Pin lithium: Hướng dẫn đầy đủ về pin lithium IEC 62133
Kể từ lần xuất bản đầu tiên vào năm 2002, tiêu chuẩn IEC 62133 đã đóng vai trò quan trọng trong việc thử nghiệm an toàn cho pin và pin nhỏ trên toàn cầu. Kể từ đó, tiêu chuẩn này đã trải qua các phiên bản sửa đổi quan trọng, đặc biệt là vào năm 2012 và gần đây nhất là vào năm 2017. Trong bài viết này, COMIT sẽ giới thiệu chi tiết về những thay đổi mới nhất trong tiêu chuẩn IEC62133 đối với pin lithium và tác động của chúng đối với việc tuân thủ quy định.
Hướng dẫn đầy đủ về pin lithium IEC 62133
IEC 62133 là gì? IEC 62133 là một tiêu chuẩn quốc tế được phát triển bởi Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa học Quốc tế (IEC) để đánh giá an toàn và hiệu suất của các pin lithium-ion và pin lithium polymer sử dụng trong các thiết bị di động và điện tử. Tiêu chuẩn này xác định các yêu cầu về thiết kế và kiểm tra các pin lithium để đảm bảo rằng chúng đáp ứng các tiêu chí an toàn và chất lượng.
Pin Lithium IEC 62133 thường được sử dụng để chỉ các pin lithium-ion hoặc pin lithium polymer đã được kiểm tra và tuân thủ theo tiêu chuẩn IEC 62133. Các sản phẩm có nhãn hiệu này thường được xem là an toàn và phù hợp để sử dụng trong các thiết bị điện tử và di động, như điện thoại di động, máy tính bảng, máy nghe nhạc di động, đèn pin, và nhiều thiết bị khác.
Phạm vi của phiên bản thứ nhất và thứ hai của tiêu chuẩn IEC 62133 bao gồm các hóa chất pin niken và lithium-ion. Khi công nghệ phát triển, các lựa chọn lithium thứ cấp ở cả dạng lithium-ion và lithium-polymer đã vượt qua pin niken trong hầu hết các ứng dụng di động. Khi sản xuất pin lithium tăng lên, giá thành của lithium giảm mạnh và tính kinh tế cũng như độ an toàn của pin lithium thay đổi đáng kể.
Phiên bản mới của tiêu chuẩn IEC 62133
Để ghi nhận thực tế này, phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn IEC 62133 được chia thành hai phần riêng biệt. Phần 1 đề cập đến hóa học niken và Phần 2 tập trung vào pin lithium. Điều này đã dẫn đến một số nhầm lẫn vì phiên bản trước đó là IEC 62133 phiên bản 2, trong đó phiên bản mới được đổi tên thành IEC 62133-1 và -2 nhưng được đặt lại về phiên bản 1. Phiên bản mới nhất bao gồm việc kiểm tra và xác nhận các mục sau:
- Tế bào: Sạc tốc độ thấp liên tục, rung, đạp xe nhiệt độ, đoản mạch bên ngoài, rơi tự do, sốc (va chạm), sử dụng sai nhiệt (sốc nhiệt), ép đùn, áp suất thấp, sạc quá mức, phóng điện cưỡng bức, chức năng bảo vệ sạc tốc độ cao ( hệ thống lithium), ghi nhãn và đóng gói, lắp đặt không chính xác (hệ thống niken).
- Pin: Rung, ứng suất trường hợp nhiệt độ cao, chu kỳ nhiệt độ, đoản mạch bên ngoài, rơi tự do, va chạm (va chạm), dán nhãn và đóng gói, sạc quá mức (hệ niken).
Quy trình kiểm tra cụ thể
Sạc liên tục tốc độ thấp
Sạc liên tục tốc độ thấp là một phương pháp sạc pin mà các tế bào pin được sạc đầy và sau đó duy trì ở mức đầy đủ trong một khoảng thời gian dài trước khi được sạc lại. Theo quy định của nhà sản xuất, các tế bào pin sẽ phải chịu một lần sạc đầy trong khoảng thời gian 28 ngày.
Phương pháp sạc liên tục tốc độ thấp đã được chứng minh là có thể kéo dài tuổi thọ của pin và cải thiện hiệu suất sử dụng. Thay vì sạc pin nhanh chóng và sạc lại khi cần thiết, việc sạc liên tục tốc độ thấp giúp giảm stress và mức độ mệt mỏi trên các tế bào pin. Điều này có thể giúp giảm tỷ lệ hao mòn và giữ cho pin hoạt động ổn định trong thời gian dài.
Kiểm tra độ rung
Để kiểm tra độ rung của các tế bào hoặc pin lithium đã được sạc đầy, chúng được đặt trong các điều kiện thử nghiệm mô phỏng. Một chuyển động đơn giản được áp dụng cho các tế bào hoặc pin, có biên độ là 0,76 mm và tổng sai lệch tối đa là 1,52 mm. Tần số của chuyển động này được thay đổi ở tốc độ 1Hz/phút trong khoảng từ 10 Hz đến 55 Hz. Toàn bộ dải tần số từ 10 Hz đến 55 Hz và tần số phản hồi từ 55 Hz đến 10 Hz được duy trì trong 90 phút ±5 phút cho mỗi vị trí lắp đặt (hướng rung). Rung động được áp dụng theo ba hướng vuông góc với nhau theo trình tự được chỉ định dưới đây.
Ứng suất của vỏ đúc ở nhiệt độ môi trường cao
Ứng suất của vỏ đúc là một yếu tố quan trọng cần được xem xét khi vận hành ở nhiệt độ môi trường cao. Khi vật liệu vỏ đúc được tiếp xúc với nhiệt độ cao, nó có thể đối mặt với các vấn đề khác nhau liên quan đến ứng suất.
Ứng suất có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm sự mở rộng nhiệt và co ngót của vật liệu. Khi vật liệu vỏ đúc được gia nhiệt đến nhiệt độ cao, nó có xu hướng mở rộng do tăng động năng của các phân tử. Sự mở rộng nhiệt này có thể tạo ra ứng suất trong cấu trúc vỏ đúc, đặc biệt là khi không gian di chuyển bị hạn chế.
Điều quan trọng là thực hiện kiểm tra và đánh giá sự ứng xử của vỏ đúc ở nhiệt độ môi trường cao trước khi đưa vào hoạt động. Các phương pháp kiểm tra như kiểm tra độ bền, kiểm tra ứng suất và kiểm tra mô phỏng nhiệt độ có thể được sử dụng để đảm bảo rằng vỏ đúc có khả năng chịu được môi trường nhiệt độ cao một cách an toàn và đáng tin cậy.
Chu kỳ nhiệt độ
Để kiểm tra khả năng chịu đựng nhiệt độ, không gây cháy hoặc nổ, các tế bào hoặc pin cần trải qua các chu kỳ nhiệt độ theo quy trình sau:
- Bước 1: Đặt các tế bào hoặc pin ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 75°C ± 2°C trong 4 giờ.
- Bước 2: Thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh thành 20°C ± 5°C trong 30 phút và duy trì ở nhiệt độ này trong ít nhất 2 giờ.
- Bước 3: Thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh thành -20°C ± 2°C trong 30 phút và duy trì ở nhiệt độ này trong 4 giờ.
- Bước 4: Thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh thành 20°C ± 5°C trong 30 phút và duy trì ở nhiệt độ này trong ít nhất 2 giờ.
- Bước 5: Lặp lại bước 1 đến 4 trong tổng cộng bốn chu kỳ tiếp theo.
- Bước 6: Sau chu kỳ thứ năm, giữ tế bào hoặc pin trong bảy ngày trước khi tiến hành kiểm tra.
Lưu ý: Thử nghiệm này có thể thực hiện trong một buồng đơn lẻ có khả năng thay đổi nhiệt độ hoặc trong ba buồng đơn riêng biệt với ba nhiệt độ thử nghiệm khác nhau.
Đoản mạch bên ngoài
Hai bộ pin hoặc pin đã được sạc đầy được đặt trong môi trường với nhiệt độ xung quanh là 20°C ± 5°C và 55°C ± 5°C. Sau đó, mỗi tế bào hoặc pin sẽ được kết nối thành đoản mạch bằng cách nối cực dương và cực âm với một tổng điện trở bên ngoài nhỏ hơn 100mΩ. Các tế bào hoặc pin sẽ tiếp tục được thử nghiệm trong 24 giờ hoặc cho đến khi nhiệt độ của vỏ giảm đi 20% so với mức tăng nhiệt độ tối đa, tùy thuộc vào thời điểm nào đến trước.
Rơi tự do
Mỗi tế bào hoặc pin đã được sạc đầy sẽ được thả tự do từ độ cao 1,0m xuống sàn bê tông. Quá trình thả này sẽ tạo ra các lực va đập ngẫu nhiên theo các hướng khác nhau lên tế bào hoặc pin.
Sốc cơ học
Pin hoặc acquy đã được sạc đầy được gắn chặt vào một máy thử nghiệm bằng một giá đỡ cứng để giữ chặt tất cả các phần của pin hoặc acquy. Chúng sẽ phải chịu ba lần sốc cơ học có cường độ như nhau. Các sốc này được áp dụng từ các hướng vuông góc với nhau. Ít nhất một sốc phải vuông góc với một mặt phẳng cụ thể.
Trong quá trình mỗi sốc, tế bào hoặc pin sẽ được gia tốc sao cho trong 3 mili giây đầu tiên, gia tốc trung bình tối thiểu là 75 gn. Gia tốc tối đa sẽ nằm trong khoảng từ 125gn đến 175gn. Pin hoặc acquy sẽ được thử nghiệm ở nhiệt độ xung quanh là 20°C ± 5°C.
Lạm dụng nhiệt
Mỗi tế bào được sạc đầy, ổn định ở nhiệt độ phòng, được đặt trong lò đối lưu không khí trọng lực hoặc tuần hoàn. Nhiệt độ lò được tăng với tốc độ 5°C/phút ± 2°C/phút đến nhiệt độ 130°C ± 2°C. Pin vẫn ở nhiệt độ này trong 10 phút trước khi ngừng thử nghiệm.
Nghiền nát tế bào
Mỗi tế bào được sạc đầy sẽ bị nghiền nát giữa hai bề mặt phẳng. Lực nghiền được tác dụng bởi một thanh truyền động thủy lực có lực 13kN ± 1kN. Việc nghiền được thực hiện theo cách sẽ gây ra kết quả bất lợi nhất. Sau khi tác dụng lực tối đa hoặc đạt được điện áp giảm đột ngột bằng 1/3 điện áp ban đầu thì lực sẽ được giải phóng. Một tế bào hình trụ hoặc hình lăng trụ được nghiền sao cho trục dọc của nó song song với các bề mặt phẳng của thiết bị nghiền. Để kiểm tra cả hai mặt rộng và hẹp của các ô hình lăng trụ, bộ ô thứ hai được kiểm tra, xoay 90° quanh kinh độ của chúng theo trục so với bộ ô thứ nhất.
Áp suất thấp
Mỗi tế bào được sạc đầy được đặt trong buồng chân không, ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 20°C± 5°C. Khi buồng đã được bịt kín, áp suất bên trong của nó giảm dần đến áp suất bằng hoặc nhỏ hơn 11,6kPa (điều này mô phỏng độ cao 15 240 m) được giữ ở giá trị đó trong 6 giờ.
Phóng điện cưỡng bức
Một tế bào hoặc pin sẽ được đặt trong một môi trường nơi mà một lượng điện tích ngược được đưa vào trong suốt 90 phút. Điện tích này sẽ có giá trị là 1 It A.
Bảo vệ tế bào khỏi tốc độ sạc cao (chỉ dành cho hệ thống lithium)
Pin được phóng điện như mô tả trong IEC 61960, sau đó được sạc với tốc độ gấp ba lần dòng sạc do nhà sản xuất khuyến nghị cho đến khi pin được sạc đầy hoặc thiết bị an toàn bên trong cắt dòng sạc trước khi pin được sạc đầy
Tất cả các thử nghiệm trên phải đáp ứng yêu cầu không gãy, không cháy, không nổ. Nếu có bất kỳ điều kiện nào trong số này, nó được coi là không thành công.
Những thay đổi trong yêu cầu thử nghiệm đối với pin và pin lithium
Các thay đổi trong yêu cầu thử nghiệm cho pin và pin lithium theo tiêu chuẩn IEC 62133-2 rất đáng chú ý. Một số thay đổi quan trọng bao gồm:
- Định nghĩa “Ô thứ cấp” đã được điều chỉnh để bao gồm một ô đơn.
- Sự rò rỉ được xác định rõ ràng là sự thoát ra ngoài ý muốn của chất điện phân lỏng.
- Đã thêm định nghĩa rõ ràng về “Dòng thử nghiệm tham chiếu It” là dòng sạc hoặc dòng xả được biểu thị bằng bội số của công suất định mức C5 (ItA) trong thời gian sạc.
- Các định nghĩa mới về “tế bào hình trụ”, “tế bào hình lăng trụ” và “khối tế bào” đã được thêm vào.
- Yêu cầu về an toàn chức năng đã được bổ sung để bao gồm cả phần cứng và phần mềm liên quan đến hiệu suất an toàn.
- Các yêu cầu về nhiệt độ thử nghiệm đã được điều chỉnh cho pin và bộ pin. Pin được kiểm tra ở 55°C và bộ pin được kiểm tra ở nhiệt độ phòng (20°C) với thử nghiệm lạm dụng nhiệt.
- Thử nghiệm nén đã được đơn giản hóa và khả năng chịu lực đã được giảm.
- Các yêu cầu về tình trạng sạc quá mức của pin đã được điều chỉnh để bao gồm điện áp tăng gấp 1,4 lần điện áp sạc trên, không vượt quá 6,0V.
- Thử nghiệm Đoản mạch bên trong cưỡng bức (FISC) đã được chỉnh sửa để cho phép các thiết bị bảo vệ không cần thực hiện thử nghiệm này. Các hướng dẫn bổ sung đã được thêm vào cho thử nghiệm này.
IEC 62133-2 là một tiêu chuẩn quốc tế quan trọng cho pin và pin lithium, và các yêu cầu của nó đã được cải thiện để đảm bảo tính nhất quán và đáng tin cậy trong quá trình thử nghiệm. Tuy nhiên, các quy định và cập nhật liên quan đến tiêu chuẩn quốc gia có thể khác nhau, vì vậy nên tham khảo ý kiến của nhà cung cấp dịch vụ xét nghiệm để đảm bảo tuân thủ đúng quy trình.
Một số câu hỏi thường gặp
Sự khác biệt giữa IEC 62133 và EN 62133 là gì?
IEC62133 và EN62133 là hai tiêu chuẩn khác nhau về chứng nhận an toàn cho pin và bộ pin. Mặc dù nội dung kiểm tra giống nhau, tổ chức chứng nhận và phạm vi áp dụng của chúng khác nhau.
- IEC (International Electrotechnical Commission): Là tổ chức tiêu chuẩn hóa điện tử đầu tiên trên thế giới, được thành lập từ năm 1906. Mục đích của IEC là thúc đẩy tiêu chuẩn hóa và hợp tác trong lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử.
- EN (European Norm) là tiêu chuẩn Châu Âu: Được thiết lập bởi CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) và CEN (European Committee for Standardization). CENELEC và CEN là cơ quan tiêu chuẩn hàng đầu ở Châu Âu, và mục đích của chúng là hài hòa các tiêu chuẩn điện-điện tử trong khu vực Châu Âu và tạo điều kiện thuận lợi cho thương mại.
Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn IEC/EN62133 là yêu cầu an toàn cho pin sạc và bộ pin, bao gồm cả pin kiềm và pin không axit. Các yêu cầu kiểm tra bao gồm nhiều khía cạnh như sạc nhiều lần liên tục, độ rung, ứng suất vỏ khuôn ở nhiệt độ cao, chu kỳ nhiệt độ cao và thấp, chống sạc, đoản mạch bên ngoài, rơi tự do, tác động cơ học, lạm dụng nhiệt, đùn, áp suất thấp, quá tải, phóng điện cưỡng bức và sạc gấp nhiều lần.
Phiên bản cũ của tiêu chuẩn (IEC62133:2012) có còn hiệu lực sau khi phiên bản mới của tiêu chuẩn ra mắt không?
Theo nguyên tắc, tiêu chuẩn IEC không có thời hạn hiệu lực rõ ràng, nghĩa là cả phiên bản cũ và mới của tiêu chuẩn có thể được sử dụng đồng thời. Ví dụ, trong giai đoạn chuyển đổi này, phiên bản IEC62133:2012 vẫn có thể áp dụng cho mục đích báo cáo và chứng nhận. Tuy nhiên, tiêu chuẩn mới cung cấp thông tin chính xác hơn và phân tích toàn diện hơn về độ an toàn và hiệu suất của pin.
Nhìn chung, các nhà sản xuất thiết bị sử dụng pin lithium nên sớm áp dụng báo cáo chứng nhận và kiểm tra CB (Certification Body) theo các tiêu chuẩn mới. Khi các quốc gia thành viên IEC trên thế giới dần dần áp dụng tiêu chuẩn mới, khách hàng nên đăng ký chứng nhận và báo cáo kiểm tra dựa trên phiên bản mới của tiêu chuẩn để tuân thủ yêu cầu thị trường quốc tế mới nhất.
IEC 62133 có đủ để gắn nhãn CE cho pin của chúng tôi không?
Đối với việc gắn nhãn CE cho pin của bạn, chỉ tuân theo tiêu chuẩn IEC 62133 không đủ. IEC 62133 chỉ đảm bảo an toàn điện cho pin và không thuộc phạm vi các yêu cầu gắn nhãn CE của Châu Âu.
Tuy nhiên, nếu pin của bạn là loại pin thông minh chứa các thiết bị điện tử hoạt động, có thể áp dụng chỉ thị EMC (điện từ) của Châu Âu cho pin đó. Điều này áp dụng đặc biệt cho pin thông minh và có thể có các tiêu chuẩn EMC cụ thể áp dụng.
Phiên bản thứ 2 của IEC 62133 tham chiếu đến các thử nghiệm vận chuyển theo tiêu chuẩn UN 38.3. Nhưng các yêu cầu này không cần thiết cho pin và bộ pin. Vì vậy, việc đưa các yêu cầu vận chuyển vào thử nghiệm an toàn điện trong IEC 62133 phiên bản thứ 2 được coi là dư thừa. Phiên bản này chỉ yêu cầu thử nghiệm cụ thể này cho tế bào.
Lưu ý rằng yêu cầu của tiêu chuẩn UN 38.3 không yêu cầu thử nghiệm riêng lẻ cho từng tế bào (các thành phần của pin có thể được kiểm tra trong pin, không phải riêng lẻ).
Vì vậy, để tuân thủ tiêu chuẩn IEC 62133 phiên bản thứ 2, pin của bạn phải được thử nghiệm riêng lẻ.
