцію, з’єднувачі та заходи для теплового управління. Ці особливості можуть впливати на масу, габаритні розміри та механічну поведінку акумулятора.

Для проектів OEM вимоги до корпусу слід визначати разом із електричними специфікаціями. Важливими аспектами є:

• Доступний об’єм для встановлення та спосіб кріплення.
• Матеріал корпусу та конструктивна схема.
• Розташування роз’єму та прокладання кабелю.
• Вимоги до ізоляції та захисту.
• Системи охолодження або відведення тепла.
• Робоче середовище, включаючи умови вібрації та температури.

Зміна корпусу не вимагає автоматично нового тестування відповідно до стандарту ООН 38.3, але модифікації, які можуть вплинути на результати передбачених тестів, слід оцінювати щодо існуючого затвердженого проекту.

Що повинні підготувати виробники обладнання перед початком проекту спеціальної акумуляторної батареї?

Чіткі вимоги до проекту допомагають виробникам акумуляторів оцінити конструкцію, вибрати відповідні елементи та виявити потенційні аспекти відповідності ще до розробки прототипу.

Виробники обладнання не повинні узгоджувати всі технічні деталі на початку. Однак підготовка наведеної нижче інформації може зробити початкову інженерну оцінку більш точною.

Електричні та експлуатаційні вимоги

Почніть із електричних вимог обладнання або системи, які буде живити акумулятор.

До відповідної інформації належать:

• Необхідна номінальна напруга та діапазон робочої напруги.
• Цільова потужність і енергетичний клас.
• Постійний і піковий струм розряду.
• Струм заряджання та метод заряджання.
• Очікуваний час роботи та цикл роботи.
• Необхідне число циклів роботи та термін служби.
• Протоколи зв’язку та вимоги до даних.

Ця інформація надає інженерній команді чітку вихідну точку для оцінки варіантів елементів та визначення електричних характеристик акумулятора.

Для практичного прикладу інформації, необхідної при вказівці спеціальної акумуляторної батареї для ІБП, див. індивідуальні вимоги до акумуляторів UPS з літієм.

Механічні та екологічні вимоги

Акумулятор повинен відповідати наявному місцю для встановлення й працювати в умовах, які очікуються в даному застосуванні.

Виробники обладнання повинні надавати:

• Максимальні розміри та вага акумулятора.
• Положення монтажу та механічний інтерфейс.
• Тип з’єднувача та положення клеми.
• Діапазони робочих і температур зберігання.
• Вібрація, ударні навантаження та інші експлуатаційні умови.
• Вимоги до охолодження, вентиляції або теплового управління.

У разі встановлення акумулятора в промисловому обладнанні, медичних приладах, системах резервного живлення або інших спеціалізованих застосуваннях виробник обладнання також повинен визначити будь-які специфічні для застосування вимоги щодо безпеки та інтеграції.

Вимоги до транспортування та відповідності

Вимоги до транспортування слід обговорити до затвердження остаточного проекту акумулятора.

Виробники обладнання повинні уточнити:

• Чи будуть батареї відправлені окремо чи встановлені в обладнанні.
• Очікувані види транспорту, наприклад, повітряний, морський або наземний.
• Ринки призначення та чинні правила перевезення.
• Обов’язкова документація щодо UN 38.3.
• Будь-які додаткові вимоги щодо відповідності продукту, системи або ринку.

Розділ UN 38.3 стосується випробувань проектування літієвих елементів та акумуляторів для перевезення. Він не замінює всі інші обов’язки, пов’язані з перевезенням. Упаковку, маркування, етикетування, документацію та умови відправлення також слід перевіряти відповідно до чинних правил, наприклад, Європейського кодексу автомобільних перевезень небезпечних вантажів (ADR) — для автомобільного транспорту, Міжнародного кодексу морських перевезень небезпечних вантажів (IMDG Code) — для морського транспорту та Правил IATA щодо перевезення небезпечних вантажів — для повітряного транспорту.

Визначення цих вимог на ранніх етапах допомагає виробнику обладнання та виробнику акумуляторів визначити документацію й роботу з тестування, які можуть знадобитися до відправлення товару.

Як виробник акумуляторів ODM може забезпечити відповідність вимогам UN 38.3?

Для виробників обладнання, що розробляють акумулятор із певними електричними, механічними та комунікаційними вимогами, партнер ODM може допомогти узгодити рішення щодо конструювання продукту з урахуванням випробувань та документації.

Роль виробника полягає у підтримці інженерного процесу та координації необхідної роботи щодо відповідності. Саме випробування згідно з пунктом UN 38.3 має проводитися кваліфікованим випробувальним центром, а відповідна документація щодо випробувань має стосуватися фактичного типу елемента або акумулятора.

ACE Battery надає індивідуальне проектування та виробництво акумуляторів підтримка проектів OEM/ODM, допомагаючи клієнтам вирішувати завдання, пов’язані з акумуляторами — від вибору елементів та архітектури блоку до інтеграції системи управління акумуляторами (BMS) та розробки прототипів.

Вибір елементів живлення та проектування акумуляторного блоку

Виробник акумуляторів ODM може допомогти оцінити варіанти елементів з урахуванням вимог OEM щодо напруги, ємності, розряду, заряджання, розмірів та умов експлуатації.

Обрані елементи потім утворюють основу архітектури батарейного блоку, включаючи послідовну та паралельну конфігурації, електричні з’єднання, корпус і стратегію захисту.

На цьому етапі виробник також повинен переглянути наявну документацію на рівні елементів і визначити, чи може запропонований проект акумулятора вимагати власного випробування відповідно до пункту UN 38.3.

Інтеграція системи управління батареєю та розробка прототипу

Систему управління батареєю (BMS) необхідно проектувати з урахуванням конфігурації акумулятора та вимог обладнання-хоста. Це включає визначення функцій захисту, параметрів моніторингу, інтерфейсів зв’язку та вимог до інтеграції системи.

Розробка прототипу дозволяє виробнику обладнання та виробнику оцінити, чи відповідає акумулятор його електричним, механічним і функціональним специфікаціям.

Оцінка прототипу також дозволяє інженерній команді виявити проблеми з проектування, перевірити інтеграцію системи та підготувати технічну інформацію, необхідну для подальшого тестування.

Для отримання додаткової інформації про зв’язок з акумулятором та аспекти його інтеграції див. індивідуальне проектування та інтеграція акумуляторних блоків.

Тестування координації та документації

Після того як конструкція акумулятора буде достатньо чітко визначена, виробник може надати підтримку у підготовці зразків та технічної інформації для відповідного випробування за стандартом ООН 38.3.

Виробники обладнання повинні звернути увагу на взаємозв’язок між документацією щодо випробувань та акумулятором, який закуповується. У підрозділі 38.3.5 у зведенні результатів випробувань наведено таку інформацію, як виробник, лабораторія, що проводить випробування, посилання на звіт, дата випробування, опис акумулятора, його модель, номінальна ємність у ват-годинах та результати випробувань.

Під час перевірки документації постачальника переконайтеся, що:

• Виробник та модель акумулятора відповідають поставляємому товару.
• Фізичний опис, маса та номінальна потужність у ват-годинах відповідають специфікації акумулятора.
• Перелічені випробування та результати є відповідними для типу акумулятора.
• Документ посилається на діюче видання Руководства ООН щодо випробувань і критеріїв.
• Будь-яка відповідна інформація щодо випробувань зібраних акумуляторів включена.

A Звіт про тестуваннямістить детальні записи виконаного тестування, тоді як Підсумок тесту надає стандартизовану інформацію, передбачену підпунктом 38.3.5. Виробники обладнання повинні запросити Зведення випробувань для фактичного типу елемента або акумулятора й у разі потреби уточнити наявність підтримуючого звіту про випробування.

Забезпечте виконання вимог до стандарту ООН 38.3 на ранніх етапах розробки вашого індивідуального акумулятора

Для виробників обладнання (OEM), що розробляють спеціальні акумуляторні батареї на основі літію, стандарт UN 38.3 слід враховувати разом із вибором елементів, конфігурацією акумулятора, проектуванням системи керування акумулятором (BMS) та механічною інтеграцією.

Перегляд остаточної конфігурації акумулятора порівняно з існуючою тестовою документацією до затвердження проекту допомагає виробникам обладнання (OEM) виявити потенційні прогалини в тестуванні та спланувати необхідну роботу щодо відповідності вимогам.

Рання координація між виробником обладнання та виробником акумуляторів сприяє визначенню обсягу випробувань, вимог до документації та проектних обов’язків до того, як акумулятори надійдуть у виробництво.