Nail Penetration – UNECE R100

Was ist Nail Penetration — UNECE R100?

Der Nagelpenetrationstest ist ein Missbrauchstest, bei dem ein künstlicher interner Kurzschluss erzeugt wird, indem ein leitfähiger Nagel mit definiertem Durchmesser mit kontrollierter Geschwindigkeit in eine vollständig geladene Zelle getrieben wird. Es dient zur Untersuchung des Thermal-Runaway-Verhaltens.

Zweck von Nail Penetration — UNECE R100

Der Zweck besteht darin, die Energiefreisetzung und die Tendenz zum thermischen Durchgehen zu bewerten, wenn ein plötzlicher interner Kurzschluss innerhalb der Zelle auftritt.

Bei welchen Produkten wird Nail Penetration — UNECE R100 angewendet?

Lithium-Ionen-Zellen
Zellen für Elektrofahrzeuge
Energiespeicherzellen

In welchen Branchen wird Nail Penetration — UNECE R100 eingesetzt?

BatterieElektrofahrzeugAutomobilEnergieElektronik

Normen zu Nail Penetration — UNECE R100

UNECE R100Sicherheit von Elektrofahrzeugen und Batterien prüfen

Prüfbedingungen für Nail Penetration — UNECE R100

Nageldurchmesser: In der Spezifikation definiert; typischerweise 3–8 mm
Eindringgeschwindigkeit: In der Spezifikation definierte feste Geschwindigkeit
Eindringtiefe: Um die Zelle vollständig oder im definierten Ausmaß zu passieren
Sicherheit: Ein explosionsgeschützter Raum, eine Gasentlüftung und eine Löschanlage sind zwingend erforderlich

Prüfgerät für Nail Penetration — UNECE R100

Nagelpenetrationsprüfstand
Kraft- und Wegmessung
Explosionsgeschützter Prüfraum
Hochgeschwindigkeits-Temperaturaufzeichnung und Wärmebildkamera
Gasanalysesystem

Probenanforderungen für Nail Penetration — UNECE R100

Die Probe wird vollständig aufgeladen in den Test aufgenommen
Der Test ist für den einmaligen Gebrauch bestimmt und weist ein hohes Risiko auf
Die Zellchemie und der Energiegehalt müssen im Voraus bekannt sein
Die Anzahl der Exemplare ist in der Spezifikation festgelegt

Dauer von Nail Penetration — UNECE R100

Das Penetrationsereignis dauert Sekunden; Zusammen mit Vorbereitung, Beobachtung und Abkühlung ist ein Arbeitstag eingeplant.

Ablauf von Nail Penetration — UNECE R100

1Die Probe ist vollständig aufgeladen und ihre Masse und Spannung werden aufgezeichnet.
2Auf der Oberfläche werden Thermoelemente angebracht und die Probe in die Kammer gelegt.
3Der Nagel wird mit der definierten Geschwindigkeit und Tiefe eingeschlagen.
4Spannung, Temperatur und Gasfreisetzung werden kontinuierlich überwacht.
5Ob ein thermisches Durchgehen auftritt und die Spitzentemperatur werden aufgezeichnet.
6Nach dem Abkühlen werden der Masseverlust und die körperliche Verfassung beurteilt.

Annahmekriterien für Nail Penetration — UNECE R100

Dieser Test wird im Allgemeinen zu Charakterisierungszwecken und nicht als Kriterium für das Bestehen/Nichtbestehen durchgeführt. Wenn ein Kriterium angewendet wird, wird es in der Spezifikation als die Abwesenheit von Feuer und Explosion definiert.

Auswertung der Ergebnisse

Bewertet werden Spitzentemperatur, Temperaturanstiegsgeschwindigkeit, Gasmenge und ob ein thermisches Durchgehen aufgetreten ist. Die Ergebnisse hängen stark von der Zellchemie ab.

Prüfbericht zu Nail Penetration — UNECE R100

Angewandte Spezifikation
Nageldurchmesser, Geschwindigkeit und Tiefe
Anfangsladezustand und Energieinhalt
Temperatur- und Spannungsaufzeichnungen
Beobachtung, Video und Fotos des thermischen Durchgehens

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Batarya Testleri — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Nail Penetration gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Batterieprüfungen beantworten drei getrennte Fragen, jede mit einem eigenen Normenkörper: Ist die Batterie transportfähig, ist sie im Gebrauch sicher, liefert sie die angegebene Leistung? Diese drei Fragen werden häufig verwechselt, und die Verwechslung hat kommerzielle Folgen — mit einem Transportbericht kann kein Markt betreten und mit einem Produktsicherheitsbericht keine Sendung versandt werden.

Auf der Transportseite ist UN 38.3 ein verpflichtendes Tor; eine Batterie ohne diesen Nachweis darf nicht versandt werden. Auf der Sicherheitsseite bestimmt die Anwendung, was gilt: IEC 62133-2 für tragbare Produkte, IEC 62619 und IEC 63056 für industrielle Anwendungen und Energiespeicher, UNECE R100, UL 2580 und ISO 6469 für Elektrofahrzeuge. Auf der Leistungsseite werden Kapazität, Innenwiderstand, Zyklenlebensdauer, Selbstentladung, Ladeaufnahme und temperaturabhängiges Verhalten gemessen.

Die Unterscheidung der EBENE ist in dieser Familie wesentlich und der Punkt, der in der Lieferkette die meisten Diskussionen auslöst. Zelle, Modul und Pack werden getrennt bewertet; ein für eine Zelle erhaltenes Zertifikat belegt nicht die Konformität des Packs. Neben den Zellen wird das Verhalten des Packs vom Batteriemanagementsystem, der Kühlkonstruktion, der mechanischen Struktur, der Verbindungsanordnung und der Isolationskoordination bestimmt. Den Bericht des Zelllieferanten in die Pack-Akte zu legen, ist ein verbreiteter, aber unzureichender Ansatz.

Thermisches Durchgehen und dessen Ausbreitung sind das kritischste Thema in diesem Bereich. Eine Lithiumzelle kann bei Beschädigung oder Überhitzung eine sich selbst erhaltende chemische Reaktion eingehen; die Wärme von außen abzuführen ist dann meist nicht mehr möglich. Moderne Normen behandeln das thermische Durchgehen einer einzelnen Zelle daher als UNVERMEIDBARES Fehlerszenario und ändern die Fragestellung: Breitet sich das Ereignis auf Nachbarzellen aus, was wird außerhalb des Packs freigesetzt, und wie viel Zeit bleibt dem Nutzer zur Flucht?

In diesem Bereich wird das Batteriemanagementsystem nicht als elektronische Platine, sondern als SICHERHEITSFUNKTION bewertet. Es wird gezeigt, dass Überladungs-, Tiefentladungs-, Überstrom- und Übertemperaturschutz tatsächlich greifen, dass das System im Fehlerfall in den sicheren Zustand fällt und dass seine Software verifiziert wurde. In industriellen und fahrzeugtechnischen Anwendungen ist diese Bewertung an Rahmenwerke der funktionalen Sicherheit gebunden.

Die regulatorische Seite wird rasch anspruchsvoller. Die Batterieverordnung (EU) 2023/1542 geht über die Sicherheit hinaus und führt Pflichten zur Erklärung des CO2-Fußabdrucks, des Rezyklatanteils, der Haltbarkeits- und Kapazitätsangabe, des Batteriepasses sowie der Entnehmbarkeit bei tragbaren Batterien ein. Dies erweitert den Prüfumfang über die klassischen Sicherheitsprüfungen hinaus.

Methodengruppen in diesem Bereich

Elektrischer Missbrauch
Überladung, Tiefentladung, äußerer Kurzschluss, Zwangsentladung und unausgeglichenes Laden. Hier zeigt sich, ob die Schutzschaltungen tatsächlich funktionieren.
Mechanischer Missbrauch
Vibration, Schock, Quetschung, Durchdringung, freier Fall und Umkippen. Es wird überwacht, ob interne Kurzschlussbedingungen entstehen.
Thermische Tests
Temperaturwechsel, Thermoschock, Lagerung bei hoher Temperatur, Feuereinwirkung und Ausbreitung des thermischen Durchgehens.
Umweltprüfungen
Feuchtigkeit, Unterdruck, Salzsprühnebel und, falls erforderlich, Eintauchen; diese stehen bei Fahrzeug- und Außenanwendungen im Vordergrund.
Leistungsmessungen
Kapazität, Energie und Leistung, Innenwiderstand, Wirkungsgrad, Zyklenlebensdauer, kalendarische Lebensdauer und temperaturabhängiges Verhalten.
BMS-Überprüfung
Verifizierung der Schutzschwellen, der Zellausgleichsfunktion, der Kommunikation und der Fehlerreaktion.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

UN 38.3 ist kein Produktsicherheitszertifikat; es belegt nur die Transportkonformität.
Ein Zellzertifikat belegt nicht die Konformität des Packs. Das Pack wird gesondert mit seiner eigenen Architektur bewertet.
Zwei aus derselben Zelle aufgebaute Packs liefern unterschiedliche Ergebnisse; Kühlung, Verbindungstechnik und mechanische Struktur sind entscheidend.
Ein Leistungstest ist kein Sicherheitstest. Ein Bericht zur Zyklenlebensdauer erfüllt keine Sicherheitsanforderungen.
Bei einer Elektrofahrzeugbatterie sind ein UL-2580-Bericht und eine UNECE-R100-Genehmigung nicht dasselbe; das eine ist eine Normbewertung, das andere ein Typgenehmigungsverfahren.
Eine in eine Second-Life-Anwendung überführte Fahrzeugbatterie erhält ein neues Nutzungsprofil; die frühere Bewertung kann nicht direkt übernommen werden.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Transportkonformität und Prüfzusammenfassung für den Versand
Produktsicherheitserklärung und Marktzugang
Erklärungen zu Leistung, Haltbarkeit und CO2-Fußabdruck im Rahmen der Batterieverordnung
Bewertung der Auswirkungen eines Wechsels des Zelllieferanten oder des BMS
Standortabnahmeprozesse für ein Energiespeichersystem

Häufige Fragen zu Nail Penetration — UNECE R100

Ist der Nagelpenetrationstest in IEC 62133 oder UN 38.3 enthalten?

Nein. Dieser Test ist nicht unter UN 38.3 oder IEC 62133-2 definiert. Es erscheint in nationalen Vorschriften wie Chinas GB 38031 und in OEM-Entwicklungsspezifikationen. Welcher Vorgabe es folgen wird, muss daher im Vorfeld geklärt werden.

Nail Penetration — UNECE R100