再不看就晚了!电动汽车动力电池系统国标最详解读

夏军

【第一电动网】(专栏作者 夏军)国标针对动力电池系统,建立了常规性能和功能要求——容量、能量、功率、效率、标准循环寿命、工况循环寿命、存储、荷电保持、容量恢复、倍率性能、高低温性能等,建立了安全防护要求——操作安全、故障防护、人员触电防护、滥用防护、环境适应性、事故防护、用户手册和特殊说明等,范围覆盖了电芯、模组、动力电池包、动力电池系统这4个层级,产品类型包括混合动力、插电式/增程式混合动力、纯电动乘用车和商用车,已基本上了构成了一个完整的体系。

一、构建标准体系

电动汽车早期的发展过程中,GB或GB/T国家标准的缺失在一定程度上造成了行业的良莠不齐和鱼龙混杂。仅依靠汽车行业的QC/T推荐标准作为一种参考,并不具有权威性和广泛性,整车企业和电池企业要么茫无头绪,要么各行其是、各执一词,缺乏一个统一的衡量标准。

随着2015年新版GB/T国家推荐标准的陆续发布,我国电动汽车产业围绕动力电池系统已基本上构建了完整的标准体系,形成了行业的准入门槛,有利于行业的规范发展和优胜劣汰。

新国标在2015年5月颁布(部分标准将在10月份或年底颁布),与旧标准之间有一年的过渡期,从2016年开始,相关企业都将遵循新的标准进行相关检测。新国标与工信部2015年3月发布的《汽车动力蓄电池行业规范条件》一起,将加速动力电池行业的洗牌,提高行业集中度水平。

再不看就晚了!电动汽车动力电池系统国标最详解读

序号

新标准

旧标准

1

GB/T 31484-2015 电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法

QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池

2

GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法

QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池

3

GB/T 31486-2015 电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法

QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池

4

GB/T 31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分:高功率应用测试规程

\

5

GB/T 31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分:高能量应用测试规程

\

6

GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法

\

7

GB/T 18384.12015 电动汽车 安全要求 1部分:车载可充电储能系统

GB/T 18384.12001电动汽车 安全要求 1部分:车载储能装置

8

GB/T 18384.22015 电动汽车 安全要求 2部分:操作安全和故障防护

GB/T 18384.22001电动汽车 安全要求 2部分:功能安全和故障防护

9

GB/T 18384.32015 电动汽车 安全要求 3部分:人员触电防护

GB/T 18384.32001电动汽车 安全要求 3部分:人员触电防护

10

\

QC/T 897-2011 电动汽车用电池管理系统技术条件

在本人的另外一篇文章中,曾论述过动力电池系统的安全防护主要在于如何防止电能和化学能的非正常释放所造成的危险,相关内容详见《动力电池系统安全分析和防护设计》一文。新版国标则完整的围绕电能和化学能的防护做了严格的规定,并明确了测试规范,形成了较为完整的体系,从这方面来讲,产品安全设计与国标的检验要求,殊途同归。


标准

防护目标

层级

GB/T 31485

化学能

单体/模组

GB/T 31467

化学能

系统

GB/T 18384

电能

系统

GB/T 18387

电磁能

整车(涵盖电池系统)

再不看就晚了!电动汽车动力电池系统国标最详解读

本文将系统的论述各项标准所规定的内容,对比新标准与旧标准的差异等,希望能够为动力电池企业或整车企业的同仁,在标准的理解和运用方面提供一些帮助。

二、GB/T 31484、GB/T 31485、GB/T 31486解读

GB/T 31484、GB/T 31485、GB/T 31486是由QC/T 743标准演化而来,将QC/T 743标准的相关内容重新划分,并在此基础上进行升级,制订了更符合电动汽车实际使用情况的三份独立的标准规范。

首先是标准不再局限于锂离子电池这一类型的动力电池,而是包括所有的动力电池类型。其次,针对模组的定义进行修改,不再强调5个或以上的电池单体进行串联,而是根据实际产品中的串并联组合形式。第三,增加了动力电池包和动力电池系统的定义,将部分测试覆盖到系统这一层级,显然更具有实际参考价值。第四,默认的充放电倍率由C/3(I3)提高到1C(I1),要求更严格。

基本要求

QCT 743-2006

GB/T 31484GB/T 31485GB/T 31486

电池类型

锂离子电池

未明确指定,包含各种类型动力电池

样品级别

单体,模组

单体、模组、系统

模组定义

5个或以上的单体串联

1个以上的单体串联、并联、串并联

默认充放电倍率

3/C

1C

每项测试样品数量

单体2个,模组1

单体2个,模组或系统1

默认试验条件

20±5

相对湿度:25%85%

气压:86kPa106kPa

25±5

相对湿度:15%~90%

气压:86kPa~106kPa

1. GB/T 31484-2015解读

GB/T 31484-2015主要考核动力电池单体、模组和系统的循环寿命指标,涵盖了乘用车和商用车两个不同的市场,以及功率型和能量型两种不同应用类型的动力电池。对于电池单体和模组而言,大多数电池厂家的产品均可达到规定的要求,对于动力电池系统而言,系统设计和集成能力较弱的pack企业,将面临较大的挑战。相关检测内容如下表所示:

序号

检验项目

适用范围

判定条件

1

室温放电容量(Ah

单体、模组、系统

单体:实测容量在额定容量的100%~110%之间,单体容量差异不超过5%(一致性要求)

模组或系统:实测容量在额定容量的100%~110%之间,样品容量差异不超过7%(一致性要求)

2

室温放电能量(Wh

单体、模组、系统

要求同上

3

室温功率

单体、模组、系统

未明确规定(应满足产品规格书要求)

4

标准循环寿命(1C充放电循环)

单体、模组

以下条件满足1个就算合格:

1500次循环后放电容量大于初始容量的90%

21000次循环后放电容量大于初始容量的80%

5

混合动力乘用车功率型电池工况循环寿命

模组、系统

按工况进行循环,总放电能量/初始额定能量>500时,计算放电容量和5s放电功率(应满足产品规格书要求)

6

混合动力商用车功率型电池工况循环寿命

模组、系统

按工况进行循环,总放电能量/初始额定能量>500时,计算放电容量和5s放电功率(应满足产品规格书要求)

7

纯电动乘用车能量型电池工况循环寿命

模组、系统

按工况进行循环,总放电能量/初始额定能量>500时,计算放电容量(应满足产品规格书要求)

8

纯电动商用车能量型电池工况循环寿命

模组、系统

按工况进行循环,总放电能量/初始额定能量>500时,计算放电容量(应满足产品规格书要求)

9

插电式/增程式电动汽车电池工况循环寿命

模组、系统

乘用车参照上述第7

商用车参照上述第8

相比于QC/T 743-2006,GB/T 31484-2015在标准循环寿命和工况循环寿命的测试要求方面都更为严格,相关对比总结如下:

检验项目

QCT 743-2006

GB/T 31484-2015

标准循环寿命

测试方法:3/C充电,C/2放电,放电深度为80% DOD

测试方法:1C充电,1C放电,放电深度为100% DOD(或企业所规定条件)

判定标准:容量衰减到初始值的80%时,循环测试>500

判定标准:容量衰减到初始值的80%时,循环测试>1000次,或容量衰减到初始值的90%时,循环测试>500

样品级别:仅适用于单体测试

样品级别:适用于单体、模组、系统

工况循环寿命

测试方法:简单模拟工况,分功率型和能量型两种电池,但是测试工况不区分乘用车与商用车

测试方法:采用新的工况循环路谱,分功率型和能量型两种电池,测试工况区分乘用车和商用车

判断标准:依据企业所规定数据

判断标准:依据企业所规定数据

样品级别:仅适用于模组

样品级别:适用于模组、系统

因工况数据较多,本文不一一列出测试的图表和曲线,有兴趣的可直接阅读相关的标准文件。

2. GB/T 31485-2015解读

GB/T 31485-2015主要考核动力电池单体和模组的安全指标,围绕化学能的防护,给出了一系列滥用情况以及极端情况下的安全要求和检验规范。

相比于QC/T 743-2006,GB/T 31485-2015增加了单体海水浸泡、单体温度循环、单体低气压、模组跌落、模组海水浸泡、模组温度循环、模组低气压等7项新的检验要求。针对大部分检验项目,GB/T 31485-2015均做了提高或强化,并要求测试结束后,必须观察1小时,才能确定检验是否合格,而QC/T743标准并无此要求。相关测试项目的对比如下:

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GB/T 31485-2015与GB/T 31467.3-2015配合,构成了电池单体、模组、系统层级的较为完整的安全检验标准。

3. GB/T 31486-2015解读

GB/T 31486-2015主要针对电池单体的外观、尺寸、重量和室温放电容量,以及模组的外观、尺寸、重量、常温性能、高低温性能、耐振动性能、存储等方面做出相应的规定。与QC/T 743相比,GB/T 31486-2015取消了针对单体电池的高低温性能、放电倍率性能、荷电保持与容量恢复能力、存储等方面的要求,但是增加了针对模组的常温充放电倍率性能、高低温性能、荷电保持与能量恢复能力等相关要求,具体内容的对比如下:

序号

单体检测项目

QCT 743-2006

GB/T 31484-2015

1

外观

目测检查,不得有变形及裂纹,表面平整,干燥,无外伤,无污染,标志清晰

目测检查,不得有变形及裂纹,表面干燥无外伤,排列整齐,连接可靠,标志清晰

2

极性

用电压表检测电池极性,标示正确

用电压表检测电池极性,标示正确

3

尺寸和质量

用量具检测电池的尺寸和质量,应符合企业提供的产品技术条件

用量具检测电池的尺寸和质量,应符合企业提供的产品技术条件

4

常温放电容量

检测方法:C/3充电至截止电压,C/3放电至截止电压,计算放电容量

如果计算值低于规定值,可重复5

1C充电至截止电压,1C放电至截止电压,计算放电容量

重复5次测试,取平均值数据

判定标准:计算容量在企业所规定额定值的100%~110%之间

判定标准:(1)计算容量在企业所规定额定值的100%~110%之间

2)所有样品的计算容量极差(最大和最小容量差)不得超过5%(一致性要求)

5

-20℃放电容量

常温下以C/3充满电,在-20℃温度下存储20小时,以3/C放电至截止电压,计算放电容量

/

判定标准:计算容量不低于额定值的70%

6

55℃放电容量

常温下以C/3充满电,在55℃温度下存储5小时,以3/C放电至截止电压,计算放电容量

/

判定标准:计算容量不低于额定值的95%

7

常温倍率放电容量(能量型)

常温下以C/3充满电,以1.5C放电至截止电压,计算放电容量

/

判定标准:计算容量不低于额定值的90%

8

常温倍率放电容量(功率型)

常温下以C/3充满电,以4C放电至截止电压,计算放电容量

/

判定标准:计算容量不低于额定值的80%

9

常温荷电保持与容量恢复能力

常温下以C/3充满电后存储28天,以3/C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的比值,即为荷电保持能力

3/C充满电,再以3/C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的值,即为容量恢复能力

/

判定标准:荷电保持能力不低于80%,容量恢复能力不低于90%

10

高温荷电保持与容量恢复能力

常温下以C/3充满电,在55℃温度下存储7天,恢复至常温下保持5小时,以3/C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的比值,为荷电保持能力

继续以3/C充满电,再以3/C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的值,为容量恢复能力

/

判定标准:荷电保持能力不低于80%,容量恢复能力不低于90%

11

存储

常温下以C/3充满电,再以3/C放电2小时,常温存储90

3/C充电至截止电压,再以3/C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的比值,计为容量恢复能力

/

判定标准:容量恢复能力不低于95%

序号

模组检测项目

QCT 743-2006

GB/T 31484-2015

1

外观

目测检查,不得有变形及裂纹,表面平整,干燥,无外伤,无污染,标志清晰

目测检查,不得有变形及裂纹,表面干燥无外伤,排列整齐,连接可靠,标志清晰

2

极性

用电压表检测模组极性,标示正确

用电压表检测电池极性,标示正确

3

尺寸和质量

用量具检测模组的尺寸和质量,应符合企业提供的产品技术条件

用量具检测电池的尺寸和质量,应符合企业提供的产品技术条件

4

常温放电容量

检测方法:C/3充电至截止电压,C/3放电至截止电压,计算放电容量

如果计算值低于规定值,可重复5

1C充电至截止电压,1C放电至截止电压,计算放电容量

重复5次测试,取平均值数据

判定标准:计算容量在企业所规定额定值的100%~110%之间

判定标准:(1)计算容量在企业所规定额定值的100%~110%之间

2)所有样品的计算容量极差(最大和最小容量差)不得超过5%(一致性要求)

5

常温倍率放电容量(能量型)

/

常温下以1C充满电,以3C放电(最大电流不超过400A)至某一单体达到截止电压,计算放电容量

判定标准:计算容量不低于额定值的90%

6

常温倍率放电容量(功率型)

/

常温下以1C充满电,以8C放电(最大电流不超过400A)至某一单体达到截止电压,计算放电容量

判定标准:计算容量不低于额定值的80%

7

常温倍率充电性能

/

常温下以1C放电至某一单体达到截止电压,静置1小时

2C充电(最大电流不超过400A)至某一单体达到截止电压,静置1小时

1C放电至某一单体达到截止电压,计算放电容量

判定标准:计算容量不低于额定值的80%

8

低温(-20℃)放电容量

/

常温下以1C充满电,在-20℃温度下存储24小时,在-20℃下以1C放电至某一单体达到截止电压,计算放电容量

判定标准:计算容量不低于额定值的70%(锂电池)或80%(镍氢电池)

9

高温(55℃)放电容量

/

常温下以1C充满电,在55℃温度下存储5小时,在55℃下以1C放电至某一单体达到截止电压,计算放电容量

判定标准:计算容量不低于额定值的90%

10

常温荷电保持与容量恢复能力

/

常温下以1C充满电,存储28

1C放电至某一单体截止电压,计算放电容量/额定容量的比值,为荷电保持能力

继续以1C充满电,再以1C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的值,为容量恢复能力

判定标准:荷电保持能力不低于85%,容量恢复能力不低于90%(锂电池)或95%(镍氢电池)

11

高温(55℃)荷电保持与容量恢复能力

/

常温下以1C充满电,在55℃温度下存储7天,恢复至常温下保持5小时,以1C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的比值,为荷电保持能力

继续以1C充满电,再以1C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的值,为容量恢复能力

判定标准:荷电保持能力不低于85%(锂电池)或70%(镍氢电池),容量恢复能力不低于90%(锂电池)或95%(镍氢电池)

12

耐振动性能

/

模组固定在试验台,按下述要求测试:

放电电流:3/C,振动方向:上下单向

振动频率:10Hz~55Hz,最大加速度:30m/s2,扫频循环:10次,时间:3h

判定标准:无电流锐变和电压异常,无外壳破损,无电解液泄漏,模组连接可靠,结构完好

存储(45℃)

/

常温下以1C充满电,再以1C放电30分钟,在45℃温度下存储28

在室温下搁置5小时,以1C充电至截止电压,再以1C放电至截止电压,计算放电容量/额定容量的比值,计为容量恢复能力

判定标准:容量恢复能力不低于90%

从以上对比可以看出,GB/T 31486-2015重点强化模组级的电性能测试,弱化了电池单体级别的电性能测试,从整车级别来考虑,这是合理的。电池厂家给整车厂供货的时候,一般是提供模组级产品或系统级产品,国标更多的集中在针对电动汽车“零部件级”的产品测试,而针对电池单体的电性能测试,应由整车厂与电池企业共同确定相关检验项目和测试要求,并在电池企业内部或委托外部机构完成相关测试验证,不作为强制性的标准要求。

作者:夏军

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