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超全面總結|鋰離子電池國內外測試標準比較和分析!(下)
來源:電池視界 | 作者:plannano | 發布時間: 2019-07-30 | 423 次瀏覽 | 分享到:

三、國內外動力鋰離子電池標準分析

 

國內外動力鋰離子電池標準分析國際上的大部分標準是在2010年前后頒布的,重新修訂次數較多,且陸續有新的標準出臺。GB/Z 18333. 1: 2001是在2001年頒發的,由此可見,我國的電動汽車鋰離子電池標準在世界上起步并不算晚,但發展相對緩慢。自2006QC/T 743標準發布后,我國有很長一段時間里沒有標準更新,且在2015年新國標發布之前,沒有關于電池包或系統的標準。上述國內外標準在適用范圍、測試項內容、測試項嚴格程度及判定準則方面,都有所差別。

1 適用范圍

IEC 62660 系列、QC/T 743GB/T 31486GB/T 31485是針對電池單體和模塊級別的測試,UL2580SAE J2929 ISO12405GB/T 31467 系列則適用于電池組和電池系統的測試。國外除了IEC 62660,其他的標準基本都涉及電池組或系統級別的測試,SAE J2929ECE R100. 2甚至提到了整車級別的測試。這說明國外的標準制定更多地考慮到了電池在整車上的應用,更符合實際應用的需求。

2 測試項內容

所有的測試項從整體上來說,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力,如振動模擬了車輛在路面上的顛簸; 環境可靠性,模擬了車輛在不同氣候中的耐受力,如溫度循環模擬了車輛在晝夜溫差大或者在寒冷和炎熱地區來回行駛時的情況; 濫用可靠性,如火燒,考察電池在遭受到不正當使用時的安全性; 電氣可靠性,如保護類測試項,主要是考察電池管理系統( BMS) 在關鍵時候能否起到保護作用。

在電池單體方面,IEC 62660分為兩個獨立的標準IEC 62660-1IEC 62660-2,分別對應性能和可靠性測試。GB/T 31485GB/T 31486是由QC/T 743演化而來,GB/T 31486中將耐振動歸屬為性能測試,因為該測試項是考察電池振動對電池性能的影響。相比于IEC 62660-2GB/T 31485的測試項目更嚴苛,如增加了針刺和海水浸泡等。

在電池包和電池系統的測試方面,不論是電性能還是可靠性,美國標準涵蓋的測試項最多。在性能測試方面,DOE/ ID-11069比其他標準多出的測試項有混合脈沖功率特性( HPPC) 、運行設置點穩定性、日歷壽命、參考性能、阻抗譜、模塊控制檢驗測試、熱管理載荷及結合壽命驗證的系統水平測試等。

在標準的附錄中詳細介紹了電性能測試結果的分析方法,其中,HPPC 測試可用于檢測動力電池的峰值功率,由此衍生的直流內阻測試方法,已廣泛用于電池的內阻特性研究。在可靠性方面,UL2580比其他標準多出的測試項有: 非平衡電池組充電、耐壓、絕緣、連續性試驗及冷卻/加熱穩定系統故障試驗等,還包含了生產線上針對電池組零部件的基本安全測試,在 BMS、冷卻系統及保護線路設計方面,加強了安全性審查要求。SAE J2929提出要對電池系統的各個部分進行故障分析,并保存相關的文檔材料,包括易識別故障的改進措施。

ISO 12405系列標準同時包含電池的性能和安全兩方面,ISO 12405-1是針對高功率應用的電池性能測試標準,ISO 12405-2是針對高能量應用的電池性能測試標準,前者多了冷啟動和熱啟動兩項內容。GB/T 31467系列結合了我國動力電池發展狀況,根據ISO 12405系列標準的內容修改而得。

與其他標準不同的是: SAE J 2929 ECE R100. 2都涉及高壓防護的要求,屬于電動汽車安全范疇。我國的相關測試項在GB/T 18384中,GB/T 31467. 3中指出電池包和電池系統在進行安全測試之前要滿足GB/T 18384. 1GB/T 18384. 3的相關要求。

3 嚴格程度

對于相同的測試項,不同標準中規定的測試方法和判定準則也不盡相同。例如對于測試樣品的荷電狀態( SOC) GB/T 31467. 3中要求樣品為滿電態; ISO 12405中要求功率型電池SOC50% ,能量型電池SOC100% ; ECE R100. 2要求電池的SOC50%以上; UN38. 3對于不同的測試項有不同的要求,某些測試項還需要循環過的電池。

另外,還要求高度模擬、熱試驗、振動、沖擊和外短路必須用同一個樣品進行測試,相對更嚴格。對于振動測試,ISO 12405要求樣品在不同的環境溫度下振動,建議的高溫和低溫溫度分別為75℃和-40℃,其他的標準沒有此項要求。

對于火燒試驗, GB/T 31467. 3中的實驗方法和參數設置與 ISO 12405. 3相差不大,都是采用點燃燃料的方式進行預熱、直接火燒和間接火燒,但 GB/T 31467. 3要求樣品若有火苗必須在2 min內熄滅,ISO 12405則沒有要求火苗熄滅的時間,SAE J2929中的火燒試驗與前兩者不同,它要求將樣品放置于熱輻射容器中,90s內迅速升溫至890℃ 并保持10 min,并且不得有任何組件或物質穿過置于測試樣品外部的金屬網罩。

四、現有國內標準的不足

雖然相關國標的制定和發布填補了我國在動力鋰離子電池組合系統方面的空白,并被廣泛采用,但仍有不足。

測試對象方面: 所有的標準都只規定了新電池的測試,對使用過的電池沒有相關規定和要求,電池在出廠時沒有問題,不代表使用一段時間后仍然安全,因此有必要對使用不同時間的電池進行同樣的測試,相當于定期體檢。

結果判定方面: 目前的判定依據較寬泛和單一,只有無泄露、無外殼破裂、不起火和不爆炸的規定,缺少可量化的評判體系。歐洲汽車研究與技術發展委員會( 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。

測試項方面: GB/T31467. 3缺少電池包和電池系統在熱管理和熱失控方面的測試內容,而熱安全性能對電池至關重要,如何控制單體電池的熱失控,使熱失控的情況不蔓延,具有重要意義,《電動客車安全技術條件》的強制實施也說明了這一點。另外,從整車應用層面來說,對于非破壞性的可靠性測試,如環境可靠性,在試驗結束之后有必要增加電性能測試,模擬車輛在經歷了環境變化后,性能受到的影響。

測試方法方面: 電池包和電池系統的循環壽命測試耗時太長,影響產品開發周期,難以很好地執行,如何開發合理的加速循環壽命測試是個難點。

五、總結

近年來,我國在動力鋰離子電池的標準制定和應用方面已取得了很大的進步,但與國外的標準還存在一定的差距。除了檢測標準以外,我國鋰離子電池在其他方面的標準體系也在逐漸完善。2016119日,工信部在發布了《鋰離子電池綜合標準化技術體系》,指出未來的標準體系包括基礎通用、材料與部件、設計與制造過程、制造與檢測設備、電池產品等5大部分,其中,安全標準關系重大,隨著動力電池產品的更新和發展,測試標準也需要提升相應的驗檢測技術,進而增強動力電池的安全性水平。

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