欧盟电池法规已于2023年8月17日正式生效。该法规旨在预防和减轻电池对环境的不利影响,并确保所有电池的可持续性和安全性,同时考虑了电池全生命周期的碳足迹、回收料使用和供应链安全等措施,促进电池的再利用、梯次利用和回收。
安全是产品存在的基础,法规第5条规定:电池需符合可持续性、安全性、标签和信息要求,且电池不得对人类健康、人身安全、财产或环境造成危害。对于所有类型的电池,安全性都是其投放市场或投入使用的前提和必要条件。
对于电动汽车电池以及启动、照明和点火电池(SLI电池)的安全,根据欧洲法规(EU) 2018/858,M、N和O类车辆的欧盟型式认证继续有效。议会和理事会要求任何已维修或更换的电池必须继续符合适用的安全要求。如果安全细节发生变化,则需要进行进一步的检查或测试,以验证是否继续符合现有欧盟型式认证所依据的要求。
可靠的电池是许多产品、电器和服务的运行和安全的基础。因此,电池的设计和制造应确保其不会对人类健康或人员安全、财产或环境构成风险。这对于固定电池储能系统尤其重要,目前其他欧盟法律尚未涵盖该系统。因此,欧盟新电池法规列出了这些电池制定安全测试要考虑的参数,并由欧洲标准化组织的适用标准进行补充。
针对固定式电池储能系统,法规第12条给出了明确规定:投放市场或投入使用的固定式电池储能系统在正常运行和使用过程中应确保安全。
评估方法如下:
首先,制造商需要对固定式电池储能系统进行危害分析和风险评估(Hazards analysis and risk assessment)。对安全风险的分析需要涵盖电池系统的整个生命周期和所有系统级别(电芯,模组,电池包,电池系统)。对于所有已识别的危险,制造商都需要说明采取了哪些风险降低措施并提供证据证明措施的有效性。
其次,法规附录V列出了11项安全参数,它们对应了电池可能存在的主要安全风险。如果电池通过了这些测试,那么可以证明电池在这些方面具有安全性。
对于附录V未涉及的安全风险,制造商需要提交对应风险已被成功降低的证据(例如测试),并且此类测试应使用最新的测试方法。
在2024年8月18日之前,制造商应提供法规附录VIII要求的技术文件,应涵盖上述要求。
虽然目前安全测试对应的授权法案和协调标准并没有发布,但是针对电池储能系统的安全已有被市场广泛接受和认可的标准:EN IEC 62619:2022,EN IEC 63056:2020以及其它国际标准,这些标准中的测试基本可以覆盖法规附录V的安全参数,所以现阶段对固定式电池储能系统进行法规安全要求的评估是可行的。
TÜV南德根据电池法规要求和现有国际标准开发出了现阶段专门针对固定式电池储能系统的安全测试方案PPP 51098A,可以为电池制造商提供对应的测试和认证服务。
上图为附录V安全参数和现有国际标准的参照关系
附录V的11项安全参数如下:
1、热冲击与循环
测试的目的是评估电芯暴露于极端和突然的温度变化时因膨胀和收缩而引起的电池完整性的变化,以及这种变化的潜在后果。
在热冲击期间,电池应暴露在两个温度极限下,并在每个温度极限下保持一段时间。
2、外部短路保护
测试应评估电池在外部短路时的安全性能。
该测试可评估过流保护装置的启动或电池在不发生危险情况(如热失控、爆炸、起火)下承受电流的能力。主要的危险因素是电池发热和电弧,其会损坏电路或导致绝缘电阻降低。
3、过充电保护
测试应评估电池在过充电情况下的安全性能。
过充电时的主要安全风险是电解质分解、正极和负极击穿、固态电解质相间层(SEI)放热分解、隔膜损伤和析锂,这可能导致电池自加热和热失控。影响测试结果的因素至少应包括充电速率和最终达到的荷电状态(SOC)。可通过电压控制(达到充电电压限值后切断)或电流控制(超过最大充电电流后切断)来确保保护。
4、过放电保护
测试应评估电池在过放电情况下的安全性能。
过放电时的安全风险包括极性反转导致负极铜箔在正极形成铜枝晶。即使是轻微的过放电也会导致枝晶形成,并最终导致短路。
5、过温保护
测试应评估温度控制失效或其它保护功能失效对运行期间内部过热的影响。
6、热扩散保护
测试应评估电池在热扩散情况下的安全性能。
一个电芯的热失控可导致由很多电芯组成的整个电池发生连锁反应,这会导致严重后果,包括大量气体释放。测试应考虑到国际标准化组织正在开发的运输应用测试以及联合国的全球技术规范。
7、外力造成的机械损伤
测试应模拟电池意外受到机械应力的一种或多种情况,并保持其设计用途的可操作性。
模拟这些情况的标准应反映实际使用情况。
8、内部短路
测试应评估电池在内部短路情况下的安全性能。
发生内部短路是电池制造商关注的主要问题之一,它可能导致放电、热失控和产生火花,从而点燃从电池中逸出的电解液蒸汽。制造缺陷、电池中的杂质或锂枝晶生长都可能引发内部短路,这也是大多数现场安全事故的起因。可能会出现多种内部短路情况(例如阴极/阳极、铝集流体/铜集流体、铝集流体/阳极等的短路),每种情况的短路电阻不同。
9、热滥用
在测试过程中,电池应暴露在较高的温度下(在IEC 62619中,温度为85°C),这可能会引发自加热反应,导致电池热失控。
10、防火测试
爆炸危险应通过将电池暴露在火中进行评估。
11、气体排放
电池含有大量的潜在危险材料,例如高度易燃的电解质、腐蚀性和有毒成分。
如果暴露在特定条件下,电池的完整性可能会受到破坏,从而导致有害气体的释放。
因此,在测试过程中必须识别电池释放的气体物质:对于第1至10点中列出的所有安全参数,应适当考虑非水电解质释放有毒气体的风险。
电池法规安全要求将在2024年8月18日强制执行,是除了延续现行电池指令的限制物质要求外第一批强制执行的要求。各电池企业必须未雨绸缪,尽早使自己的电池产品满足现行的安全要求。这样才能确保在2024年8月18日后不会被欧盟市场拒之门外。