Un pack personnalisé de batteries au lithium nécessite-t-il des essais conformément à la norme ONU 38.3 ?

Lors du développement d’un bloc-batterie personnalisé au lithium pour un appareil ou une application spécifique, les fabricants d’équipement d’origine (OEM) commencent souvent par sélectionner des cellules répondant aux spécifications requises en matière de tension, de capacité et de performances. Le fournisseur de cellules peut déjà fournir la documentation relative aux essais UN 38.3, ce qui soulève une question importante : Est-ce que ces résultats d’essais existants couvrent l’ensemble fini de la batterie, ou la conception personnalisée nécessite-t-elle des essais supplémentaires ?

La réponse dépend du type de batterie, de sa configuration et de la portée de la documentation d’essais existante. Selon le Manuel des épreuves et critères des Nations Unies, les piles et les batteries au lithium sont soumises à des exigences d’essai différentes. Pour les types de batteries au lithium rechargeables, les exigences applicables au niveau de la batterie s’appliquent également lorsque les batteries sont assemblées à partir de piles déjà soumises à des essais.</p>

Cette distinction est importante lorsque le constructeur d’équipement d’origine modifie la configuration des cellules, intègre un système de gestion de batterie (BMS) ou développe un nouveau boîtier. Comprendre ces exigences dès le début permet d’éviter les lacunes dans la documentation et les travaux inattendus de test ultérieurs au cours du processus de développement.

Un pack personnalisé de batteries au lithium nécessite-t-il des essais conformément à la norme ONU 38.3 ?

Le point UN 38.3 désigne les exigences en matière d’essais figurant dans la partie III, sous-section 38.3 du Manuel des épreuves et critères des Nations Unies. Il établit une série d’essais de conception que les piles et les batteries au lithium doivent réussir avant de pouvoir être offertes au transport, sous réserve des règlements applicables en matière de transport.

Le fait qu’un bloc-batterie personnalisé doive être soumis à des essais dépend de savoir si la conception finale est déjà couverte par un type de batterie ayant fait l’objet d’essais, ainsi que des exigences applicables à ce type. Les résultats d’essais UN 38.3 existants relatifs à une cellule ne démontrent pas automatiquement que le bloc-batterie développé séparément satisfait aux exigences applicables au niveau de la batterie.</p>

Essais au niveau des cellules par rapport aux essais des blocs de batteries

Une pile au lithium et une batterie au lithium ne sont pas des termes interchangeables au titre de la norme ONU 38.3. Une batterie se compose généralement de deux cellules ou plus reliées électriquement par des moyens permanents, ainsi que des composants nécessaires à son utilisation, tels qu’un boîtier, des bornes et des marquages. Une batterie à une seule cellule est traitée séparément dans les définitions figurant dans le Manuel.

La portée des tests est également différente :

• Types de piles au lithium : Tous les types de cellules au lithium sont soumis aux essais T.1 à T.6 et T.8.
• Types de piles au lithium non rechargeables : Ces éléments sont soumis aux essais T.1 à T.5, y compris les types de batteries composés de cellules déjà soumises à des essais.
• Types de batteries lithium rechargeables : Ces éléments sont soumis aux essais T.1 à T.5 et T.7, y compris les types de batteries composés de cellules déjà éprouvées.

Le Manuel prévoit également une règle spécifique pour les cellules composantes qui ne sont pas transportées séparément de la pile dont elles font partie : ces cellules doivent uniquement subir les essais T.6 et T.8. Cette disposition concerne les cellules composantes et ne doit pas être confondue avec les exigences d’essai applicables à la pile complète.</p>

Quand des tests supplémentaires sont-ils requis ?

Des essais supplémentaires peuvent être nécessaires lorsqu’un bloc-batterie personnalisé représente un type de batterie différent de celui couvert par la documentation d’essais existante.</p>

Par exemple, un fabricant d’équipement d’origine peut utiliser des cellules au lithium-ion testées, mais concevoir un bloc avec une configuration différente en série et en parallèle, un système de protection ou une structure mécanique différente. L’équipe d’ingénierie doit évaluer si la conception résultante est couverte par un type déjà testé ou si elle doit être considérée comme un nouveau type conformément à la section UN 38.3.</p>

Selon le sous-article 38.3.2.2, certains changements apportés à une pile ou à une batterie rechargeable soumises à essai peuvent donner lieu à un nouveau type. Ces changements comprennent :

• Une variation supérieure à 20 % de l’énergie nominale, mesurée en wattheures.
• Une augmentation de plus de 20 % de la tension nominale.
• Une modification susceptible de provoquer l’échec de l’un des tests prescrits.

Le manuel recense des exemples de modifications potentiellement pertinentes apportées à la conception, notamment des changements concernant les matériaux des électrodes ou de l’électrolyte, les dispositifs de protection, la conception de sécurité, le nombre de cellules composantes et la façon dont ces cellules sont connectées.</p>

Chaque modification n’entraîne pas automatiquement la nécessité d’un nouveau programme d’essais complet. L’impact de la modification doit être évalué par rapport à la conception testée et aux exigences applicables. Les équipementiers doivent donc vérifier la portée de la documentation existante avant de s’y fier pour une conception de batterie modifiée.</p>

Quels facteurs liés à la conception des batteries influencent les exigences d’essai UN 38.3 ?

Un bloc-batterie personnalisé associe des composants électriques, électroniques et mécaniques. Chacun d’eux peut influer sur la conception finale et sa relation avec un type de batterie déjà éprouvé.</p>

Pour cette raison, les considérations relatives à la norme ONU 38.3 doivent être prises en compte lors de la définition de l’architecture de la batterie, plutôt que d’être reportées jusqu’à ce que le bloc soit prêt à être expédié.

Type de cellule et configuration de la batterie

La sélection des cellules est l’une des premières décisions à prendre dans un projet de batterie personnalisée. Différentes chimies de cellules, formats, dimensions et caractéristiques électriques peuvent influer sur la conception de la batterie et les considérations liées à ses essais.

La configuration est également importante. Modifier le nombre de cellules connectées en série ou en parallèle peut influer sur la tension nominale, la capacité, l’énergie totale et l’agencement physique de la batterie.

Les constructeurs doivent définir :

• Chimie et format des cellules, tels que les cellules cylindriques, prismatiques ou en pochette.
• Fabricant et modèle de la cellule.
• Configuration en série et en parallèle.
• Tension nominale et capacité.
• Énergie nominale totale en wattheures.

Ces spécifications constituent la base pour évaluer l’architecture de batterie proposée et la comparer aux documents existants relatifs aux cellules ou aux batteries.</p>

Capacité de la batterie et classification énergétique

La capacité de la batterie et l’énergie nominale sont des caractéristiques importantes tant pour la conception du système que pour la classification en matière de transport.</p>

Pour une batterie rechargeable, l’énergie nominale est généralement calculée à l’aide de la tension nominale et de la capacité nominale :</p>

Par exemple, une batterie dont la tension nominale est de 48 V et la capacité nominale de 100 Ah a une énergie nominale de 4 800 Wh.

L’indice énergétique nominal doit être cohérent entre la fiche technique de la batterie et le résumé des essais UN 38.3. Il constitue également une référence importante lors de l’évaluation des modifications apportées à un type de batterie rechargeable ayant fait l’objet d’essais.

Conception du système de gestion de la batterie (BMS) et de la protection

Le Système de gestion de la batterie est chargé de surveiller et de contrôler les conditions de fonctionnement essentielles de la batterie. Selon l’application, ses fonctions peuvent inclure la surveillance de la tension des cellules, la surveillance de la température, la protection contre les courants excessifs, l’équilibrage et la communication avec l’équipement hôte.

Le matériel et les logiciels du système de gestion de la batterie (BMS) peuvent également être pertinents pour les évaluations des modifications de conception conformément à la norme UN 38.3. Le Manuel cite les modifications apportées aux dispositifs de protection, y compris le matériel et les logiciels, comme exemples de changements susceptibles d’entraîner l’échec d’un essai prescrit.</p>

Lors de la définition d’un bloc-batterie personnalisé, les équipementiers doivent prendre en compte :

• Protection contre les surtensions et les sous-tensions.
• Protection contre les surintensités et les courts-circuits.
• Surveillance et protection de la température.
• Stratégie d’équilibrage des cellules.
• Interfaces de communication, telles que le CAN ou le RS485, lorsque requis par l’application.

La stratégie de protection doit être documentée dans le cadre des spécifications de la batterie, y compris la configuration matérielle et logicielle utilisée dans la conception finale.</p>

Boîtier de la batterie et structure mécanique

L’enceinte protège les cellules et les composants internes tout en assurant l’interface mécanique entre la batterie et l’équipement hôte.</p>

Son design peut inclure des points de fixation, des supports structurels, de l’isolation, des connecteurs et des dispositions pour la gestion thermique. Ces caractéristiques peuvent influer sur la masse, les dimensions et le comportement mécanique de la batterie.

Pour les projets OEM, les exigences relatives à l’enceinte doivent être définies conjointement avec les spécifications électriques. Les éléments à prendre en compte sont notamment les suivants :

• Espace d’installation disponible et méthode de fixation.</p>
• Matériau de l’enceinte et conception structurelle.
• Emplacement du connecteur et acheminement du câble.
• Exigences en matière d’isolation et de protection.
• Dispositions de refroidissement ou d’évacuation de la chaleur.
• Environnement de fonctionnement, y compris les conditions de vibration et de température.

Un changement d’enceinte ne nécessite pas automatiquement de nouveaux essais conformément à la norme UN 38.3, mais les modifications susceptibles d’affecter le résultat d’un essai prescrit doivent être évaluées par rapport à la conception déjà testée.</p>

Que doivent préparer les équipementiers avant de lancer un projet de batterie sur mesure ?

Des exigences claires concernant le projet aident les fabricants de batteries à évaluer la conception, à sélectionner des cellules adaptées et à identifier les éventuelles considérations en matière de conformité avant le développement du prototype.</p>

Les équipementiers d’origine n’ont pas besoin de finaliser tous les détails techniques dès le départ. Toutefois, la préparation des informations suivantes peut rendre l’évaluation technique initiale plus précise.</p>

Exigences électriques et fonctionnelles

Commencez par les exigences électriques de l’équipement ou du système que la batterie doit alimenter.

Les informations pertinentes comprennent :

• Tension nominale requise et plage de tension de fonctionnement.
• Capacité cible et classe énergétique.
• Courant de décharge continu et courant de décharge maximal.
• Courant de charge et méthode de charge.
• Durée de fonctionnement prévue et cycle de service.
• Durée de vie en cycles requise et durée de vie en service.</p>
• Protocoles de communication et exigences relatives aux données.

Ces informations fournissent à l’équipe d’ingénierie un point de départ clair pour évaluer les options de cellules et définir les performances électriques de la batterie.

Pour un exemple pratique des informations nécessaires lors de la spécification d’une batterie UPS personnalisée, voir exigences personnalisées pour les batteries UPS au lithium.

Exigences mécaniques et environnementales

La batterie doit s’adapter à l’espace d’installation disponible et fonctionner dans les conditions prévues pour l’application.</p>

Les équipementiers devraient fournir :

• Dimensions maximales et poids de la batterie.
• Position de montage et interface mécanique.
• Type de connecteur et position de la borne.
• Plages de température de fonctionnement et de stockage.
• Vibrations, chocs et autres conditions environnementales.
• Exigences en matière de refroidissement, de ventilation ou de gestion thermique.

Où la batterie sera installée dans des équipements industriels, des dispositifs médicaux, des systèmes d’alimentation de secours ou d’autres applications spécialisées, le fabricant d’équipement d’origine doit également identifier toutes les exigences spécifiques à l’application en matière de sécurité et d’intégration.</p>

Exigences en matière de transport et de conformité

Les exigences en matière de transport doivent être examinées avant l’approbation définitive de la conception de la batterie.</p>

Les équipementiers devraient clarifier :

• Que les batteries soient expédiées séparément ou installées dans l’équipement.</p>
• Modes de transport attendus, tels que l’air, la mer ou la route.
• Marchés de destination et réglementations applicables en matière de transport.
• Documentation obligatoire UN 38.3.</p>
• Toutes exigences supplémentaires en matière de conformité relatives à un produit, un système ou un marché spécifique.</p>

La norme ONU 38.3 traite des essais de conception des piles et batteries au lithium destinées au transport. Elle ne remplace pas l’ensemble des autres obligations applicables au transport. L’emballage, le marquage, l’étiquetage, la documentation et les conditions d’expédition doivent également être vérifiés conformément aux règles applicables, telles que l’ADR pour le transport routier, le Code IMDG pour le transport maritime et le Règlement relatif aux marchandises dangereuses de l’IATA pour le transport aérien.</p>

Définir ces exigences dès le départ aide l’équipementier d’origine (OEM) et le fabricant de batteries à identifier la documentation et les essais éventuellement nécessaires avant l’expédition.</p>

Comment un fabricant de batteries ODM peut-il assurer la conformité à la norme ONU 38.3 ?

Pour les fabricants d’équipement d’origine (FEO) développant une batterie répondant à des exigences électriques, mécaniques et de communication spécifiques, un partenaire FOD peut aider à relier les décisions de conception du produit aux considérations liées aux essais et à la documentation.</p>

Le rôle du fabricant consiste à soutenir le processus d’ingénierie et à coordonner les travaux de conformité nécessaires. Les essais UN 38.3 doivent eux-mêmes être effectués par un laboratoire d’essai qualifié, et la documentation d’essai applicable doit correspondre au type réel de cellule ou de batterie.

ACE Battery fournit Conception et fabrication personnalisées de batteries soutien des projets OEM/ODM, aidant les clients à répondre aux exigences en matière de batteries, de la sélection des cellules et de l’architecture des blocs à l’intégration du système de gestion des batteries (BMS) et au développement de prototypes.

Sélection des cellules et conception du bloc-batterie

Un fabricant de batteries ODM peut aider à évaluer les options de cellules par rapport aux exigences de l’OEM en matière de tension, de capacité, de décharge, de charge, de dimensions et de fonctionnement.

Les cellules sélectionnées constituent ensuite la base de l’architecture du bloc-batterie, y compris la configuration en série et en parallèle, les connexions électriques, le boîtier et la stratégie de protection.

À ce stade, le fabricant devrait également examiner la documentation disponible au niveau des cellules et déterminer si la conception de batterie proposée pourrait nécessiter ses propres essais applicables conformément à la norme ONU 38.3.</p>

Intégration du système de gestion de la batterie (BMS) et développement de prototype

Le système de gestion de batterie (BMS) doit être conçu en fonction de la configuration de la batterie et des exigences de l’équipement hôte. Cela comprend la définition des fonctions de protection, des paramètres de surveillance, des interfaces de communication et des exigences d’intégration du système.</p>

Le développement de prototypes permet à l’équipementier d’origine (OEM) et au fabricant d’évaluer si la batterie répond à ses spécifications électriques, mécaniques et fonctionnelles.</p>

L’évaluation du prototype permet également à l’équipe d’ingénierie d’identifier les problèmes de conception, de vérifier l’intégration du système et de préparer les informations techniques nécessaires aux essais ultérieurs.</p>

Pour plus d’informations sur la communication avec la batterie et les considérations liées à son intégration, consultez Conception et intégration de packs de batteries personnalisés.

Coordination et documentation des essais

Lorsque la conception de la batterie est suffisamment définie, le fabricant peut soutenir la préparation des échantillons et des informations techniques destinées aux essais applicables UN 38.3.

Les équipementiers doivent prêter attention au lien entre la documentation relative aux essais et la batterie achetée. Selon le paragraphe 38.3.5, le résumé des essais comprend des informations telles que le nom du fabricant, le laboratoire d’essai, la référence du rapport, la date des essais, la description de la batterie, le numéro de modèle, la capacité en wattheures et les résultats des essais.</p>

Lors de l’examen de la documentation d’un fournisseur, vérifiez que :

• Le fabricant et le modèle de batterie correspondent au produit fourni.
• La description physique, la masse et la capacité en wattheures sont conformes aux spécifications de la batterie.
• Les essais et les résultats énumérés sont adaptés au type de batterie.
• Le document fait référence à l’édition applicable du Manuel des épreuves et critères des Nations Unies.
• Toutes les informations pertinentes relatives aux essais de la batterie assemblée sont incluses.

Un Rapport de test contient les relevés détaillés des essais effectués, tandis qu’un Résumé du testfournit les informations normalisées requises en vertu de l’alinéa 38.3.5. Les équipementiers doivent demander le résumé des essais pour le type de cellule ou de batterie effectif et préciser, le cas échéant, la disponibilité du rapport d’essai justificatif.

Planifiez dès le début de votre projet personnalisé de batterie les exigences de la norme UN 38.3

Pour les fabricants d’équipement d’origine (FEO) développant des batteries lithium personnalisées, l’essai UN 38.3 doit être pris en compte conjointement avec la sélection des cellules, la configuration de la batterie, la conception du système de gestion de la batterie (SGB) et l’intégration mécanique.</p>

Examiner la configuration finale de la batterie par rapport à la documentation existante sur les essais avant l’approbation de la conception permet aux équipementiers de détecter d’éventuelles lacunes dans les essais et de planifier les travaux requis pour assurer la conformité.</p>

Une coordination précoce entre le fabricant d’équipement d’origine (OEM) et le fabricant de batteries permet de définir la portée des essais, les exigences en matière de documentation et les responsabilités liées au projet avant que la batterie n’entre en production.</p>