Nuovo standard cinese ridefinisce i test sulle batterie per veicoli elettrici
Un passo epocale nel panorama della mobilità elettrica cinese è stato compiuto con l’entrata in vigore della norma GB/T 31467—2023, un quadro tecnico che ridefinisce in modo completo come vengono valutate le prestazioni elettriche dei pacchi e dei sistemi batteria agli ioni di litio. Intitolata Metodi di prova per le prestazioni elettriche dei pacchi e dei sistemi batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici, questa nuova specifica nazionale unifica e modernizza i protocolli di test precedenti, allineandoli più strettamente alle condizioni di guida reali, alle capacità tecnologiche emergenti e ai benchmark internazionali.
La revisione segna un cambiamento significativo rispetto alle precedenti norme a struttura doppia—GB/T 31467.1—2015 per le applicazioni ad alta potenza e GB/T 31467.2—2015 per quelle ad alta energia—verso un unico e coerente framework. Questa consolidazione non solo semplifica le procedure di test, ma riflette anche la crescente convergenza tra i requisiti di potenza ed energia nelle moderne piattaforme di veicoli elettrici, dove i veicoli devono offrire sia alte prestazioni che un’autonomia estesa in condizioni di funzionamento diverse.
Sviluppata dal Centro di Ricerca e Tecnologia Automobilistica della Cina (China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd., CATARC), una delle principali istituzioni di ricerca e standardizzazione automobilistica del paese, la norma aggiornata affronta lacune critiche identificate nelle versioni del 2015. Mentre il mercato cinese dei veicoli elettrici è maturato, così hanno fatto le aspettative dei consumatori e le esigenze ingegneristiche. Le prestazioni della batteria non sono più valutate solo sulla capacità o sulla potenza di picco, ma su uno spettro più ampio di metriche che includono il comportamento di ricarica, la resilienza termica, l’efficienza energetica e l’usabilità nel mondo reale.
Uno degli avanzamenti più notevoli nella GB/T 31467—2023 è l’introduzione di tre nuovi elementi di test: densità energetica, prestazioni di ricarica e scarica operativa . Questi aggiunti rispondono direttamente alle esigenze dettate dal mercato. La densità energetica, un determinante chiave dell’autonomia del veicolo e dell’efficienza di packaging, ora ha una metodologia di misurazione standardizzata all’interno del quadro ufficiale di test. In precedenza, questa metrica era valutata utilizzando linee guida provvisorie non formalmente codificate negli standard nazionali di prestazione, portando a inconsistenze tra produttori e centri di prova.
L’inclusione del test sulle prestazioni di ricarica è particolarmente tempestiva. Con l’espansione dell’infrastruttura di ricarica rapida in Cina e nei mercati globali, i consumatori danno sempre più priorità alla velocità con cui possono ricaricare i loro veicoli. La nuova norma specifica test di ricarica in quattro condizioni di temperatura distinte—temperatura ambiente, 40 °C, 0 °C e Tmin (una temperatura minima concordata tra produttore e cliente). Questo approccio a temperature multiple assicura che i sistemi batteria siano valutati non solo in condizioni ideali, ma anche in ambienti estremi dove l’efficienza di ricarica e la sicurezza sono maggiormente sfidate.
Le strategie di ricarica ora devono riflettere i veri sistemi di gestione della batteria, incorporando aggiustamenti dinamici basati sullo stato di carica (SOC) e sulla temperatura interna. I risultati del test devono includere curve di dati dettagliate che catturano tensione, corrente, temperatura e SOC nel tempo, consentendo un’analisi più approfondita del comportamento di ricarica e dell’efficacia della gestione termica.
Allo stesso modo, l’aggiunta del test di scarica operativa consente una valutazione più realistica delle prestazioni della batteria. Invece di affidarsi esclusivamente a profili di scarica a corrente costante, la norma raccomanda l’uso di cicli di guida derivati dal Ciclo di Prova per Veicoli Leggeri Cinesi (CLTC), che rappresenta meglio i tipici modelli di guida urbana e autostradale nelle città cinesi. Questo metodo cattura le richieste di potenza transitoria, gli effetti della frenata rigenerativa e le condizioni di carico variabile assenti nei test di laboratorio tradizionali. Simulando l’uso effettivo sulla strada, gli ingegneri possono ottenere informazioni più accurate su come un sistema batteria si comporterà nel tempo, migliorando sia la convalida del design che la fiducia del consumatore.
Oltre a queste nuove categorie di test, la GB/T 31467—2023 incorpora numerose affinazioni alle procedure esistenti. Un focus principale è stato sull’armonizzazione delle condizioni di test per diverse metriche di prestazione. Ad esempio, la norma ora richiede impostazioni di temperatura coerenti per test come la perdita di capacità a riposo, l’efficienza energetica e la potenza di avviamento a freddo/temperatura elevata. La condizione di stoccaggio ad alta temperatura per la perdita di capacità a riposo è stata aumentata da 40 °C a 45 °C, riflettendo la crescente frequenza di eventi di calore estremo e la necessità di valutare la durabilità della batteria sotto stress termico più severo.
La norma introduce anche definizioni più chiare per l’equilibrio termico durante l’adattamento ambientale. Invece di affidarsi esclusivamente a tempi di attesa fissi, ora richiede che il pacco o il sistema batteria raggiunga uno stato in cui le temperature delle celle variano di non più di 2 °C dalla temperatura ambiente target entro una finestra di un’ora senza raffreddamento attivo. Questo assicura che i gradienti termici all’interno del pacco siano minimizzati prima dell’inizio del test, portando a risultati più ripetibili e affidabili.
I protocolli di raccolta dati sono stati rafforzati. Per supportare analisi avanzate e la convalida dei modelli, l’intervallo massimo tra le registrazioni dei dati è stato ridotto a 100 secondi, sostituendo il precedente requisito di registrazione almeno ogni 1% della durata di carica o scarica. Questo consente una risoluzione più fine nel tracciamento delle risposte dinamiche durante test a impulsi, misurazioni di efficienza ed eventi transitori.
Nel regno dei test di potenza e resistenza interna, la norma migliora la precisione specificando un intervallo massimo di campionamento di 100 millisecondi durante gli eventi a impulso. Questo consente una cattura accurata delle transitorietà di tensione e delle caratteristiche di risposta immediata, fondamentali per valutare la capacità di una batteria di supportare l’accelerazione, la frenata rigenerativa e le funzioni di stabilizzazione della rete nei veicoli ibridi o plug-in.
Per prevenire potenziali danni durante test ad alta potenza, la norma include un meccanismo di protezione: se la tensione della batteria raggiunge un limite prestabilito prima del completamento della durata dell’impulso, è consentita una riduzione della corrente per evitare condizioni di sovratensione o sovracorrente. Inoltre, è esplicitamente vietata la ricarica a temperature inferiori alla soglia minima consentita dalla batteria, proteggendo da placcature al litio e degradazioni irreversibili.
Un altro affinamento significativo è l’aggiustamento delle velocità di corrente utilizzate nei cicli standard e nei test di capacità. Per le applicazioni ad alta energia, la velocità di scarica è stata modificata da 1 C a 1/3 C, meglio riflettendo i profili di scarica tipici dei veicoli elettrici a lungo raggio piuttosto che quelli dei modelli ad alte prestazioni sportive. Questo cambiamento riconosce che la maggior parte dei moderni veicoli elettrici opera in un intervallo di potenza moderato la maggior parte del tempo, e che i test dovrebbero rispecchiare questa realtà.
La norma rivisita anche le procedure di aggiustamento dello SOC per migliorare l’efficienza del test. In precedenza, aggiustare la batteria a un SOC target spesso richiedeva un ciclo completo di carica-scarica, anche se la batteria era già vicina allo stato desiderato. Nella nuova versione, se l’ultimo aggiustamento dello SOC è avvenuto entro 24 ore, il processo può iniziare da qualsiasi punto di partenza, eliminando cicli non necessari e riducendo il tempo di test e l’usura sul campione.
Il test sull’efficienza energetica è stato aggiornato per riflettere le capacità tecnologiche attuali. Nelle norme precedenti, erano mandate correnti fisse ad alta intensità (ad esempio, scarica a 20 C, carica a 15 C) indipendentemente dalla capacità reale della batteria di supportarle. La nuova versione rimuove questi requisiti rigidi, allineando invece il test con le massime correnti a impulso consentite dalla batteria (I’max(SOC,T,t)). Questo spostamento rende il test più rappresentativo dell’operazione reale ed evita di forzare le batterie in regimi operativi irrealistici semplicemente per soddisfare un criterio di test.
Per i sistemi batteria ad alta energia, il test di carica a bassa temperatura a Tmin è stato semplificato rimuovendo i requisiti obsoleti di carica a 1 C che erano incompatibili con i moderni protocolli di carica a basse temperature. Invece, la norma ora enfatizza la coerenza tra i cicli di pre-condizionamento e il calcolo finale dell’efficienza energetica, assicurando che l’energia in ingresso e in uscita misurata rifletta le stesse condizioni operative.
La norma chiarisce anche il ruolo dei sistemi di gestione termica durante i test. Per test direttamente correlati al funzionamento del veicolo—come efficienza energetica, prestazioni di ricarica e scarica operativa—è raccomandato l’uso del raffreddamento o riscaldamento attivo per simulare condizioni reali. Per altri test focalizzati sulle caratteristiche intrinseche della batteria, la gestione termica dovrebbe generalmente essere disattivata a meno che non sia concordato diversamente, per isolare le prestazioni elettrochimiche delle celle stesse.
Le misurazioni di peso e dimensioni sono state riorganizzate per migliorare la chiarezza. La norma ora definisce esplicitamente quali componenti sono inclusi nei calcoli della massa—come i sistemi di gestione termica integrati—escludendo parti non batteria rimovibili come le linee di refrigerante esterne. La misurazione del volume, precedentemente richiesta, è stata rimossa a causa della sua rilevanza limitata nella valutazione delle prestazioni.
I test di capacità ed energia ora includono requisiti aggiuntivi di registrazione dei dati, come registrare l’evoluzione nel tempo della tensione totale del pacco, delle tensioni delle celle massime e minime e dei punti di monitoraggio della temperatura. Questi flussi di dati sono essenziali per diagnosticare squilibri tra celle, rischi di fuga termica ed efficacia del sistema di controllo.
Il processo di revisione della GB/T 31467—2023 è stato informato da un’ampia consultazione industriale, dati di veicoli reali e allineamento con standard internazionali—in particolare ISO 12405-4:2018, che serve come riferimento chiave. Tuttavia, lo standard cinese non è un’adozione diretta; include diversi miglioramenti adattati alle condizioni domestiche, come l’uso di cicli di guida basati sul CLTC e punti di temperatura specifici rilevanti per le diverse zone climatiche della Cina.
Questo equilibrio tra armonizzazione globale e adattamento locale rafforza la posizione della Cina nella comunità internazionale degli standard per veicoli elettrici. Consente ai produttori cinesi di produrre batterie che soddisfano sia i requisiti nazionali che quelli dei mercati di esportazione, contribuendo contemporaneamente all’evoluzione delle migliori pratiche globali.
Dal punto di vista regolamentare e del consumatore, la norma aggiornata migliora la trasparenza e la comparabilità. Costruttori e fornitori di batterie ora hanno un quadro più chiaro e rigoroso per convalidare i loro prodotti. Gli enti di prova indipendenti possono condurre valutazioni con maggiore coerenza, riducendo le discrepanze tra laboratori. I consumatori beneficiano di dichiarazioni di prestazione più affidabili, sapendo che metriche pubblicizzate come autonomia, velocità di ricarica e prestazioni in condizioni di freddo sono supportate da test standardizzati e ripetibili.
Per ricercatori e sviluppatori, la norma fornisce una solida base per l’innovazione. Definendo metodi di test chiari e criteri di accettazione, riduce l’ambiguità nei programmi di R&S e accelera il ciclo di sviluppo. L’inclusione di metriche avanzate come efficienza energetica e scarica operativa incoraggia la progettazione di sistemi di gestione batteria più intelligenti e chimiche di celle più resilienti.
Inoltre, l’enfasi sulla rilevanza nel mondo reale aiuta a colmare il divario tra i risultati di laboratorio e le prestazioni su strada. Questo è fondamentale mentre l’industria dei veicoli elettrici si sposta verso applicazioni più sofisticate come il vehicle-to-grid (V2G), il riutilizzo secondario delle batterie e i sistemi di manutenzione predittiva—tutti i quali dipendono da modelli accurati del comportamento della batteria in condizioni dinamiche.
La pubblicazione della GB/T 31467—2023 segnala anche una maturazione dell’ecosistema cinese dei veicoli elettrici. Gli standard iniziali erano spesso reattivi, progettati per recuperare il ritardo rispetto alle tendenze tecnologiche. Gli standard di oggi sono proattivi, plasmano la direzione dell’innovazione e stabiliscono aspettative di prestazione prima che le nuove tecnologie raggiungano la produzione di massa.
In conclusione, la revisione GB/T 31467—2023 rappresenta un passo importante in avanti nella valutazione dei sistemi batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici. Integrando nuovi metodi di test, affinando le procedure esistenti e allineandosi ai modelli di utilizzo nel mondo reale, fornisce una valutazione delle prestazioni della batteria più accurata, affidabile e significativa. Mentre la Cina continua a guidare nell’adozione di veicoli elettrici e nell’innovazione delle batterie, questa norma giocherà un ruolo cruciale nel mantenere la qualità, guidare il progresso tecnologico e costruire la fiducia del consumatore nella mobilità elettrica.
Niu Pingjian, Hao Weijian, Su Zhiyang, Shi Shengkun, Liu Shaohui, China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd., Energy Storage Science and Technology, doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0288