电动汽车动力电池系统国标解读
三、GB/T 31467-2015标准解读
如果说GB/T 31484、GB/T 31485、GB/T 31486是侧重于电池单体和模组层级的检验规范,那么GB/T 31467毫无疑问是侧重于电池包或电池系统级的检验规范。通过标准的相互衔接和组合,可以覆盖不同的零部件等级,达到更好的效果。
在本标准里面,引入了动力电池包和动力电池系统这两个概念,两者的主要差别在于是否包含电池控制单元BCU(等同于电池管理系统BMS的主控单元)。
项目 | 动力电池包 | 动力电池系统 |
组件 | 电池+冷却/加热组件+高压组件+低压组件+结构件 | 电池+冷却/加热组件+高压组件+低压组件+结构件+电池管理系统 |
功能 | 被动 | 被动+主动 |
针对动力电池包的测试,在测试过程中,所有的参数都依赖于外部测试平台来检测,动力电池包与测试平台之间无通信和数据交换,产品相关的主动功能(包括加热/冷却功能)也由测试平台来控制。测试平台检测动力电池系统的电压、电流、容量、能量等参数,作为检测结果和计算依据。
针对动力电池系统的测试,在测试过程中,系统内部的参数由BCU来检测,BCU与测试平台之间进行实时通信,传输测试必须的数据,产品相关的主动功能也由BCU来控制。测试平台检测动力电池系统的电压、电流、容量、能量等参数,作为检测结果和计算依据。
1. GB/T 31467.1-2015
GB/T 31467.1-2015标准针对功率型动力电池包/系统的容量、能量、功率、效率、荷电保持等基本性能的测试规程做了比较明确的规定,为检验检测提供了标准依据。
功率型电池主要应用于混合动力汽车,起到能量回收和动力辅助输出的作用,达到一定的节油和减排效果。因此要求倍率性能突出(比功率要大),内阻小,发热量低,循环寿命长。针对功率型电池包/电池系统,标准提供了较为详细的测试规程,但是并没有提供判定合格的依据,具体的判断条件,取决于电池或整车企业提供的产品规格书所规定的数值。
测试项目 | 适用范围 | 测试目的 |
室温容量及能量 | 动力电池包、动力电池系统 | 温度25℃,产品1C放电条件下容量参数(Ah)和能量参数(Wh),以及最大放电电流Imax下的容量参数(Ah)和能量参数(Wh) |
高温容量及能量 | 动力电池包、动力电池系统 | 温度40℃,产品1C放电条件下容量参数(Ah)和能量参数(Wh),以及最大放电电流Imax下的容量参数(Ah)和能量参数(Wh) |
低温容量及能量 | 动力电池包、动力电池系统 | 温度0℃和-20℃温度,产品1C放电条件下容量参数(Ah)和能量参数(Wh),以及最大放电电流Imax下的容量参数(Ah)和能量参数(Wh) |
功率和内阻测试 | 动力电池包、动力电池系统 | 分别检测-20℃,0℃,25℃,40℃这4个温度下,80%,50%,20%这三个不同SOC平台的充放电功率值和充放电内阻值 |
无负载容量损失 | 动力电池系统 | 模拟25℃和40℃的车载状态下(系统由辅助电源供电),动力电池系统因长期搁置所造成的容量损失,搁置前动力电池系统处于满电状态,搁置时间为7天和30天(中间有两次标准循环) |
存储容量损失 | 动力电池系统 | 测试45℃温度下,50% SOC的动力电池系统存储30天后的容量损失 |
高低温启动功率 | 动力电池系统 | 分别检测-20℃, 40℃温度下,系统在20% SOC(或厂家规定的最低SOC值)的功率输出能力 |
能量效率 | 动力电池系统 | 分别检测-20℃,0℃,25℃,40℃这4个温度下,65%,50%,35%这三个不同SOC平台的快速充放电效率 |
具体的测试方法,详见标准文件,不在本文列出。标准中没有规定统一的判断依据,主要是因为到了动力电池系统这个层级,不同产品的指标差异较大,而每家企业的技术实力也不一样,所以量化的指标已经不取决于电池,而是取决于电池系统的综合性能(如电池性能,能量管理性能,热管理性能等)。基于此因素,检验项目的判断标准,应来自于产品规格书所规定的参数,满足产品的规格即为合格。
2. GB/T 31467.2-2015标准解读
GB/T 31467.2-2015标准针对能量型动力电池包/系统的容量、能量、功率、效率、荷电保持等基本性能的测试规程做了比较明确的规定,为检验检测提供了标准依据。
能量型电池主要应用于纯电动汽车和插电式/增程式混合动力车,作为车辆的唯一动力来源或重要动力来源,具有良好的节能和减排效果。能量型动力电池系统要求存储的能量多(比能量),高低温性能好,循环寿命好。针对能量型电池包/电池系统,标准提供了较为详细的测试规程,但是并没有提供判定合格的依据,具体的判断条件,取决于电池或整车企业提供的产品规格书所规定的数值。
测试项目 | 适用范围 | 测试目的 |
室温容量及能量 | 动力电池包、动力电池系统 | 温度25℃,产品1C放电条件下容量参数(Ah)和能量参数(Wh),以及最大放电电流Imax下的容量参数(Ah)和能量参数(Wh) |
高温容量及能量 | 动力电池包、动力电池系统 | 温度40℃,产品1C放电条件下容量参数(Ah)和能量参数(Wh),以及最大放电电流Imax下的容量参数(Ah)和能量参数(Wh) |
低温容量及能量 | 动力电池包、动力电池系统 | 温度0℃和-20℃温度,产品在C/3和1C放电条件下容量参数(Ah)和能量参数(Wh),以及最大放电电流Imax下的容量参数(Ah)和能量参数(Wh) |
功率和内阻测试 | 动力电池包、动力电池系统 | 分别检测-20℃,0℃,25℃,40℃这4个温度下,90%,50%,20%这三个不同SOC平台的充放电功率值和充放电内阻值 |
无负载容量损失 | 动力电池系统 | 模拟25℃和40℃的车载状态下(系统由辅助电源供电),动力电池系统因长期搁置所造成的容量损失,搁置前动力电池系统处于满电状态,搁置时间为7天和30天(中间有两次标准循环) |
存储容量损失 | 动力电池系统 | 测试45℃温度下,50% SOC的动力电池系统存储30天后的容量损失 |
能量效率 | 动力电池系统 | 分别检测25℃,0℃,Tmin(由车厂和供应商确定)这3个温度下,电池系统以1C和Imax(T)(由车厂和供应商确定)两种充放电倍率所测得的充放电倍率 |
与GB/T 31467.1-2015相比,GB/T 31467.2-2015取消了高低温启动功率这一测试项,其他测试项相同,仅测试的要求有所区别(针对不同的应用需求)。
3. GB/T 31467.3-2015标准解读
前两个标准主要集中在电性能测试,本标准则主要针对安全要求和测试方法做了明确的规定。本标准结合GB/T 31485-2015,就构成了从电池单体、模组、到动力电池包和动力电池系统的完整的化学能防护规范。
测试项目 | 适用范围 | 测试目的 |
振动 | 动力电池包、动力电池系统
内部电子装置 |
模拟安装在车辆上的随机振动情况,要求测试过程中和测试后,系统完好,无机械、电气、精度、绝缘、性能等方面的损伤 |
机械冲击 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟安装在车辆上,或运输状态时,因车辆颠簸所造成的Z轴方向的冲击/撞击力,要求无机械损伤,无泄漏,无起火或爆炸现象,绝缘正常 |
跌落 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟安装或维修过程中可能造成的自由跌落,要求无电解液泄漏,无起火或爆炸现象 |
翻滚 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟安装在车辆上随整车翻滚的情况,要求结构完好,连接可靠,绝缘正常,无电解液泄漏,无起火和爆炸现象 |
模拟碰撞 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟安装在车辆上发生车辆碰撞的情况,要求绝缘正常,无电解液泄漏,无起火和爆炸现象 |
挤压 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟安装在车辆上发生车辆碰撞,并且电池包发生严重挤压变形的情况,要求无起火和爆炸现象 |
温度冲击 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟外部环境温度快速变化的使用情况,要求绝缘正常,无电解液泄漏,无起火和爆炸现象 |
湿热循环 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟高温高湿的存储或运输情况,要求绝缘正常,无电解液泄漏,无起火和爆炸现象 |
海水浸泡 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟产品被海水完全浸没的极端情况(多见于我国南方地区),要求无起火和爆炸现象 |
外部火烧 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟产品直接暴露于外部火焰的情况(一般发生于整车因线路短路或燃油泄漏着火的情况),要求无爆炸现象 |
盐雾腐蚀 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟高盐雾地区(海边城市)使用的情况,要求无外壳破损,无电解液泄漏,无起火和爆炸现象 |
高海拔 | 动力电池包、动力电池系统 | 模拟高海拔低气压的使用情况,要求各项指标和性能正常 |
过温保护 | 动力电池系统 | 模拟高温滥用情况下系统的保护功能,要求系统无喷气,无外壳破裂,无起火或燃烧,绝缘正常 |
短路保护 | 动力电池系统 | 模拟外部短路情况下系统的保护功能,要求系统无泄漏,无外壳破裂,无起火或燃烧,绝缘正常 |
过充电保护 | 动力电池系统 | 模拟过充电滥用情况下系统的保护功能,要求系统无外壳破裂,无起火或燃烧,绝缘正常 |
过放电保护 | 动力电池系统 | 模拟过放电滥用情况下系统的保护功能,要求系统无外壳破裂,无起火或燃烧,绝缘正常 |
从测试内容看,针对系统级的安全防护主要集中在以下几个方面:
1) 机械载荷——振动、机械冲击、跌落
2) 事故自保护——碰撞、挤压、海水浸泡、外部火烧
3) 环境适应性——温度冲击、湿热循环、盐雾腐蚀、高海拔
4) 滥用——过温、短路、过充、过放
针对系统级的安全防护要求,此前是缺失的,本次新国标的发布,基本上弥补了这方面的空白。当然,国标的内容仅仅涉及最基本的安全防护,企业在产品的研发、生产和使用过程中,需要根据车辆和动力电池系统的实际情况,制定更为严格更为完善的安全防护体系。