PRÜFUNG DER SICHERHEIT VON LITHIUM IONEN TRAKTIONSBATTERIEN

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1 PRÜFUNG DER SICHERHEIT VON LITHIUM IONEN TRAKTIONSBATTERIEN Zwick Fachmesse für Prüftechnik JÜRGEN BÖCK Teamleader CS Battery Testhouse

2 GLIEDERUNG 1 Einleitung / Vorstellung SGS 2 Anforderungen an Traktionsbatterien 3 Prüfung der Sicherheit SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 2

3 SGS WELTWEIT: DATEN & FAKTEN SGS - Société Générale de Surveillance Seit 1878 in Rouen Frankreich gegründet 1919 Umzug nach Genf Weltweit über Mitarbeiter Globales Netzwerk aus mehr als Niederlassungen und Laboren Umsatz 2011: 4,8 Milliarden CHF Umsatz 2012: 5,6 Milliarden CHF SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 3

4 SGS DATEN & FAKTEN SGS - Holding (Deutschland) Seit 1920 in Deutschland aktiv Bundesweit ca Mitarbeiter In Deutschland an 40 Standorten vertreten Sitz der Holding in Taunusstein (bei Frankfurt) Umsatz 2011: rd. 263 Millionen Euro Umsatz 2012: rd. 277 Millionen Euro SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 4

5 DATEN & FAKTEN Die SGS-Gruppe in Deutschland besteht im Wesentlichen aus folgenden Einzelgesellschaften SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 5

6 SGS CTS TECHNIK CLUSTER München Dortmund Dresden Herten EMV Umweltprüfungen: Klima / Vibration / Korrosion / HALT Funktionale Sicherheit (FuSi) Homologation Batterie Tests: Abuse / Lifecycle / Umwelt / EMV Fehler- und Schadensanalytik Prävention F&E-Support Gerichts- und Patentgutachten Neue Prüf- und Analyseverfahren Mikroelektronik Physikalische Analytik auf Waferebene Spreading Resistance Profiling VOC / Emissionsprüfungen Mechanische / Chemische / Physikalische Tests Bewitterung und Alterung SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 6

7 1 Einleitung / Vorstellung SGS 2 Anforderungen an Traktionsbatterien 3 Prüfung der Sicherheit SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 7

8 BEISPIELE FÜR WIEDERAUF-LADBARE BATTERIEN Consumer Battery 3,7V, 1A, 6Wh, 0-50 C, 500 cycles Example: 400V, 200A, 15kWh Electric Vehicle Battery (Rechargeable Energy Storage System, REESS) 600V, 400A, Wh, -30 C to +70 C, 5000 cycles Battery housing 4 Cell monitoring Battery control device CAN connection Battery module High voltage connector Cooling water connection Source: SB-Limotive SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 8

9 ANFORDERUNGEN AN TRAKTIONSBATTERIEN CHARAKTERISIERUNG PERFORMANCE SICHERHEIT / ABUSE UMWELTSIMULATION TRANSPORT EMV LEBENSDAUER Regulative Anforderungen SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 9

10 WELCHE EREIGNISSE KÖNNEN ZU GEFÄHRLICHEN SITUATIONEN FÜHREN? Elektrisch Überladen Überentladen Kurzschluss Spannungsumkehr Tauchen Thermisch Hohe Temperatur TemperaturZyklen Temperaturschock Treibstoffbrand Schocktauchen Laden bei < -10 C Mechanisch Quetschen Crash Stoß Nagelpenetration Fall Kühlerbruch Unterdruck Versagen von Schutzeinrichtungen passive BMS* Kühlung *Battery Management System Fertigungsfehler Interne Kurzsschlüsse Schädigung SEI** Kontaktwiderstände **Solid Electrolyte Interface Vorgeschichte und Alterung Li-Plating Schädigung SEI*-Schicht SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 10

11 PRIMÄRE EREIGNISSE LÖSEN EXOTHERME REAKTION AUS Temperatur/ C O 2 -Freisetzung v. Kathode Elektrolyt-Zersetzung Anode-Lösungsmittel Reaktion SEI-Schicht Breakup Sicherer Bereich Flammen Deflagration Thermal Runaway Time SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 11

12 VORSCHRIFTENÜBERBLICK PKW (M1) ELEKTROFAHRZEUG EMV 72/245/EG Lenkung 70/311/EG Kennzeichen 70/222/EG Geräusch 70/157/EG Hupe 70/388/EG Türen 70/387/EG Typschild 76/114/EG Diebstahlsich. ECE-R 116 Bremse ECE-R 13H Abgas 715/2007/EG Fußgänger 78/2009/EG Tank/RUP 70/221/EG Spiegel 2003/97/EG Sichtfeld 77/541/EG Außenform 74/483/EG WVTA 2007/46/EG Innenraum 74/60/EG Symbole 78/316/EG Beleuchtung 76/756/EG Tacho 75/443/EG Lenksäule ECE-R 12 Entfr,/Trockn. 78/317/EG Abschleppeinr. 77/389/EG Massen&Abm. 92/21/EG Sitze 74/408/EG Heizung 2001/56/EG Radabdeckung 78/549/EG Bereifung 92/23/EG Frontcrash ECE-R 94 H2-System 79/2009/EG Seitencrash ECE-R 95 Gurtverank. 76/115/EG Verglasung 92/22/EG Verb.-Einricht. 94/20/EG Klimaanlage 2006/40/EG Leistung ECE-R 85 Recycling 2005/64/EG Elektr. Sich. ECE-R 100 Gurte 77/541/EG Allgemeine Sicherheit VO 61/2009 SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 12

13 UN ECE R 100 TEIL II SCOPE UND ABGRENZUNG Für Batterien, die primär dem Antrieb dienen Für Fahrzeug-Kategorien M und N mit Elektroantrieb Möglichkeit der Fahrzeugzulassung Fahrzeugbezogene Komponentenzulassung d. h. Schutzmaßnahmen auf Fahrzeugebene können berücksichtigt werden (Benefit: Aufwand, Gewicht, aber eingeschränkte Zulassung) Fahrzeugunabhängige Komponentenzulassung SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 13

14 ANFORDERUNGEN DER UN ECE R Vibration (Normalbetrieb) Temperatur: Schock und Zykeln (Normalbetrieb) Mechanischer Stoß (Crash) Mechanische Festigkeit (Quetschen) Feuerresistenz (Treibstoffbrand) bei entflammbarem Elektrolyt Externer Kurzschluss (Schutzmaßnahmen) Überladen (Schutzmaßnahmen) Über-Entladen (Schutzmaßnahmen) Übertemperteur (Schutzmaßnahmen) Gas-Emission (offene Batterien) SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 14

15 FRISTEN ECE R Ab wann können erstmals komponentenbezogene Genehmigungen für REESS erteilt werden? Inkrafttreten Ab wann ist die o.g. Fassung verbindlich für die Genehmigung neuer Typen anzuwenden? Ende der Übergangsfrist SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 15

16 GENEHMIGUNGSABLAUF EINES POSITIV GEPRÜFTEN REESS (HOMOLOGATION) Hersteller Stellt Komponente in Serienfertigung her Erstellt techn. Dokumentation: Beschreibungsbogen Qualitätssicherung Prüfung der Herstellerdokumentation Technischer Dienst Prüfung einer repräsentativen Komponente Erstellung eines Typ- Gutachtens Genehmigungsbehörde, z.b. Kraftfahrt-Bundesamt Erteilung der Typgenehmigung SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 16

17 1 Einleitung / Vorstellung SGS 2 Anforderungen an Traktionsbatterien 3 Prüfung der Sicherheit SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 17

18 SGS BATTERIE-DIENSTLEISTUNGEN SGS ist der Full-Service-Provider im Bereich Tests und Sicherheit für die Elektromobilität und bietet folgende Services Lebensdauerprüfungen an Lithium-Zellen und Traktionsbatterien Missbrauchstests an Lithium-Zellen und Batterien Umweltsimulation (Temperatur, Vibration, Korrosion, ) Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) UN Transport-Test UN38.3 Darüber hinaus mit SGS-TÜV Funktionale Sicherheit nach ISO Homologation (Zulassung von Fahrzeugen und Komponenten) SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 18

19 LEBENSDAUERTESTS Performance Fahrzyklen Alterung Echtzeit-Überwachung und Steuerung Echtzeit Aufzeichnug der CAN-Data 90TB Datenspeicherkapazität 14 Messplätze für BatteriePacks SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 19

20 UMWELTPRÜFUNGEN AN BATTERIEN Vibration/Schock Temperatur- / Feuchteprüfungen Steinschlag IP-Schutzart Salzsprühnebel Chemische Beständigkeit Schadgastest SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 20

21 VIBRATIONSPRÜFUNGEN MIT 300KN-SHAKER Schubkraft: 300 kn Max. Nutzlast: kg Tisch-Grundfläche: 2 m x 2 m bzw. 2 m x 1 m (z-achse) Schockleistung bis 100 g in Abhängigkeit vom Gewicht und Schockdauer Temperaturkammer -60 C bis +160 C Inertisierung mit Stickstoff möglich Teststeuersoftware inkl. CAN-Überwachung der Batterie Bestromung der Batterie 120 kw/600 V Anlage möglich Kühlung mit Wasser/Glykol, Silikonöl oder AC-Kühlung SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 21

22 SICHERHEITSTESTS/ABUSETESTS AN LITHIUM-ZELLEN UND BATTERIEN Elektrische Sicherheitstests: Überladen, Kurzschluss, Überentladen Mechanische Sicherheitstests: Nagelpenetration, Quetschen, Falltest Thermische Sicherheitstestes: Thermal Stability, Fuel Fire Prüfungen werden in speziell ausgelegten Testräumen mit Abgaswäscher, Überdruckentlastung, Löscheinrichtung durchgeführt Umfangreiches Messequipment: Transientenrekorder, Temperaturrekorder, Videokameras, Highspeed-Video- Kamera SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 22

23 TRANSPORT PRÜFUNGEN Versandbezeichnung für Lithium-Ionen-Batterien: UN 3480 Transport Test UN 38.3 Manual of Tests and Criteria T1 Höhensimulation / Unterdruck T2 Thermischer Test T3 Vibration T4 Mechanischer Schock T5 Externer Kurzschluss T6 Stoß / Quetschen (Zelle) T7 Überladen T8 Erzwungene Entladung (Zelle) Fallprüfung (ADR) Stapelprüfung (ADR) European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 23

24 EMV-PRÜFUNGEN UND ELEKTRISCHE TESTS AN HOCHVOLTBATTERIEN Radiated Emission HEV Batterie Messungen auf der LV- und HV-Seite möglich (inkl. HV-LISN) Emission (Abstrahlung) Immunity (Störfestigkeit) LV/HV Dämpfungsmessung Impedanzmessungen Schirmdämpfungsmessung KFZ-Pulse Elektrische Tests SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 24

25 SGS TÜV-SAAR: FUNKTIONALE SICHERHEIT SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 25

26 SGS-TÜV SAAR HOMOLOGATION Akkreditierungen / Benennungen: KBA-Benennung (KBA-P , > 300 Verfahren) E 1 e 1 NSAI-Benennung (Irland) (No. 101) VSCC-Approval (Taiwan) (No. DE ) Akkreditierung DAkkS (ISO 17020/17025) E24 e 24 Dienstleistungen: Fahrzeughomologation: KFZ, Motorräder, LKW Inkl. ECE 100 (Elektrofahrzeuge) SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 26

27 MITARBEIT IN DER STANDARDISIERUNG ISO (Traction Battery) ECE 100 (E-Cars) ECE 10 (EMC for Vehicles) ISO (Functional Safety) UN 38.3 (Transport) EC 2007/46 (Homologation Vehicles) SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 27

28 KONTAKT VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! JÜRGEN BÖCK Teamleader CS Battery Testhouse SGS Germany GmbH Hofmannstraße München t juergen.boeck@sgs.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved - SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 28

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