Нуждается ли индивидуальный литиевый аккумулятор в испытаниях по стандарту UN 38.3?

При разработке индивидуального литиевого аккумуляторного блока для конкретного устройства или применения производители оригинального оборудования (OEM) зачастую начинают с выбора элементов, соответствующих требуемым значениям напряжения, ёмкости и эксплуатационных характеристик. Поставщик элементов может уже предоставлять документацию по результатам испытаний в соответствии с пунктом UN 38.3, что порождает важный вопрос: Могут ли эти существующие результаты испытаний охватывать готовый аккумуляторный блок или для нестандартной конструкции требуются дополнительные испытания?

Ответ зависит от типа аккумулятора, его конфигурации и объема существующей тестовой документации. Согласно Руководству по испытаниям и критериям ООН, литиевые элементы и литиевые аккумуляторы подлежат различным требованиям к испытаниям. Для перезаряжаемых типов литиевых аккумуляторов применимые требования на уровне аккумуляторов также действуют в том случае, если аккумуляторы собраны из ранее испытанных элементов.</p>

Это различие имеет значение, когда производитель оригинального оборудования (OEM) изменяет конфигурацию элементов, интегрирует систему управления аккумулятором (BMS) или разрабатывает новый корпус. Раннее понимание этих требований может помочь избежать пробелов в документации и неожиданных испытаний на более поздних этапах процесса разработки.

Требуется ли тестирование литиевой аккумуляторной батареи нестандартной конструкции в соответствии с требованиями UN 38.3?

UN 38.3 относится к требованиям к испытаниям, изложенным в части III, подразделе 38.3 Руководства ООН по испытаниям и критериям. В нем устанавливаются серии конструкторских испытаний, которые литиевые элементы и аккумуляторы должны пройти перед тем, как их можно будет предложить к перевозке в соответствии с применимыми правилами перевозки.

Необходимость проведения испытаний для нестандартного аккумуляторного блока зависит от того, охватывается ли уже готовый проект сертифицированным типом аккумулятора и какие требования применяются к данному типу. Существующие результаты испытаний элемента питания по стандарту ООН 38.3 не подтверждают автоматически соответствие отдельно разработанного аккумуляторного блока применимым требованиям на уровне аккумуляторов.</p>

Тестирование на уровне элементов питания по сравнению с тестированием батарейных блоков

Литиевый элементи литиевая батарея не являются взаимозаменяемыми терминами в соответствии с пунктом UN 38.3. Батарея, как правило, состоит из двух или более элементов, электрически соединённых постоянными средствами, а также компонентов, необходимых для её использования, таких как корпус, выводы и маркировка. Одноэлементная батарея рассматривается отдельно в определениях Руководства.

Объём тестирования также различается:

• Типы литиевых элементов: Все типы литиевых элементов подвергаются испытаниям T.1–T.6 и T.8.
• Типы неперезаряжаемых литиевых батарей: Эти изделия подвергаются испытаниям Т.1–Т.5, включая типы аккумуляторов, состоящие из ранее испытанных элементов.
• Перезаряжаемые литиевые аккумуляторы: На эти изделия распространяются испытания Т.1–Т.5 и Т.7, включая типы аккумуляторов, состоящие из ранее испытанных элементов.

В Руководстве также содержится специальное правило для компонентных элементов, которые не транспортируются отдельно от аккумулятора, частью которого они являются: такие элементы должны пройти только испытания Т.6 и Т.8. Данное положение касается компонентных элементов и не следует путать с требованиями к испытаниям полностью собранных аккумуляторов.

Когда требуется дополнительное тестирование?

Дополнительные испытания могут потребоваться, если пользовательский аккумуляторный блок представляет собой другой тип аккумулятора по сравнению с тем, который охватывается существующей документацией по испытаниям.</p>

Например, производитель оригинального оборудования может использовать проверенные литий-ионные элементы, но разработать блок с иной последовательной и параллельной конфигурацией, системой защиты или механической конструкцией. Инженерной группе необходимо оценить, покрывается ли полученный проект существующим проверенным типом или его следует рассматривать как новый тип в соответствии с пунктом UN 38.3.

Согласно подразделу 38.3.2.2, определенные изменения испытуемого перезаряжаемого элемента или аккумулятора могут привести к созданию нового типа. К таким изменениям относятся:

• Изменение номинальной энергии более чем на 20 %, измеряемое в ватт-часах.
• Повышение номинального напряжения более чем на 20%.
• Изменение, которое может привести к провалу любого из предписанных тестов.

В Руководстве приведены примеры потенциально значимых изменений конструкции, включая изменения материалов электродов или электролита, защитных устройств, конструкции обеспечения безопасности, количества элементарных ячеек и способа соединения элементарных ячеек.

Не каждое изменение автоматически требует полной новой программы испытаний. Влияние изменения должно быть оценено по отношению к проверенной конструкции и соответствующим требованиям. Поэтому производители оригинального оборудования должны проверить объем существующей документации перед тем, как использовать ее для модифицированной конструкции аккумулятора.

Какие факторы конструкции аккумулятора влияют на требования к испытаниям по пункту UN 38.3?

Пользовательский аккумуляторный блок объединяет электрические, электронные и механические компоненты. Каждый из них может повлиять на окончательную конструкцию и её соответствие существующему протестированному типу аккумулятора.

По этой причине соображения, касающиеся пункта 38.3 Рекомендаций ООН, следует учитывать при определении архитектуры аккумулятора, а не откладывать их до готовности блока к отправке.

Тип элемента и конфигурация аккумулятора

Выбор элементов является одним из первых решений в проекте по созданию специализированной батареи. Различные химические составы элементов, их форм-факторы, габаритные размеры и электрические характеристики могут повлиять на проектирование батареи и соображения, связанные с её испытаниями.

Конфигурация также имеет значение. Изменение количества ячеек, соединённых последовательно или параллельно, может повлиять на номинальное напряжение, ёмкость, общую энергию и физическое расположение аккумулятора.

Изготовители оригинального оборудования должны определить:

• Химический состав и формат элементов: цилиндрические, призматические или блок-элементы.
• Производитель и модель аккумуляторной ячейки.
• Последовательная и параллельная конфигурация.
• Номинальное напряжение и ёмкость.
• Общая номинальная энергия в ватт-часах.

Эти спецификации определяют базовый уровень для оценки предложенной архитектуры аккумулятора и сравнения её с существующей документацией на элементы или аккумуляторы.

Емкость аккумулятора и энергетический рейтинг

Емкость аккумулятора и номинальная энергия являются важными характеристиками как для проектирования системы, так и для классификации при транспортировке.

Для аккумуляторной батареи номинальная энергия обычно рассчитывается с использованием номинального напряжения и номинальной ёмкости:

Например, аккумулятор с номинальным напряжением 48 В и номинальной ёмкостью 100 А·ч имеет номинальную энергию 4800 Вт·ч.

Номинальный показатель энергоемкости должен быть одинаковым в технической спецификации аккумулятора и в резюме испытаний по стандарту ООН 38.3. Он также служит важным ориентиром при оценке изменений, вносимых в протестированный тип перезаряжаемого аккумулятора.

Конструкция BMS и система защиты

The система управления аккумулятором отвечает за мониторинг и контроль ключевых рабочих параметров аккумулятора. В зависимости от применения его функции могут включать мониторинг напряжения элементов, мониторинг температуры, защиту по току, балансировку и связь с основным оборудованием.

Аппаратное и программное обеспечение BMS также могут быть значимыми при оценке изменений конструкции в соответствии с пунктом UN 38.3. В Руководстве изменения в устройствах защиты, включая аппаратное и программное обеспечение, приводятся в качестве примеров модификаций, которые могут привести к неудаче при прохождении установленного испытания.

При определении пользовательского аккумуляторного блока производителям оригинального оборудования следует учитывать:

• Защита от перенапряжения и пониженного напряжения.
• Защита от перегрузки по току и короткого замыкания.
• Контроль температуры и защита.
• Стратегия балансировки элементов питания.
• Интерфейсы связи, такие как CAN или RS485, при необходимости в приложении.

Стратегия защиты должна быть задокументирована как часть спецификации аккумулятора, включая аппаратную и программную конфигурацию, используемую в окончательном проекте.</p>

Корпус аккумулятора и механическая конструкция

Корпус защищает элементы и внутренние компоненты, обеспечивая при этом механическое соединение между аккумулятором и подключаемым оборудованием.

В его конструкцию могут входить крепёжные элементы, конструктивные опоры, теплоизоляция, разъёмы и средства теплового управления. Эти особенности могут влиять на массу, габаритные размеры и механическое поведение аккумулятора.

Для проектов OEM требования к корпусу должны быть определены одновременно с электрическими спецификациями. Важные аспекты включают:

• Доступное пространство для установки и способ крепления.
• Материал корпуса и конструктивный дизайн.
• Расположение разъёма и прокладка кабеля.
• Требования к изоляции и защите.
• Системы охлаждения или отвода тепла.
• Рабочая среда, включая условия вибрации и температуры.

Изменение корпуса не требует автоматически проведения новых испытаний по стандарту ООН 38.3, однако модификации, которые могут повлиять на результаты предусмотренных испытаний, должны быть оценены в сравнении с уже протестированным проектом.

Что должны подготовить производители оборудования перед началом проекта по разработке нестандартных аккумуляторов?

Чёткие требования к проекту помогают производителям аккумуляторов оценить конструкцию, выбрать подходящие элементы и выявить потенциальные аспекты соответствия до разработки прототипа.</p>

Производителям оборудования не нужно окончательно определять все технические детали в самом начале. Однако подготовка следующей информации может повысить точность первоначальной инженерной оценки.

Электрические и эксплуатационные требования

Начните с электрических требований оборудования или системы, которые будут питаться от аккумулятора.

Релевантная информация включает в себя:

• Требуемое номинальное напряжение и диапазон рабочего напряжения.
• Целевая мощность и энергетический класс.
• Постоянный и пиковый ток разряда.
• Ток заряда и метод заряда.
• Ожидаемое время работы и коэффициент заполнения.</p>
• Требуемый срок службы в циклах и срок службы.</p>
• Протоколы связи и требования к данным.

Эта информация дает инженерной команде четкую отправную точку для оценки вариантов ячеек и определения электрических характеристик аккумулятора.

Для практического примера информации, необходимой при указании пользовательской аккумуляторной батареи ИБП, см. Специальные требования к литиевым ИБП-батареям<р>.<р>

Механические и экологические требования

Аккумулятор должен соответствовать доступному месту установки и работать в условиях, ожидаемых в применении.

Производители оригинального оборудования должны предоставить:

• Максимальные размеры и вес аккумулятора.
• Положение монтажа и механический интерфейс.
• Тип разъема и положение выводов.
• Диапазоны рабочих и температур хранения.
• Вибрация, удары и другие внешние условия.
• Требования к охлаждению, вентиляции или тепловому управлению.

В тех случаях, когда аккумулятор будет устанавливаться в промышленное оборудование, медицинские устройства, системы резервного питания или другие специализированные приложения, производитель оригинального оборудования (OEM) также должен определить все специфические для данного применения требования в области безопасности и интеграции.

Требования к транспортировке и соблюдению норм

Требования к транспортировке следует обсудить до утверждения окончательного проекта аккумулятора.

Изготовители оригинального оборудования должны уточнить:

• Будут ли батареи отправлены отдельно или установлены в оборудовании.
• Ожидаемые виды транспорта, например, воздушный, морской или наземный.
• Рынки назначения и применимые правила перевозки.
• Обязательная документация по UN 38.3.
• Любые дополнительные требования к соответствию для конкретного продукта, системы или рынка.

Раздел UN 38.3 касается испытаний конструкции литиевых элементов и аккумуляторов на пригодность к транспортировке. Он не отменяет все остальные обязательства, связанные с транспортировкой. Упаковку, маркировку, этикетирование, документацию и условия отправки также необходимо проверить в соответствии с применимыми правилами, такими как Европейское соглашение о международной дорожной перевозке опасных грузов (ДОПОГ) для автомобильных перевозок, Международный кодекс морской перевозки опасных грузов (МКМПОГ) для морских перевозок и Правила перевозки опасных грузов ИАТА для воздушных перевозок.

Раннее определение этих требований помогает производителю оригинального оборудования и производителю аккумуляторов выявить документацию и испытания, которые могут потребоваться до отгрузки.

Как производитель аккумуляторов ODM может обеспечить соответствие требованиям UN 38.3?

Для производителей оригинального оборудования, разрабатывающих аккумулятор с определёнными электрическими, механическими и коммуникационными требованиями, партнёр по разработке оборудования (ODM) может помочь увязать решения, принятые на этапе проектирования продукта, с вопросами тестирования и документирования.</p>

Роль производителя заключается в поддержке инженерного процесса и координации необходимой работы по обеспечению соответствия требованиям. Испытания по стандарту ООН 38.3 должны проводиться квалифицированным испытательным центром, а соответствующая документация по испытаниям должна относиться к фактическому типу элемента или аккумулятора.

ACE Battery предоставляет Индивидуальный дизайн и производство аккумуляторов поддержка проектов OEM/ODM, помогающая клиентам решать задачи, связанные с аккумуляторами: от выбора элементов и архитектуры блока до интеграции системы управления батареей (BMS) и разработки прототипов.

Выбор элементов и проектирование аккумуляторной батареи

Производитель аккумуляторов по заказу (ODM) может помочь оценить варианты элементов питания с учетом требований производителя оборудования (OEM) к напряжению, емкости, разряду, заряду, габаритам и условиям эксплуатации.

Выбранные элементы затем формируют основу конструкции батарейного блока, включая последовательное и параллельное соединение, электрические соединения, корпус и стратегию защиты.

На этом этапе производитель также должен проанализировать имеющуюся документацию на уровне элементов и определить, потребуется ли для предлагаемой конструкции аккумулятора собственное испытание в соответствии с пунктом UN 38.3.

Интеграция BMS и разработка прототипа

Система управления батареей (BMS) должна проектироваться с учетом конфигурации батареи и требований встраиваемого оборудования. Это включает определение функций защиты, параметров мониторинга, интерфейсов связи и требований к интеграции в систему.

Разработка прототипа позволяет производителю оборудования и изготовителю оценить, соответствует ли аккумулятор его электрическим, механическим и функциональным характеристикам.

Оценка прототипа также позволяет инженерной команде выявить проблемы проектирования, проверить интеграцию системы и подготовить техническую информацию, необходимую для последующих испытаний.

Дополнительные сведения о взаимодействии с аккумулятором и аспектах его интеграции см. в разделе Проектирование и интеграция нестандартных аккумуляторных блоков<р>.<р>

Тестирование координации и документации

Как только конструкция аккумулятора будет достаточно точно определена, производитель может оказать поддержку в подготовке образцов и технической документации для проведения соответствующих испытаний по пункту 38.3 Рекомендаций ООН.

Производителям оборудования следует обратить внимание на взаимосвязь между документацией по испытаниям и приобретаемыми аккумуляторами. В подразделе 38.3.5 в резюме испытаний приводится такая информация, как производитель, испытательная лаборатория, ссылка на отчёт, дата проведения испытаний, описание аккумулятора, номер модели, номинальная ёмкость в ватт-часах и результаты испытаний.

При проверке документации поставщика убедитесь, что:

• Производитель и модель аккумулятора соответствуют поставляемому изделию.
• Физическое описание, масса и номинальная мощность в ватт-часах соответствуют спецификации аккумулятора.
• Перечисленные испытания и результаты соответствуют типу аккумулятора.
• В документе указано соответствующее издание Руководства ООН по испытаниям и критериям.
• Включена любая соответствующая информация об испытаниях собранной батареи.

А Отчет о тестировании содержит подробные записи о выполненном тестировании, а Резюме тестапредоставляет стандартизированную информацию, требуемую подразделом 38.3.5. Производители оборудования должны запросить Сводку испытаний для фактического типа элемента или аккумулятора и при необходимости уточнить наличие соответствующего Отчёта об испытаниях.

Заранее планируйте соответствие требованиям UN 38.3 на раннем этапе разработки вашей индивидуальной аккумуляторной батареи

Для производителей оригинального оборудования, разрабатывающих специализированные литиевые аккумуляторные блоки, стандарт UN 38.3 следует учитывать наряду с выбором элементов, конфигурацией аккумулятора, проектированием системы управления батареей (BMS) и механической интеграцией.

Проверка окончательной конфигурации аккумулятора по сравнению с имеющейся тестовой документацией до утверждения конструкции помогает производителям оригинального оборудования выявить потенциальные пробелы в испытаниях и спланировать необходимую работу по обеспечению соответствия.

Ранняя координация между производителем оригинального оборудования и производителем аккумуляторов способствует определению объема испытаний, требований к документации и ответственности по проекту до начала производства аккумуляторов.</p>