鉅大LARGE | 點擊量：876次 | 2021年08月29日
動力鋰離子電池探測標(biāo)準(zhǔn)比較和分析
電池產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是安全標(biāo)準(zhǔn)是約束質(zhì)量的緊要根據(jù)，也是規(guī)范市場秩序和推動技術(shù)進步的緊要手段。本文作者針對國內(nèi)外現(xiàn)有的常見標(biāo)準(zhǔn)，進行解析和歸納分解，并對這些標(biāo)準(zhǔn)體系中存在的問題進行簡單的探討。
一、國外動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)
表1列舉了國外常用的鋰離子電池探測標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)頒發(fā)機構(gòu)緊要有國際電工委員會(IEC)、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國保險商試驗室(UL)、美國汽車工程師學(xué)會(SAE)以及歐盟相關(guān)機構(gòu)等。
表1國外常用的動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)
1國際標(biāo)準(zhǔn)
IEC公布的動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)緊要有IEC62660-1∶2010《電動道路車輛用鋰離子動力蓄電池單體第1部分:性能探測》和IEC62660-2∶2010《電動道路車輛用鋰離子動力蓄電池單體第2部分:可靠性和濫用性探測》。聯(lián)合國運輸委員會頒布的UN38.3《聯(lián)合國有關(guān)危險貨物運輸?shù)奶嶙h書標(biāo)準(zhǔn)和實驗手冊》，對鋰離子電池探測的要求是針對電池在運輸過程中的安全性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
ISO在動力鋰離子電池方面制定的標(biāo)準(zhǔn)有ISO12405-1∶2011《電驅(qū)動車輛———鋰離子動力鋰離子電池組及系統(tǒng)探測規(guī)程第1部分:高功率使用》、ISO12405-2∶2012《電驅(qū)動車輛——鋰離子動力鋰離子電池組及系統(tǒng)探測規(guī)程第2部分:高能量使用》及ISO12405-3∶2014《電驅(qū)動車輛——鋰離子動力鋰離子電池組及系統(tǒng)探測規(guī)程第3部分:安全性要求》，分別針對高功率型電池、高能量型電池以及安全性能要求，目的是為整車廠供應(yīng)可選擇的探測項和探測辦法。
2美國標(biāo)準(zhǔn)
UL2580∶2011《電動汽車用電池》緊要評估電池的濫用可靠性以及在濫用出現(xiàn)危害時對人員的保護能力，該標(biāo)準(zhǔn)于2013年進行修訂。
SAE在汽車范疇擁有龐大、完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。2009年頒布的SAEJ2464:2009《電動和混合動力電動汽車可再充能量儲存系統(tǒng)的安全和濫用性探測》是很早一批使用于北美和全球地區(qū)的車用電池濫用探測手冊，明確指出了每個探測項的適用范圍及要采集的數(shù)據(jù)，也針對探測項目所需樣品數(shù)量給出提議。
2011年頒布的SAEJ2929:2011《電動和混合動力鋰離子電池系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)》是SAE在總結(jié)之前頒布的各種動力鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上提出的安全性標(biāo)準(zhǔn)，包括兩部分:電動汽車在行駛過程中可能出現(xiàn)的常規(guī)情況探測和異常情況探測。
SAEJ2380:2013《電動汽車電池的振動探測》是電動汽車電池的振動探測較經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)，以實際車輛道路行駛的振動載荷譜采集統(tǒng)計結(jié)果為基礎(chǔ)根據(jù)，探測辦法更加符合實際車輛的振動情況，具有緊要的參考價值。
3其他組織標(biāo)準(zhǔn)
美國能源部(DOE)緊要負責(zé)能源政策制定、能源行業(yè)管理及能源相關(guān)技術(shù)研發(fā)等。2002年美國政府成立了“自由車”(FreedomCAR)項目，先后頒發(fā)了FreedomCAR功率輔助型混合電動汽車電池探測手冊與電動和混合動力汽車用儲能系統(tǒng)濫用性探測手冊。
德國汽車工業(yè)協(xié)會(VDA)是德國為統(tǒng)一國內(nèi)汽車工業(yè)的各種標(biāo)準(zhǔn)而組成的協(xié)會，頒布的標(biāo)準(zhǔn)有VDA2007《混合動力汽車用電池系統(tǒng)探測》，緊要是針對混合動力汽車的鋰離子電池系統(tǒng)的性能及可靠性探測。
歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)R100.2《有關(guān)就電動汽車輛特殊要求方面批準(zhǔn)車輛的統(tǒng)一規(guī)定》是ECE針對電動汽車制定的詳盡要求，整體分為兩部分:第一部分對整車在電機防護、可再充電儲能系統(tǒng)、功能安全和氫氣排放等4個方面進行了規(guī)范，第二部分為新增的對可再充電儲能系統(tǒng)的安全可靠性作出的詳盡要求。
二、國內(nèi)動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)
2001年，汽車標(biāo)準(zhǔn)化委員會頒布了我國第一個電動汽車的鋰離子電池探測指揮性技術(shù)文件Gb/Z18333.1:2011《電動道路車輛用鋰離子蓄電池》。該標(biāo)準(zhǔn)制按時參考了IEC61960-2∶2000《便攜式鋰離子電池和蓄電池包第2部分:鋰離子電池包》，用于便攜式設(shè)備的鋰離子電池及電池包，探測內(nèi)容包括性能和安全，但只適用于21.6V和14.4V的電池。
2006年，工業(yè)和信息化部頒發(fā)了QC/T743《電動汽車用鋰離子動力蓄電池》，被行業(yè)內(nèi)廣泛使用，并于2012年進行了修訂。Gb/Z18333.1:2001和QC/T743:2006都是針對單體和模塊級別的標(biāo)準(zhǔn)，使用范圍較窄，且探測內(nèi)容已不適應(yīng)快速發(fā)展的電動汽車行業(yè)的需求。
2015年，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會頒布了一系列標(biāo)準(zhǔn)，Gb/T31484-2015《電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及實驗辦法》、Gb/T31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及實驗辦法》、Gb/T31486-2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及實驗辦法》及Gb/T31467.1-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池組和系統(tǒng)第1部分高功率使用探測規(guī)程、Gb/T31467.2-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池組和系統(tǒng)第2部分高能量使用探測規(guī)程、Gb/T31467.3《電動汽車用鋰離子動力蓄電池系統(tǒng)探測規(guī)程第3部分安全性要求與探測辦法。
Gb/T31485-2015及Gb/T31486-2015分別是針對單體/模塊的安全及電性能探測，Gb/T31467-2015系列參照了ISO12405系列，適用于電池組或電池系統(tǒng)的探測，而Gb/T31484-2015是專門針對循環(huán)壽命的探測標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)單體和模塊采用標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命，有關(guān)電池組和系統(tǒng)采用工況循環(huán)壽命。
2016年，工信部公布了《電動客車安全技術(shù)條件》，從人員觸電、水塵防護、火災(zāi)防護、充電安全、碰撞安全、遠程監(jiān)控等方面綜合考慮，充足借鑒了現(xiàn)有的傳統(tǒng)客車、電動汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和上海、北京等地方標(biāo)準(zhǔn)，對動力鋰離子電池提出更高的技術(shù)要求，新增了熱失控和熱失控擴展兩個探測項，已于2017年一月一日正式執(zhí)行。
表2國內(nèi)常用的動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)
三、國內(nèi)外動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)分解
國內(nèi)外動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)分解國際上的大部分標(biāo)準(zhǔn)是在2010年前后頒布的，重新修訂次數(shù)較多，且陸續(xù)有新的標(biāo)準(zhǔn)出臺。Gb/Z18333.1:2001是在2001年頒發(fā)的，由此可見，我國的電動汽車鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)在世界上起步并不算晚，但發(fā)展相對緩慢。自2006年QC/T743標(biāo)準(zhǔn)公布后，我國有很長一段時間里沒有標(biāo)準(zhǔn)更新，且在2015年新國標(biāo)公布之前，沒有有關(guān)電池組或系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。上述國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)在適用范圍、探測項內(nèi)容、探測項嚴(yán)格程度及判定準(zhǔn)則方面，都有所差別。
1適用范圍
IEC62660系列、QC/T743、Gb/T31486和Gb/T31485是針對電池單體和模塊級別的探測，UL2580、SAEJ2929、ISO12405和Gb/T31467系列則適用于電池包和電池系統(tǒng)的探測。國外除了IEC62660，其他的標(biāo)準(zhǔn)基本都涉及電池包或系統(tǒng)級別的探測，SAEJ2929及ECER100.2甚至提到了整車級別的探測。這說明國外的標(biāo)準(zhǔn)制定更多地考慮到了電池在整車上的使用，更符合實際使用的需求。
2探測項內(nèi)容
所有的探測項從整體上來說，可分為電性能和安全可靠性兩大類，而安全可靠性又可分為機械可靠性、環(huán)境可靠性、濫用可靠性和電氣可靠性。
機械可靠性，模擬了車輛在行駛過程中受到的機械應(yīng)力，如振動模擬了車輛在路面上的顛簸;環(huán)境可靠性，模擬了車輛在不同氣候中的耐受力，如溫度循環(huán)模擬了車輛在晝夜溫差大或者在寒冷和炎熱地區(qū)來回行駛時的情況;濫用可靠性，如火燒，考察電池在遭受到不正當(dāng)使用時的安全性;電氣可靠性，如保護類探測項，緊要是考察電池管理系統(tǒng)(bMS)在關(guān)鍵時候能否起到保護用途。
在電池單體方面，IEC62660分為兩個獨立的標(biāo)準(zhǔn)IEC62660-1和IEC62660-2，分別對應(yīng)性能和可靠性探測。Gb/T31485和Gb/T31486是由QC/T743演變而來，Gb/T31486中將耐振動歸屬為性能探測，因為該探測項是考察電池振動對電池性能的影響。相比于IEC62660-2，Gb/T31485的探測項目更嚴(yán)苛，如新增了針刺和海水浸泡等。
在電池組和電池系統(tǒng)的探測方面，不論是電性能還是可靠性，美國標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的探測項最多。在性能探測方面，DOE/ID-11069比其他標(biāo)準(zhǔn)多出的探測項有混合脈沖功率特性(HPPC)、運行設(shè)置點穩(wěn)定性、日歷壽命、參考性能、阻抗譜、模塊控制檢驗探測、熱管理載荷及結(jié)合壽命驗證的系統(tǒng)水平探測等。
在標(biāo)準(zhǔn)的附錄中具體解析了電性能探測結(jié)果的分解辦法，其中，HPPC探測可用于測試動力鋰離子電池的峰值功率，由此衍生的直流內(nèi)阻探測辦法，已廣泛用于電池的內(nèi)阻特性研究。在可靠性方面，UL2580比其他標(biāo)準(zhǔn)多出的探測項有:非平衡電池包充電、耐壓、絕緣、繼續(xù)性實驗及冷卻/加熱穩(wěn)定系統(tǒng)故障實驗等，還蘊含了加工線上針對電池包零部件的基本安全探測，在bMS、冷卻系統(tǒng)及保護線路設(shè)計方面，增強了安全性審查要求。SAEJ2929提出要對電池系統(tǒng)的各個部分進行故障分解，并保存相關(guān)的文檔材料，包括易識別故障的改進措施。
ISO12405系列標(biāo)準(zhǔn)同時蘊含電池的性能和安全兩方面，ISO12405-1是針對高功率使用的電池性能探測標(biāo)準(zhǔn)，ISO12405-2是針對高能量使用的電池性能探測標(biāo)準(zhǔn)，前者多了冷啟動和熱啟動兩項內(nèi)容。Gb/T31467系列結(jié)合了我國動力鋰離子電池發(fā)展?fàn)顩r，依據(jù)ISO12405系列標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容修改而得。
與其他標(biāo)準(zhǔn)不同的是:SAEJ2929與ECER100.2都涉及高壓防護的要求，屬于電動汽車安全領(lǐng)域。我國的相關(guān)探測項在Gb/T18384中，Gb/T31467.3中指出電池組和電池系統(tǒng)在進行安全探測之前要滿足Gb/T18384.1和Gb/T18384.3的相關(guān)要求。
3嚴(yán)格程度
有關(guān)相同的探測項，不同標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的探測辦法和判定準(zhǔn)則也不盡相同。例如有關(guān)探測樣品的荷電狀態(tài)(SOC)，Gb/T31467.3中要求樣品為滿電態(tài);ISO12405中要求功率型電池SOC為50%，能量型電池SOC為100%;ECER100.2要求電池的SOC在50%以上;UN38.3有關(guān)不同的探測項有不同的要求，某些探測項還要循環(huán)過的電池。
另外，還要求高度模擬、熱實驗、振動、沖擊和外短路非得用同一個樣品進行探測，相對更嚴(yán)格。有關(guān)振動探測，ISO12405要求樣品在不同的環(huán)境溫度下振動，提議的高溫柔低溫溫度分別為75℃和－40℃，其他的標(biāo)準(zhǔn)沒有此項要求。
有關(guān)火燒實驗，Gb/T31467.3中的試驗辦法和參數(shù)設(shè)置與ISO12405.3相差不大，都是采用點燃燃料的方式進行預(yù)熱、筆直火燒和間接火燒，但Gb/T31467.3要求樣品若有火苗非得在2min內(nèi)熄滅，ISO12405則沒有要求火苗熄滅的時間，SAEJ2929中的火燒實驗與前兩者不同，它要求將樣品放置于熱輻射容器中，90s內(nèi)迅速升溫至890℃并保持10min，并且不得有任何組件或物質(zhì)穿過置于探測樣品外部的金屬網(wǎng)罩。
四、現(xiàn)有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的不足
雖然相關(guān)國標(biāo)的制定和公布填補了我國在動力鋰離子電池包合系統(tǒng)方面的空白，并被廣泛采用，但仍有不足。
探測對象方面:所有的標(biāo)準(zhǔn)都只規(guī)定了新電池的探測，對使用過的電池沒有相關(guān)規(guī)定和要求，電池在出廠時沒有問題，不代表使用一段時間后依然安全，因此有必要對使用不同時間的電池進行同樣的探測，相當(dāng)于定期體檢。
結(jié)果判定方面:目前的判定根據(jù)較寬泛和單一，惟有無泄露、無外殼破碎、不起火和不爆炸的規(guī)定，缺少可量化的評判體系。歐洲汽車研究與技術(shù)發(fā)展委員會(EUCAR)將電池的危害程度劃分成8個等級，具有一定的借鑒意義。
探測項方面:Gb/T31467.3缺少電池組和電池系統(tǒng)在熱管理和熱失控方面的探測內(nèi)容，而熱安全性能對電池至關(guān)緊要，要怎么樣控制單體電池的熱失控，使熱失控的情況不蔓延，具有緊要意義，《電動客車安全技術(shù)條件》的強制執(zhí)行也說明了這一點。另外，從整車使用層面來說，有關(guān)非破壞性的可靠性探測，如環(huán)境可靠性，在實驗結(jié)束之后有必要新增電性能探測，模擬車輛在經(jīng)歷了環(huán)境變化后，性能受到的影響。
探測辦法方面:電池組和電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命探測耗時太長，影響產(chǎn)品開發(fā)周期，難以很好地執(zhí)行，要怎么樣開發(fā)合理的加速循環(huán)壽命探測是個難點。
五、總結(jié)
近年來，我國在動力鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)制定和使用方面已取得了很大的進步，但與國外的標(biāo)準(zhǔn)還存在一定的差距。除了測試標(biāo)準(zhǔn)以外，我國鋰離子電池在其他方面的標(biāo)準(zhǔn)體系也在逐漸完善。2016年十一月九日，工信部在公布了《鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系》，指出將來的標(biāo)準(zhǔn)體系包括基礎(chǔ)通用、材料與部件、設(shè)計與制造過程、制造與測試設(shè)備、電池產(chǎn)品等5大部分，其中，安全標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系重大，隨著動力鋰離子電池產(chǎn)品的更新和發(fā)展，探測標(biāo)準(zhǔn)也要提升相應(yīng)的測試技術(shù)，進而加強動力鋰離子電池的安全性水平。
參考：陶文玉等《動力鋰離子電池探測標(biāo)準(zhǔn)比較和分解》
