Un pacchetto personalizzato di batterie al litio richiede i test UN 38.3?

Quando si sviluppa un pacchetto personalizzato di batterie agli ioni di litio per un dispositivo o un’applicazione specifica, i produttori originali (OEM) spesso iniziano selezionando le celle che soddisfano i requisiti di tensione, capacità e prestazioni. Il fornitore delle celle potrebbe già fornire la documentazione relativa ai test UN 38.3, il che solleva una domanda importante: Questi risultati di prova esistenti possono coprire il pacco batteria finito, oppure la progettazione personalizzata richiede ulteriori prove?

La risposta dipende dal tipo di batteria, dalla sua configurazione e dall’ambito della documentazione sui test già esistente. Secondo il Manuale delle prove e dei criteri delle Nazioni Unite, le celle al litio e le batterie al litio sono soggette a requisiti di prova diversi. Per i tipi di batterie al litio ricaricabili, i requisiti applicabili a livello di batteria si applicano anche quando le batterie sono assemblate a partire da celle già sottoposte a prova.</p>

Questa distinzione è importante quando un produttore di apparecchiature originali (OEM) modifica la configurazione delle celle, integra un sistema di gestione della batteria (BMS) o sviluppa una nuova custodia. Comprendere fin dall’inizio questi requisiti può aiutare a evitare lacune nella documentazione e attività di collaudo impreviste in una fase successiva del processo di sviluppo.

Un pacchetto personalizzato di batterie al litio richiede il test UN 38.3?

UN 38.3 si riferisce ai requisiti di prova contenuti nella Parte III, sottosezione 38.3 del Manuale delle prove e dei criteri delle Nazioni Unite. Esso stabilisce una serie di prove di progettazione che le celle e le batterie al litio devono superare prima di poter essere offerte al trasporto, nel rispetto della normativa applicabile in materia di trasporto.

Se un pacco batteria personalizzato richiede prove dipende dal fatto che il progetto finale sia già coperto da un tipo di batteria testato e da quali requisiti si applicano a tale tipo. I risultati esistenti delle prove UN 38.3 effettuate su una cella non dimostrano automaticamente che un pacco batteria sviluppato separatamente abbia soddisfatto i requisiti applicabili a livello di batteria.</p>

Test a livello di cella rispetto a test del pacco batteria

Una cella al litioe una batteria al litio non sono termini intercambiabili ai sensi dell’UN 38.3. Una batteria è generalmente costituita da due o più celle collegate elettricamente in modo permanente, insieme ai componenti necessari per il suo utilizzo, come un involucro, dei terminali e delle marcature. Una batteria a cella singola è trattata separatamente nelle definizioni contenute nel Manuale.

L’ambito dei test è inoltre diverso:

• Tipi di celle al litio: Tutti i tipi di celle al litio sono soggetti alle prove T.1-T.6 e T.8.
• Tipi di batterie al litio non ricaricabili: Questi sono soggetti alle prove T.1–T.5, compresi i tipi di batteria costituiti da celle già sottoposte a prova.
• Tipi di batterie ricaricabili al litio: Questi sono soggetti alle prove T.1-T.5 e T.7, compresi i tipi di batteria costituiti da celle già sottoposte a prova.

Il Manuale fornisce inoltre una regola specifica per le celle componenti che non vengono trasportate separatamente dalla batteria di cui fanno parte: tali celle devono sottoporsi unicamente ai test T.6 e T.8. Questa disposizione riguarda le celle componenti e non deve essere confusa con i requisiti di prova applicabili alla batteria completa.

Quando è richiesto un ulteriore test?

Possono essere necessari ulteriori test quando un pacchetto batteria personalizzato rappresenta un tipo di batteria diverso da quello coperto dalla documentazione di prova esistente.</p>

Ad esempio, un produttore di apparecchiature originali (OEM) può utilizzare celle agli ioni di litio già sottoposte a test, ma sviluppare un pacco con una diversa configurazione in serie e in parallelo, un diverso sistema di protezione o una diversa struttura meccanica. Il team di ingegneria deve valutare se il progetto risultante rientri in un tipo già sottoposto a test oppure debba essere considerato un nuovo tipo ai sensi dell’UN 38.3.</p>

In base al sottoparagrafo 38.3.2.2, alcuni cambiamenti apportati a una cella o batteria ricaricabile sottoposta a prova possono determinare un nuovo tipo. Questi includono:

• Una variazione superiore al 20% dell’energia nominale, misurata in wattora.
• Un aumento superiore al 20% della tensione nominale.
• Una modifica che potrebbe causare l’insuccesso di uno qualsiasi dei test prescritti.

Il Manuale individua esempi di modifiche progettuali potenzialmente rilevanti, tra cui modifiche ai materiali degli elettrodi o dell’elettrolita, ai dispositivi di protezione, alla progettazione della sicurezza, al numero di celle componenti e al modo in cui le celle componenti sono collegate.

Non ogni modifica richiede automaticamente un nuovo programma di test completo. L’impatto della modifica deve essere valutato rispetto al design già sottoposto a test e ai requisiti pertinenti. I produttori di apparecchiature originali (OEM) devono quindi verificare la portata della documentazione esistente prima di fare affidamento su di essa per un design di batteria modificato.</p>

Quali fattori di progettazione della batteria influenzano i requisiti di prova UN 38.3?

Un pacchetto batteria personalizzato combina componenti elettrici, elettronici e meccanici. Ognuno di essi può influenzare il progetto finale e il suo rapporto con un tipo di batteria già sottoposto a test.</p>

Per questo motivo, le considerazioni relative alla norma UN 38.3 devono essere incluse nella definizione dell’architettura della batteria, anziché essere lasciate in sospeso fino a quando il pacco non sarà pronto per la spedizione.

Tipo di cella e configurazione della batteria

La selezione delle celle è una delle prime decisioni in un progetto di batteria personalizzata. Diverse chimiche delle celle, formati, dimensioni e caratteristiche elettriche possono influenzare le considerazioni relative alla progettazione e ai test della batteria.

La configurazione è altrettanto importante. Modificare il numero di celle collegate in serie o in parallelo può influenzare la tensione nominale, la capacità, l’energia totale e la disposizione fisica della batteria.

I costruttori di apparecchiature originali (OEM) devono definire:

• Chimica e formato della cella, ad esempio celle cilindriche, prismatiche o a sacchetto.
• Produttore e modello della cella.
• Configurazione in serie e in parallelo.
• Tensione nominale e capacità.
• Energia nominale totale in wattora.

Queste specifiche costituiscono la linea di base per valutare l’architettura della batteria proposta e confrontarla con la documentazione esistente relativa alle celle o alle batterie.

Capacità della batteria e classificazione energetica

La capacità della batteria e l’energia nominale sono specifiche importanti sia per la progettazione del sistema che per la classificazione del trasporto.

Per una batteria ricaricabile, l’energia nominale viene generalmente calcolata utilizzando la tensione nominale e la capacità nominale:

Ad esempio, una batteria con una tensione nominale di 48 V e una capacità nominale di 100 Ah ha un’energia nominale di 4.800 Wh.

Il valore nominale dell’energia deve essere coerente tra la specifica della batteria e il riassunto delle prove UN 38.3. Fornisce inoltre un importante riferimento nella valutazione delle modifiche apportate a un tipo di batteria ricaricabile sottoposto a prova.

Progettazione del sistema di gestione della batteria e della protezione

Il sistema di gestione della batteria è responsabile del monitoraggio e del controllo delle principali condizioni operative della batteria. A seconda dell’applicazione, le sue funzioni possono includere il monitoraggio della tensione delle celle, il monitoraggio della temperatura, la protezione dalla corrente, l’equilibratura e la comunicazione con l’equipaggiamento host.

L’hardware e il software del sistema di gestione delle batterie (BMS) possono inoltre essere rilevanti per le valutazioni delle modifiche progettuali ai sensi della norma UN 38.3. Il Manuale indica le modifiche apportate ai dispositivi di protezione, inclusi hardware e software, come esempi di modifiche che potrebbero causare il mancato superamento di un test prescritto.

Quando si definisce un pacchetto batteria personalizzato, i produttori di apparecchiature originali (OEM) dovrebbero considerare:

• Protezione da sovratensione e sottotensione.
• Protezione da sovracorrente e cortocircuito.
• Monitoraggio e protezione della temperatura.
• Strategia di bilanciamento delle celle.
• Interfacce di comunicazione, come CAN o RS485, qualora richieste dall’applicazione.

La strategia di protezione deve essere documentata come parte della specifica della batteria, inclusa la configurazione hardware e software utilizzata nel progetto finale.

Involucro della batteria e struttura meccanica

L’involucro protegge le celle e i componenti interni fornendo al contempo l’interfaccia meccanica tra la batteria e l’apparecchiatura ospite.

Il suo design può includere punti di fissaggio, supporti strutturali, isolamento, connettori e soluzioni per la gestione termica. Queste caratteristiche possono influenzare la massa, le dimensioni e il comportamento meccanico della batteria.

Per i progetti OEM, i requisiti relativi all’involucro devono essere definiti insieme alle specifiche elettriche. Tra le considerazioni importanti rientrano:

• Spazio disponibile per l’installazione e metodo di fissaggio.
• Materiale dell’involucro e progettazione strutturale.
• Posizione del connettore e percorso del cavo.
• Requisiti di isolamento e protezione.
• Dispositivi di raffreddamento o di dissipazione del calore.
• Ambiente operativo, comprese le condizioni di vibrazione e temperatura.

Una modifica dell’involucro non richiede automaticamente nuovi test UN 38.3, ma le modifiche che potrebbero influenzare il risultato di un test prescritto devono essere valutate rispetto alla progettazione già sottoposta a test.</p>

Quali preparativi devono effettuare i produttori di apparecchiature originali prima di avviare un progetto personalizzato di batterie?

I requisiti chiari del progetto aiutano i produttori di batterie a valutare il design, a selezionare le celle appropriate e a identificare potenziali considerazioni in materia di conformità prima dello sviluppo del prototipo.

I costruttori di apparecchiature originali (OEM) non devono definire ogni dettaglio tecnico all’inizio. Tuttavia, la preparazione delle seguenti informazioni può rendere la valutazione ingegneristica iniziale più accurata.

Requisiti elettrici e prestazionali

Iniziare con i requisiti elettrici dell’attrezzatura o del sistema che la batteria dovrà alimentare.

Le informazioni rilevanti includono:

• Tensione nominale richiesta e intervallo di tensione di funzionamento.
• Capacità target e classe energetica.
• Corrente di scarica continua e di picco.
• Corrente di carica e metodo di carica.
• Tempo di funzionamento previsto e ciclo di lavoro.
• Ciclo di vita richiesto e durata di servizio.
• Protocolli di comunicazione e requisiti relativi ai dati.

Queste informazioni forniscono al team di ingegneria un punto di partenza chiaro per la valutazione delle opzioni relative alle celle e la definizione delle prestazioni elettriche della batteria.

Per un esempio pratico delle informazioni necessarie quando si specifica una batteria UPS personalizzata, vedere requisiti personalizzati per batteria UPS al litio.

Requisiti meccanici e ambientali

La batteria deve adattarsi allo spazio di installazione disponibile e funzionare nelle condizioni previste per l’applicazione.

I produttori di apparecchiature originali (OEM) devono fornire:

• Dimensioni e peso massimi della batteria.
• Posizione di montaggio e interfaccia meccanica.
• Tipo di connettore e posizione del terminale.
• Intervalli di temperatura di funzionamento e di conservazione.
• Vibrazione, urti e altre condizioni ambientali.
• Requisiti di raffreddamento, ventilazione o gestione termica.

Dove la batteria verrà installata in apparecchiature industriali, dispositivi medici, sistemi di alimentazione di riserva o altre applicazioni specializzate, il produttore originale dell’attrezzatura (OEM) deve inoltre identificare tutti i requisiti specifici di sicurezza e integrazione relativi all’applicazione.

Requisiti di trasporto e conformità

I requisiti relativi al trasporto devono essere discussi prima che il progetto finale della batteria venga approvato.</p>

I costruttori di apparecchiature originali (OEM) devono chiarire:

• Se le batterie verranno spedite separatamente o installate nell’attrezzatura.
• Modalità di trasporto previste, ad esempio aereo, mare o strada.
• Mercati di destinazione e normative sui trasporti applicabili.
• Documentazione obbligatoria UN 38.3.
• Eventuali ulteriori requisiti di conformità specifici per prodotto, sistema o mercato.

La norma UN 38.3 riguarda le prove di progettazione delle celle e delle batterie al litio destinate al trasporto. Essa non sostituisce tutti gli altri obblighi relativi al trasporto. Imballaggio, marcatura, etichettatura, documentazione e condizioni di spedizione devono inoltre essere verificati in conformità alle norme applicabili, quali l’ADR per il trasporto stradale, il Codice IMDG per il trasporto marittimo e il Regolamento IATA sulle merci pericolose per il trasporto aereo.</p>

Definire questi requisiti in anticipo aiuta il produttore di apparecchiature originali (OEM) e il produttore di batterie a identificare la documentazione e i test che potrebbero essere necessari prima della spedizione.

In che modo un produttore di batterie ODM può supportare la conformità UN 38.3?

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM) che sviluppano una batteria con specifici requisiti elettrici, meccanici e di comunicazione, un partner ODM può aiutare a collegare le decisioni progettuali del prodotto con le considerazioni relative ai test e alla documentazione.

Ruolo del produttore è supportare il processo ingegneristico e coordinare i necessari lavori di conformità. I test UN 38.3 devono essere eseguiti da un laboratorio di prova qualificato e la documentazione relativa ai test applicabili deve corrispondere effettivamente al tipo di cella o batteria.

ACE Battery fornisce progettazione e produzione personalizzate di batterie supporto per progetti OEM/ODM, aiutando i clienti a soddisfare i requisiti relativi alle batterie, dalla selezione delle celle e dall’architettura del pacco fino all’integrazione del sistema di gestione della batteria (BMS) e allo sviluppo del prototipo.

Selezione delle celle e progettazione del pacco batteria

Un produttore di batterie ODM può aiutare a valutare le opzioni di celle in base ai requisiti dell’OEM relativi a tensione, capacità, scarica, ricarica, dimensioni e funzionamento.

Le celle selezionate costituiscono quindi la base dell’architettura del pacco batteria, inclusa la configurazione in serie e in parallelo, le connessioni elettriche, l’involucro e la strategia di protezione.

In questa fase, il produttore dovrebbe inoltre esaminare la documentazione disponibile a livello di cella e verificare se il progetto di batteria proposto richieda i propri test applicabili UN 38.3.</p>

Integrazione del sistema di gestione delle batterie (BMS) e sviluppo del prototipo

Il sistema di gestione della batteria (BMS) deve essere progettato in base alla configurazione della batteria e ai requisiti dell’equipaggiamento ospite. Ciò comprende la definizione delle funzioni di protezione, dei parametri di monitoraggio, delle interfacce di comunicazione e dei requisiti di integrazione del sistema.

Lo sviluppo del prototipo consente al produttore di apparecchiature originali (OEM) e al produttore di valutare se la batteria soddisfa le sue specifiche elettriche, meccaniche e funzionali.

La valutazione del prototipo consente inoltre al team di ingegneria di identificare i problemi di progettazione, verificare l’integrazione del sistema e preparare le informazioni tecniche necessarie per i successivi test.

Per ulteriori informazioni sulla comunicazione con la batteria e sulle considerazioni relative all’integrazione, vedere progettazione e integrazione di pacchi batteria personalizzati.

Coordinamento e documentazione dei test

Una volta che il progetto della batteria è sufficientemente definito, il produttore può supportare la preparazione di campioni e informazioni tecniche per i test UN 38.3 applicabili.

I costruttori di apparecchiature originali (OEM) dovrebbero prestare attenzione al rapporto tra la documentazione dei test e la batteria acquistata. Ai sensi del paragrafo 38.3.5, il Riassunto dei test include informazioni quali il produttore, il laboratorio di prova, il riferimento della relazione, la data del test, la descrizione della batteria, il numero di modello, la capacità in wattora e i risultati dei test.</p>

Quando si esamina la documentazione di un fornitore, verificare che:

• Il produttore e il modello della batteria corrispondono al prodotto fornito.
• La descrizione fisica, la massa e la classificazione in wattora sono coerenti con le specifiche della batteria.
• I test e i risultati elencati sono appropriati per il tipo di batteria.
• Il documento fa riferimento all’edizione applicabile del Manuale delle prove e dei criteri delle Nazioni Unite.
• È inclusa qualsiasi informazione pertinente sui test effettuati sulla batteria assemblata.

Un Rapporto di test contiene i dettagliati resoconti dei test eseguiti, mentre un Riepilogo del testfornisce le informazioni standardizzate richieste ai sensi del paragrafo 38.3.5. I produttori di apparecchiature originali (OEM) devono richiedere il Riassunto delle prove per il tipo effettivo di cella o batteria e chiarire, ove necessario, la disponibilità della relativa Relazione sulle prove.

Pianifica fin dall’inizio i requisiti UN 38.3 per il tuo progetto personalizzato di batterie

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM) che sviluppano pacchi batteria personalizzati al litio, la norma UN 38.3 deve essere presa in considerazione insieme alla selezione delle celle, alla configurazione della batteria, alla progettazione del sistema di gestione della batteria (BMS) e all’integrazione meccanica.

Esaminare la configurazione finale della batteria rispetto alla documentazione esistente sui test prima dell’approvazione del progetto aiuta i produttori originali di apparecchiature (OEM) a identificare potenziali lacune nei test e a pianificare il lavoro necessario per garantire la conformità.

Una precoce coordinazione tra il produttore di apparecchiature originali (OEM) e il produttore di batterie contribuisce a definire l’ambito dei test, i requisiti documentali e le responsabilità del progetto prima che la batteria entri in produzione.