Um Pacote de Baterias de Lítio Personalizado Necessita de Testes UN 38.3?

Ao desenvolver um pacote personalizado de baterias de lítio para um dispositivo ou aplicação específica, os fabricantes originais (OEMs) geralmente começam selecionando células que atendam às suas especificações exigidas de tensão, capacidade e desempenho. O fornecedor das células pode já fornecer a documentação dos testes UN 38.3, o que levanta uma questão importante: Esses resultados de testes existentes podem abranger o conjunto final de baterias, ou o projeto personalizado exige testes adicionais?

A resposta depende do tipo de bateria, da sua configuração e do escopo da documentação de testes existente. De acordo com o Manual de Ensaios e Critérios das Nações Unidas, células de lítio e baterias de lítio estão sujeitas a requisitos de ensaio diferentes. Para tipos de baterias recarregáveis de lítio, os requisitos aplicáveis ao nível da bateria também se aplicam quando as baterias são montadas a partir de células previamente ensaiadas.

Essa distinção é importante quando um fabricante de equipamentos originais (OEM) altera a configuração das células, integra um sistema de gerenciamento de baterias (BMS) ou desenvolve uma nova carcaça. Compreender esses requisitos desde cedo pode ajudar a evitar lacunas na documentação e trabalhos inesperados de testes em fases posteriores do processo de desenvolvimento.</p>

Um Pacote de Baterias de Lítio Personalizado Necessita de Testes UN 38.3?

A norma UN 38.3 refere-se aos requisitos de ensaio da Seção III, Subseção 38.3 do Manual de Ensaios e Critérios das Nações Unidas. Ela estabelece uma série de ensaios de projeto que as células e baterias de lítio devem superar antes de poderem ser oferecidas para transporte, sujeitas às regulamentações aplicáveis de transporte.

Se um pacote de baterias personalizado precisa ser testado depende de se o projeto final já estiver abrangido por um tipo de bateria testado e de quais requisitos se aplicam a esse tipo. Os resultados existentes dos testes UN 38.3 de uma célula não demonstram automaticamente que um pacote de baterias desenvolvido separadamente atendeu aos requisitos aplicáveis ao nível da bateria.</p>

Testes em Nível de Célula vs. Testes em Pacote de Baterias

Uma pilha de lítio e uma bateria de lítio não são termos intercambiáveis segundo a norma UN 38.3. Uma bateria, em geral, é composta por duas ou mais células conectadas eletricamente por meios permanentes, juntamente com os componentes necessários para seu uso, tais como uma caixa, terminais e marcações. Uma bateria de célula única é tratada separadamente nas definições contidas no Manual.

O escopo dos testes também difere:

• Tipos de células de lítio: Todos os tipos de células de lítio estão sujeitos aos ensaios T.1 a T.6 e T.8.
• Tipos de baterias de lítio não recarregáveis: Estes estão sujeitos aos ensaios T.1 a T.5, incluindo tipos de baterias compostas por células previamente ensaiadas.
• Tipos de baterias de lítio recarregáveis: Estes estão sujeitos aos ensaios T.1 a T.5 e T.7, incluindo tipos de baterias compostas por células previamente ensaiadas.

O Manual também fornece uma regra específica para células componentes que não são transportadas separadamente da bateria da qual fazem parte: essas células precisam submeter-se apenas aos ensaios T.6 e T.8. Esta disposição refere-se às células componentes e não deve ser confundida com os requisitos de ensaio aplicáveis à bateria completa.</p>

Quando é Necessário Teste Adicional?

Testes adicionais podem ser necessários quando um conjunto personalizado de baterias representa um tipo de bateria diferente daquele abrangido pela documentação de testes existente.</p>

Por exemplo, um fabricante de equipamentos originais (OEM) pode utilizar células de íon-lítio testadas, mas desenvolver um pacote com uma configuração em série e paralelo diferente, um sistema de proteção distinto ou uma estrutura mecânica diferente. A equipe de engenharia deve avaliar se o projeto resultante está coberto por um tipo já testado ou se deve ser tratado como um novo tipo nos termos da norma UN 38.3.

Na subseção 38.3.2.2, certas alterações em uma célula ou bateria recarregável ensaiada podem resultar em um novo tipo. Estas incluem:

• Uma alteração de mais de 20% na energia nominal, medida em watt-hora.
• Um aumento de mais de 20% na tensão nominal.
• Uma alteração que possa levar à falha de qualquer um dos testes prescritos.

O Manual identifica exemplos de alterações de projeto potencialmente relevantes, incluindo alterações nos materiais do eletrodo ou do eletrólito, dispositivos de proteção, projeto de segurança, número de células componentes e forma como as células componentes são conectadas.</p>

Nem toda modificação exige automaticamente um novo programa de testes completo. O impacto da alteração deve ser avaliado em comparação com o projeto testado e os requisitos aplicáveis. Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) devem, portanto, verificar o escopo da documentação existente antes de confiar nela para um projeto de bateria modificado.</p>

Quais Fatores do Projeto da Bateria Afetam os Requisitos de Teste da UN 38.3?

Um pacote de baterias personalizado combina componentes elétricos, eletrônicos e mecânicos. Cada um deles pode afetar o projeto final e sua relação com um tipo de bateria testado existente.</p>

Por essa razão, as considerações da UN 38.3 devem ser incluídas ao definir a arquitetura da bateria, em vez de serem deixadas para quando o pacote estiver pronto para embarque.

Tipo de Célula e Configuração da Bateria

A seleção da célula é uma das primeiras decisões em um projeto personalizado de bateria. Diferentes químicas, formatos, dimensões e características elétricas das células podem afetar as considerações de projeto e teste da bateria.

A configuração também é importante. Alterar o número de células conectadas em série ou em paralelo pode afetar a tensão nominal, a capacidade, a energia total e o arranjo físico da bateria.

Os fabricantes de equipamentos originais devem definir:

• Química e formato da célula, como células cilíndricas, prismáticas ou em formato de bolsa.
• Fabricante e modelo da célula.
• Configuração em série e em paralelo.
• Tensão nominal e capacidade.
• Energia nominal total em watt-horas.

Essas especificações fornecem a base para avaliar a arquitetura de bateria proposta e compará-la com a documentação existente de células ou baterias.

Capacidade da Bateria e Classificação de Energia

A capacidade da bateria e a energia nominal são especificações importantes tanto para o projeto do sistema quanto para a classificação de transporte.</p>

Para uma bateria recarregável, a energia nominal é geralmente calculada utilizando a tensão nominal e a capacidade nominal:

Por exemplo, uma bateria com tensão nominal de 48 V e capacidade nominal de 100 Ah tem uma energia nominal de 4.800 Wh.

A classificação nominal de energia deve ser consistente em toda a especificação da bateria e no Resumo dos Testes UN 38.3. Ela também fornece uma referência importante ao avaliar alterações em um tipo de bateria recarregável testado.

Projeto de BMS e Proteção

O sistema de gerenciamento de bateria é responsável por monitorar e controlar as principais condições operacionais da bateria. Dependendo da aplicação, suas funções podem incluir o monitoramento da tensão das células, o monitoramento da temperatura, a proteção contra corrente, o equilíbrio e a comunicação com o equipamento hospedeiro.

O hardware e o software do BMS também podem ser relevantes para as avaliações de alterações no projeto conforme a UN 38.3. O Manual identifica alterações em dispositivos de proteção, incluindo hardware e software, como exemplos de modificações que poderiam levar à falha em um teste prescrito.</p>

Ao definir um pacote de baterias personalizado, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) devem considerar:

• Proteção contra sobretensão e subtensão.
• Proteção contra sobrecorrente e curto-circuito.
• Monitoramento e proteção de temperatura.
• Estratégia de equilíbrio de células.
• Interfaces de comunicação, como CAN ou RS485, quando exigidas pela aplicação.

A estratégia de proteção deve ser documentada como parte da especificação da bateria, incluindo a configuração de hardware e software utilizada no projeto final.

Invólucro da Bateria e Estrutura Mecânica

A carcaça protege as células e os componentes internos, ao mesmo tempo em que fornece a interface mecânica entre a bateria e o equipamento hospedeiro.

O seu projeto pode incluir pontos de montagem, suportes estruturais, isolamento, conectores e disposições para gestão térmica. Essas características podem afetar a massa, as dimensões e o comportamento mecânico da bateria.

Para projetos OEM, os requisitos de invólucro devem ser definidos em conjunto com as especificações elétricas. Considerações importantes incluem:

• Espaço disponível para instalação e método de montagem.
• Material da carcaça e projeto estrutural.
• Localização do conector e roteamento do cabo.
• Requisitos de isolamento e proteção.
• Arranjos de refrigeração ou dissipação de calor.
• Ambiente operacional, incluindo condições de vibração e temperatura.

Uma alteração na embalagem não exige, automaticamente, novos ensaios UN 38.3, mas modificações que possam afetar o resultado de um ensaio prescrito devem ser avaliadas em comparação com o projeto já ensaiado.

O que os fabricantes de equipamentos originais devem preparar antes de iniciar um projeto personalizado de bateria?

Requisitos de projeto claros ajudam os fabricantes de baterias a avaliar o projeto, selecionar células adequadas e identificar possíveis considerações de conformidade antes do desenvolvimento do protótipo.

Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) não precisam definir todos os detalhes técnicos no início. No entanto, preparar as seguintes informações pode tornar a avaliação inicial de engenharia mais precisa.

Requisitos Elétricos e de Desempenho

Comece com os requisitos elétricos do equipamento ou sistema que a bateria alimentará.

Informações relevantes incluem:

• Tensão nominal exigida e faixa de tensão de operação.
• Capacidade-alvo e classificação energética.
• Corrente de descarga contínua e de pico.
• Corrente de carga e método de carregamento.
• Tempo de operação esperado e ciclo de trabalho.
• Vida útil do ciclo e vida útil exigidas.
• Protocolos de comunicação e requisitos de dados.

Essas informações fornecem à equipe de engenharia um ponto de partida claro para avaliar as opções de células e definir o desempenho elétrico da bateria.

Para um exemplo prático das informações necessárias ao especificar uma bateria personalizada para no-break, consulte requisitos personalizados de bateria UPS de lítio.

Requisitos Mecânicos e Ambientais

A bateria deve caber no espaço de instalação disponível e operar nas condições esperadas na aplicação.

Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) devem fornecer:

• Dimensões máximas e peso da bateria.
• Posição de montagem e interface mecânica.
• Tipo de conector e posição do terminal.
• Faixas de temperatura de operação e armazenamento.
• Vibração, choque e outras condições ambientais.
• Requisitos de refrigeração, ventilação ou gerenciamento térmico.

Onde a bateria será instalada em equipamentos industriais, dispositivos médicos, sistemas de alimentação de reserva ou outras aplicações especializadas, o fabricante de equipamento original também deverá identificar quaisquer requisitos específicos de segurança e integração relacionados à aplicação.

Requisitos de Transporte e Conformidade

Os requisitos de transporte devem ser discutidos antes da aprovação final do projeto da bateria.</p>

Os fabricantes de equipamentos originais devem esclarecer:

• Se as baterias serão enviadas separadamente ou instaladas no equipamento.
• Modos de transporte esperados, como aéreo, marítimo ou rodoviário.
• Mercados de destino e regulamentações de transporte aplicáveis.
• Documentação obrigatória da UN 38.3.
• Quaisquer requisitos adicionais de conformidade específicos de produto, sistema ou mercado.

A norma UN 38.3 trata dos ensaios de projeto de células e baterias de lítio para transporte. Ela não substitui todas as demais obrigações relativas ao transporte. As embalagens, marcações, rotulagens, documentação e condições de remessa também devem ser verificadas em conformidade com as regras aplicáveis, tais como o ADR para transporte rodoviário, o Código IMDG para transporte marítimo e o Regulamento IATA sobre Mercadorias Perigosas para transporte aéreo.</p>

Definir esses requisitos precocemente ajuda o fabricante de equipamento original (OEM) e o fabricante de baterias a identificar a documentação e os testes que podem ser necessários antes do embarque.</p>

Como um Fabricante de Baterias ODM Pode Apoiar a Conformidade com a UN 38.3?

Para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) que desenvolvem uma bateria com requisitos específicos de natureza elétrica, mecânica e de comunicação, um parceiro ODM pode ajudar a conectar as decisões de projeto do produto às considerações de testes e documentação.

O papel do fabricante é apoiar o processo de engenharia e coordenar os trabalhos necessários de conformidade. Os ensaios UN 38.3 devem ser realizados por uma instalação de ensaios qualificada, e a documentação de ensaio aplicável deve corresponder ao tipo real de célula ou bateria.

Bateria ACE fornece projeto e fabricação personalizados de baterias suporte a projetos OEM/ODM, ajudando os clientes a atender às exigências de baterias, desde a seleção de células e arquitetura do pacote até a integração do sistema de gerenciamento de bateria (BMS) e o desenvolvimento de protótipos.

Seleção de Células e Projeto de Pacote de Baterias

Um fabricante de baterias ODM pode ajudar a avaliar as opções de células em relação às exigências do OEM quanto à tensão, capacidade, descarga, carga, dimensões e operação.</p>

As células selecionadas formam então a base da arquitetura do pacote de baterias, incluindo a configuração em série e em paralelo, as conexões elétricas, a carcaça e a estratégia de proteção.

Nesta fase, o fabricante também deve rever a documentação disponível no nível de célula e identificar se o projeto proposto da bateria pode exigir seus próprios ensaios aplicáveis conforme a norma UN 38.3.</p>

Integração do BMS e Desenvolvimento de Protótipo

O BMS deve ser projetado com base na configuração da bateria e nos requisitos do equipamento hospedeiro. Isso inclui a definição de funções de proteção, parâmetros de monitoramento, interfaces de comunicação e requisitos de integração do sistema.

O desenvolvimento de protótipos permite que o fabricante original de equipamentos (OEM) e o fabricante avaliem se a bateria atende às suas especificações elétricas, mecânicas e funcionais.

A avaliação do protótipo também permite que a equipe de engenharia identifique problemas de projeto, verifique a integração do sistema e prepare as informações técnicas necessárias para os testes subsequentes.

Para obter mais informações sobre comunicação com a bateria e considerações de integração, consulte projeto e integração personalizados de pacotes de baterias.

Teste de Coordenação e Documentação

Uma vez que o projeto da bateria esteja suficientemente definido, o fabricante poderá apoiar a preparação de amostras e informações técnicas para os ensaios aplicáveis da ONU 38.3.

Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) devem prestar atenção à relação entre a documentação dos ensaios e a bateria adquirida. Na subseção 38.3.5, o Resumo do Ensaio inclui informações como o fabricante, o laboratório de ensaios, a referência do relatório, a data do ensaio, a descrição da bateria, o número do modelo, a classificação em watt-hora e os resultados dos ensaios.</p>

Ao analisar a documentação de um fornecedor, confirme que:

• O fabricante e o modelo da bateria correspondem ao produto fornecido.
• A descrição física, a massa e a classificação em watt-hora são compatíveis com a especificação da bateria.
• Os testes e resultados listados são apropriados para o tipo de bateria.
• O documento refere-se à edição aplicável do Manual das Nações Unidas de Ensaios e Critérios.
• Quaisquer informações relevantes sobre testes de baterias montadas estão incluídas.

Um Relatório de Teste contém os registros detalhados dos testes realizados, enquanto um Resumo do Testefornece as informações padronizadas exigidas na subseção 38.3.5. Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) devem solicitar o Resumo do Ensaio para o tipo real de célula ou bateria e esclarecer a disponibilidade do Relatório de Ensaio de apoio, quando necessário.

Planeje os requisitos da UN 38.3 antecipadamente no seu projeto personalizado de bateria

Para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) que desenvolvem pacotes personalizados de baterias de lítio, a norma ONU 38.3 deve ser considerada em conjunto com a seleção das células, a configuração da bateria, o projeto do sistema de gerenciamento de bateria (BMS) e a integração mecânica.

Revisar a configuração final da bateria em comparação com a documentação de testes existente antes da aprovação do projeto ajuda os fabricantes originais de equipamentos (OEMs) a identificar possíveis lacunas nos testes e planejar o trabalho necessário para garantir a conformidade.

A coordenação precoce entre o fabricante de equipamento original (OEM) e o fabricante de baterias ajuda a definir o escopo dos ensaios, os requisitos de documentação e as responsabilidades do projeto antes de a bateria entrar na produção.</p>