Wärmeausbreitungstest — UNECE R100 / UL 2580 / GB 38031

Was ist Propagation?

Der thermische Ausbreitungstest ist ein Test, bei dem nach dem Auslösen eines thermischen Durchgehens in einer einzelnen Zelle innerhalb eines Moduls oder Pakets bewertet wird, ob sich das Ereignis auf benachbarte Zellen und über das Gehäuse hinaus ausbreitet.

Zweck von Propagation

Der Zweck besteht darin, zu überprüfen, ob das Batteriedesign einen Einzelzellenfehler eindämmen und eine Warnung ausgeben kann, bevor eine Gefahr für Insassen oder die Umgebung entsteht.

Bei welchen Produkten wird Propagation angewendet?

Batteriemodule und -pakete für Elektrofahrzeuge
Energiespeichersysteme
Industrielle Batteriesysteme

In welchen Branchen wird Propagation eingesetzt?

BatterieElektrofahrzeugAutomobilEnergieElektronik

Normen zu Propagation

UNECE R100Sicherheit von Elektrofahrzeugen und Batterien prüfen
UL 2580Sicherheit in Elektrofahrzeugbatterien prüfen
GB 38031
IEC 62619Sicherheit von Lithiumbatterien in industriellen Anwendungen prüfen
UN 38.3Transportsicherheitstests an Lithiumbatterien prüfen
IEC 62133Sicherheit in tragbaren Zellen und Batterien prüfen
IEC 62620Industrielle Lithiumzellen und -batterien prüfen
UL 1642Sicherheit in Lithiumzellen prüfen
UL 2054Sicherheit bei Batterien für den privaten und gewerblichen Gebrauch prüfen
ISO 12405Testbedingungen für Lithiumbatteriepakete von Elektrofahrzeugen prüfen

Prüfbedingungen für Propagation

Auslösen: Das thermische Durchgehen wird in einer einzelnen Zelle durch Erhitzen, Überladen oder Nagelpenetration ausgelöst
Triggerposition: Es wird die Worst-Case-Position gewählt (im Allgemeinen die Mitte oder eine Eckzelle).
Überwachung: Temperaturen benachbarter Zellen, Gehäuseoberfläche und Gasentlüftungspunkte
Beobachtungszeitraum: In der Spezifikation definiert; typischerweise in der Größenordnung von Stunden nach der Veranstaltung

Prüfgerät für Propagation

Großvolumiger explosionsgeschützter Prüfraum
Mehrkanalige Temperaturaufzeichnung (zig Kanäle).
Gasanalyse- und Entlüftungssystem
Wärmebildkamera und Multikamera-Video
Löschsystem

Probenanforderungen für Propagation

Bei der Probe muss es sich um ein echtes Modul oder Paket handeln
Es wird vollständig geladen und mit angeschlossenem BMS in den Test genommen
Die Position der auszulösenden Zelle muss mit Begründung dokumentiert werden
Der Test ist einmalig und kostspielig

Dauer von Propagation

Zusammen mit der Vorbereitung, Instrumentierung, Prüfung und Beobachtung sind typischerweise ein bis zwei Wochen eingeplant.

Ablauf von Propagation

1Das Modul oder Paket ist instrumentiert; Dutzende Thermoelemente werden platziert.
2Das BMS ist angeschlossen und die Datenprotokollierung ist eingerichtet.
3Die Probe wird vollständig aufgeladen und in den Prüfraum gestellt.
4In der ausgewählten Zelle wird ein thermisches Durchgehen ausgelöst.
5Die Temperaturen benachbarter Zellen, der Zustand des Gehäuses und die Gasfreisetzung werden überwacht.
6Am Ende des Beobachtungszeitraums werden die Rückstände und das Ausmaß der Ausbreitung beurteilt.

Annahmekriterien für Propagation

Das Akzeptanzkriterium ist in UNECE R100 und verwandten Normen definiert: Es gelangt keine gefährliche Hitze oder Gas in den Fahrgastraum, das System gibt innerhalb der angegebenen Zeit eine Warnung aus und die Flamme breitet sich nicht über das Gehäuse hinaus aus.

Auswertung der Ergebnisse

Zusammen werden ausgewertet, wie viele Zellen die Ausbreitung erreicht hat, die Gehäuseoberflächentemperatur und der Zeitpunkt der BMS-Warnung. In diesem Test wird die Wirksamkeit der thermischen Barrieren im Design deutlich.

Prüfbericht zu Propagation

Angewandte Norm und Verordnung
Auslösemethode und Zellenposition
Aufzeichnung aller Temperaturkanäle
Ausmaß der Ausbreitung und Zeitrahmen
BMS-Warnaufzeichnungen, Videos und Fotos

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 Propagation 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 Propagation

Warum ist der Ausbreitungstest so teuer und langwierig?

Ein echtes Modul oder Paket wird dem Einmalgebrauch geopfert, Dutzende Messkanäle werden aufgebaut und ein großvolumiger explosionsgeschützter Raum benötigt. Daher werden Planung und Kosten bereits im Angebotsstadium getrennt beurteilt.

Propagation