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。

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