鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年09月19日
近年來電動汽車動力電池國家標(biāo)準(zhǔn)解讀
一、引言
電動汽車是汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向，其作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)地位十分明確，在國家政策的引導(dǎo)下，節(jié)能與新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化出現(xiàn)了前所未有的高潮，作為核心零部件的動力電池發(fā)展也緊隨著新能源汽車的整體趨勢在大幅度上升。動力電池產(chǎn)銷從15年開始崛起，從2014年僅3．7GWh的出貨量躍居至2015年15．7GWh，16年1－12月新能源汽車?yán)塾嬌a(chǎn)51．7萬輛，同比增長51．7％，有產(chǎn)量的新能源汽車搭載電池總量達(dá)28GWh，較15年增長12GWh，而17年第一季度電池出貨量為12．3GWh。動力電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和行業(yè)規(guī)模得到了飛速發(fā)展，助推整車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。但在早期的發(fā)展中，動力電池相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)僅有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T743－2006作為參考，缺乏權(quán)威性及廣泛性，行業(yè)監(jiān)管的門檻不清晰。為了滿足電動汽車生產(chǎn)企業(yè)、零部件企業(yè)、檢測及認(rèn)證機(jī)構(gòu)等各方面的需求，建立體系完整、水平適中、利于產(chǎn)業(yè)的電動汽車標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。
圍繞電動汽車產(chǎn)業(yè)，中國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會出臺了一系列的國家標(biāo)準(zhǔn)。而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中包括了整車、關(guān)鍵零部件、基礎(chǔ)設(shè)施三大塊，動力電池屬于核心零部件，于2015年5月15日聯(lián)合發(fā)布了6項國家標(biāo)準(zhǔn)，并在2016年全面實施。動力電池相關(guān)6項國標(biāo)文件有：GB／T31484－2015《電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗方法》、GB／T31485－2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》、GB／T31486－2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》、GB／T31467．1－2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第1部分：高功率應(yīng)用測試規(guī)程》、GB／T31467．2－2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分：高能量應(yīng)用測試規(guī)程》、GB／T31467．3－2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測試方法》。其中經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)：GB／T31467．3－2015的“7．1振動”有三方向振動改為正弦波振動及“7．6擠壓”項中部分內(nèi)容有變更，并于2017年7月1日起實施。2015年是有史以來中國發(fā)布有關(guān)電動車用蓄電池標(biāo)準(zhǔn)最多的年份，反映了2015年電動汽車產(chǎn)業(yè)及國標(biāo)方面均取得了重大突破。GB／T31484、31485、31486是在QC／T743－2006基礎(chǔ)上演變而來的國家標(biāo)準(zhǔn)，而GB／T31467．1／2／3標(biāo)準(zhǔn)是以ISO12405－1、ISO12405－2、ISO12405－3為依據(jù)進(jìn)行編制。
二、GB／T31484－2015淺析
GB／T31484－2015為國標(biāo)首次將電池、模塊及系統(tǒng)的循環(huán)性能單獨(dú)設(shè)立的一項標(biāo)準(zhǔn)文件，對標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命進(jìn)行了要求并明確了標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命及工況循環(huán)壽命的實驗方法及測試規(guī)則，詳見表1。室溫放電容量項中對容量的差異進(jìn)行判定，說明國家標(biāo)準(zhǔn)開始對電池、模組及系統(tǒng)生產(chǎn)的一致性提出要求。循環(huán)工況測試車型范圍涵蓋了混合動力、純電動、插電式和增程式各類電動車類型。純電動車只有電池和電動機(jī)一套驅(qū)動系統(tǒng)，而混合動力車的驅(qū)動系統(tǒng)至少由一臺耗油的發(fā)動機(jī)及一臺電動機(jī)組成，故測試工況有區(qū)分混合動力車和純電動車。插電／增程式電動車的汽油發(fā)動機(jī)并沒有使用任何機(jī)械結(jié)構(gòu)連接到車輪，驅(qū)動車輪的還是電能，并沒有發(fā)動機(jī)的機(jī)械能，可被認(rèn)為無動力的混合，故增程式電動車循環(huán)工況測試的方法和判定條件與純電動車基本一致。混合動力乘用車和商用車在市場上均為功率型蓄電池，在啟動、爬坡以及加速時啟動電機(jī)及動力電池系統(tǒng)，功率型蓄電池起到短時功率輸出的作用從而保證整車的動力性，工況循環(huán)壽命測試由“主充電工況”和“主放電工況”兩部分組成，SOC波動如圖1。
混合動力車和純電動車在標(biāo)準(zhǔn)中的循環(huán)測試工況又區(qū)分了乘用車和商用車兩大類。從范圍劃分，乘用車包含轎車、微型客車和輕型客車（9座以下）；商用車分為客車和貨車兩大類，范圍包括所有的載貨汽車和9座以上的客車。混合動力乘用車和商用車的循環(huán)測試工況基本一致，但由于乘用車和商用車集成的電池數(shù)量不同，“主放電工況”和“主充電工況”的充放電電流大小有差異：乘用車功率型蓄電池的電流范圍為8I1～－4I1，而商用車范圍為：4I1～－2I1。與混合動力車不同，純電動乘用車和商用車能量型蓄電池的國標(biāo)循環(huán)測試工況為：充電部分均按照標(biāo)準(zhǔn)1C充滿電后，要求按照不同的“主放電工況”放電，SOC波動示意圖如圖2，純電動商用車放電電流范圍為：3I1～－1I1，而乘用車范圍為：－1I1～－1／3I1。國家標(biāo)準(zhǔn)對模組系統(tǒng)循環(huán)結(jié)果的處理為：經(jīng)工況循環(huán)后，總放電能量比上初始額定能量的數(shù)值大于500時，考察放電容量和5s放電功率，由于動力電池模塊和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)涉及的技術(shù)范圍更廣，復(fù)雜程度更高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于未成熟時期，故在循環(huán)工況方面，對具體的放電容量及功率數(shù)據(jù)結(jié)果沒有做出是否合格的要求。
三、GB／T31485－2015淺析
GB／T31485－2015提供了電動汽車用動力電池的安全性方面的測試內(nèi)容、規(guī)則及要求，測試內(nèi)容詳見表2。GB／T31485－2015較QC／T743－2006相比，內(nèi)容更全面和合理：
1、每項增加“觀察1h”內(nèi)容。由于安全性測試均為超出電池正常使用范疇的測試，引起電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞造成電解液分解、正負(fù)極短路引發(fā)多種化學(xué)反應(yīng)的情況，增加觀察內(nèi)容，就增加了對電池反應(yīng)觀察時間，以更準(zhǔn)確的對結(jié)果進(jìn)行判定。
2、各項測試內(nèi)容細(xì)節(jié)更充分。跌落測試項：要求更嚴(yán)格，單體跌落測試要求正負(fù)端子一側(cè)向下跌落至水泥地面，模組級別增加了跌落測試項；擠壓測試項中對擠壓板半徑、擠壓速度、程度做了詳細(xì)要求；加熱測試中將溫度提高至130℃，將高溫下鋰離子電池內(nèi)部SEI膜分解、電解液的穩(wěn)定性及隔膜是否收縮引起的內(nèi)短路等因素造成的電池燃燒、爆炸因素納入了考察范圍。針刺測試項中，鋼針直徑和刺穿電池數(shù)目對電池是否起火爆炸的結(jié)果具有明確影響的，鋼針的直徑越粗，電池內(nèi)部短路的面積就相對越大，可導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)越劇烈；而針刺速度及鋼針的材質(zhì)對測試結(jié)果也會有一定影響，針刺速度可能與電池內(nèi)部的材料體系、電解液成分有關(guān)，使用普通不銹鋼針和使用高熔點、高硬度的鎢鋼針在大容量電池模組測試中存在差異，若模組大量產(chǎn)熱，普通鋼針熔斷幾率很大，而鎢鋼針性狀不變，模組產(chǎn)熱甚至燃燒的程度可能會因此產(chǎn)生差異。國標(biāo)明確要求了針的直徑范圍：單體為5－8mm、模組為6－10mm，貫穿速度限為（25±5）mm／s，針刺位置為刺面的幾何中心，提高了測試方法的統(tǒng)一性。
3、增加了海水浸泡、溫度循環(huán)、低氣壓三項測試。充分考慮了電池及模組在航海、溫差大的陸地及天空低壓等特殊環(huán)境下使用、運(yùn)輸?shù)母饔绊懸蛩兀砻髁藝鴺?biāo)進(jìn)一步的關(guān)注了電池的使用、運(yùn)輸性能。
四、GB／T31486－2015淺析
GB／T31486－2015對動力蓄電池單體及模組的電性能內(nèi)容提供了新的要求及測試方法，詳見表3。對電池單體的考察項目縮減為4項，而蓄電池模塊的測試涵蓋了11項測試，國標(biāo)強(qiáng)化了模組級別的電性能考察，可為生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量管理、提升電池產(chǎn)品性能，優(yōu)化Pack內(nèi)部電芯連接方法、結(jié)構(gòu)及傳熱設(shè)計提供測試指導(dǎo)及依據(jù)。
五、GB／T31467三項標(biāo)準(zhǔn)淺析
GB／T31467．1和GB／T31467．2分別對高功率和高能量兩種類型的動力電池包和系統(tǒng)的電性能測試方法規(guī)范了內(nèi)容；GB／T31467．3對電池包及系統(tǒng)的安全性提出了要求和測試方法。國家標(biāo)準(zhǔn)增加了電池包和電池系統(tǒng)的檢測內(nèi)容，對其電性能、負(fù)載、環(huán)境和安全性等測試項目進(jìn)行考察，這意味著我國電池包和系統(tǒng)發(fā)展使國標(biāo)實現(xiàn)了從無到有的巨變。國標(biāo)對車用鋰離子動力電池及系統(tǒng)更科學(xué)合理的評價，也促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)中電池系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)提高BMS管理、系統(tǒng)集成、品質(zhì)管控等技術(shù)的發(fā)展。
GB／T31467三項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定樣品在測前交付時，相關(guān)生產(chǎn)商應(yīng)提供相應(yīng)的操作文件及接口部件（適用于檢測設(shè)備），提供工作限值以保證測試過程的安全。測試過程中，當(dāng)測試目標(biāo)環(huán)境溫度改變時，測試對象需要完成環(huán)境適應(yīng)過程；若電池包或系統(tǒng)由于尺寸或重量原因不適合進(jìn)行某些測試，可提供代表性的子系統(tǒng)作為測試樣品，各數(shù)據(jù)記錄在預(yù)計的充電或放電時間至少每1％間隔出記錄測試數(shù)據(jù)。試樣準(zhǔn)備工作中，蓄電池包中的高低壓和冷卻相關(guān)裝置與檢測設(shè)備連接，且需開啟保護(hù)功能。電池包與檢測設(shè)備及平臺無信息交換，檢測設(shè)備平臺直接控制其各類參數(shù)限值，電壓、電流、容量及能量等參數(shù)及檢測結(jié)果均由測試平臺提供。而蓄電池系統(tǒng)與平臺之間存在信息交換，檢測平臺設(shè)備和BCU可相互通訊，測試平臺按照規(guī)程設(shè)置檢測的參數(shù)及條件，以確保系統(tǒng)合理作業(yè)，BCU通過總線把各參數(shù)的限值傳至測試設(shè)備平臺，而冷卻相關(guān)裝置由BCU控制，主動保護(hù)也需要由測試平臺保證。檢測電池系統(tǒng)時，系統(tǒng)與測試平臺間通訊由總線完成，測試平臺接收實時的電池工作狀態(tài)參數(shù)和限值，并按電池作狀態(tài)和限值對系統(tǒng)進(jìn)行控制測試。檢測結(jié)果和計算依據(jù)以測試設(shè)備平臺的參數(shù)為準(zhǔn)。此外，系統(tǒng)測試前，需測量樣品的質(zhì)量和體積；電池包及系統(tǒng)需做循環(huán)預(yù)處理來確保激活及穩(wěn)定狀態(tài)；若標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)與測試項目之間時間間隔大于24h，則要重新進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)充電。
（一）GB／T31467．1與GB／T31467．2淺析及對比
GB／T31467．1與GB／T31467．2的測試項目均包含5個測試內(nèi)容，詳見表4：能量和容量（不同溫度下）、功率和內(nèi)阻、無負(fù)載容量損失、存儲容量損失和能效，前2項針對電池包和系統(tǒng)，而后3項測試均針對蓄電池系統(tǒng)。由于功率型電池與能量型電池、模塊成組和系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料配比、應(yīng)用功能上存在差異性，各項測試的具體條件，測試細(xì)節(jié)也有所差別。例如GB／T31467．2有高低溫啟動功率測試一項，即考察不同溫度下，系統(tǒng)在20％SOC的功率輸出能力，這是針對功率型電池系統(tǒng)所設(shè)專項測試。功率和內(nèi)阻測試項中，兩項標(biāo)準(zhǔn)的脈沖功率測試工況各有不同，功率型測試電流要求倍率較高，而能量型電流較低，詳見圖3、圖4。
（二）GB／T31467．3淺析及內(nèi)容變更
GB／T31467．1及GB／T31467．2均為測試規(guī)程，未對測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一的判定，說明國標(biāo)在模組及系統(tǒng)級別的性能測試更加側(cè)重對生產(chǎn)商進(jìn)行檢測指導(dǎo)及規(guī)范，而安全性為國標(biāo)加強(qiáng)管控力度最強(qiáng)的一方面。GB／T31467．3對電池包和系統(tǒng)安全性提出了具體的檢測方法和要求，見表5。新國標(biāo)對動力蓄電池系統(tǒng)級別的安全性從機(jī)械沖擊、模擬事故、運(yùn)輸使用環(huán)境、電性能、系統(tǒng)保護(hù)功能等各方面有嚴(yán)格的判定要求，這給電池包及系統(tǒng)組裝集成等能力薄弱的動力電池相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量帶來了新的挑戰(zhàn)，但也將促進(jìn)電動車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的電池、模組及系統(tǒng)企業(yè)提升技術(shù)和改善產(chǎn)品。
GB／T31467．3中振動為模擬車載電池包及系統(tǒng)在運(yùn)輸過程中因車輛顛簸各種方向沖擊造成的可能損傷。目前振動項已變更：刪除原標(biāo)準(zhǔn)x、y、z三個方向振動的全部相關(guān)內(nèi)容（7．1．1－7．1．3），根據(jù)被測樣品在車中的位置及GB／T2323．43。振動方式改為15min正弦波動，頻率變化為：7Hz－50Hz－7Hz變換。3h重復(fù)12次（按安裝位置的垂直方向）。特殊車型可根據(jù)制造商要求替代頻率－加速度方案。振動檢測后，蓄電池包或系統(tǒng)需運(yùn)行1個標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，并觀察1h。擠壓測試模擬車輛發(fā)生碰撞后，電池包發(fā)生嚴(yán)重擠壓變形的情況，要求無著火爆炸現(xiàn)象，此項國標(biāo)測試中的擠壓力由原來設(shè)定的“200kN”變更為“100kN”。振動和擠壓兩項內(nèi)容的變更反映了國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)制造商要求對內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，在我國具體實踐基礎(chǔ)上讓國標(biāo)更符合我國的實際應(yīng)用。
六、結(jié)論
本文對現(xiàn)有動力電池相關(guān)的六項國家標(biāo)準(zhǔn)：GB／T31484、GB／T31485、GB／T31486、GB／T31467．1、GB／T31467．2、GB／T31467．3的檢驗規(guī)則、檢驗項目、適用范圍、試驗方法、判斷條件、內(nèi)容變更等做了分析及對比。現(xiàn)有六項國家標(biāo)準(zhǔn)的推行和使用更加符合現(xiàn)階段動力電池產(chǎn)業(yè)的實際應(yīng)用，為國內(nèi)動力蓄電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了統(tǒng)一的衡量測試標(biāo)準(zhǔn)，也為監(jiān)管部門提供了有效的監(jiān)督依據(jù)，對我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了積極影響。不同標(biāo)準(zhǔn)的相互銜接及組合覆蓋了動力電池、模組、系統(tǒng)等各個等級部件，也更有利于動力電池行業(yè)的健康發(fā)展。然而我們也要看到，現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)在模組和系統(tǒng)層面雖然根據(jù)國內(nèi)動力電池的發(fā)展有所變更，但更多的還是參考了國外已有的標(biāo)準(zhǔn)體系。國際標(biāo)準(zhǔn)的研制及運(yùn)用經(jīng)驗更為豐富成熟，指導(dǎo)了我國國標(biāo)的制定，使國標(biāo)制定少走了從無到有的彎路，但是我們還需進(jìn)一步的加強(qiáng)適合中國自己產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)的研究探索，不斷在實踐中完善和改進(jìn)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，形成具有獨(dú)到之處的標(biāo)準(zhǔn)，才能推動國標(biāo)走向世界。
