钜大LARGE | 点击量：856次 | 2021年08月29日
动力锂离子电池探测标准比较和分析
电池产品的标准，尤其是安全标准是约束质量的紧要根据，也是规范市场秩序和推动技术进步的紧要手段。本文作者针对国内外现有的常见标准，进行解析和归纳分解，并对这些标准体系中存在的问题进行简单的探讨。
一、国外动力锂离子电池标准
表1列举了国外常用的锂离子电池探测标准。标准颁发机构紧要有国际电工委员会(IEC)、国际标准化组织(ISO)、美国保险商试验室(UL)、美国汽车工程师学会(SAE)以及欧盟相关机构等。
表1国外常用的动力锂离子电池标准
1国际标准
IEC公布的动力锂离子电池标准紧要有IEC62660-1∶2010《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体第1部分:性能探测》和IEC62660-2∶2010《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体第2部分:可靠性和滥用性探测》。联合国运输委员会颁布的UN38.3《联合国有关危险货物运输的提议书标准和实验手册》，对锂离子电池探测的要求是针对电池在运输过程中的安全性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
ISO在动力锂离子电池方面制定的标准有ISO12405-1∶2011《电驱动车辆———锂离子动力锂离子电池组及系统探测规程第1部分:高功率使用》、ISO12405-2∶2012《电驱动车辆——锂离子动力锂离子电池组及系统探测规程第2部分:高能量使用》及ISO12405-3∶2014《电驱动车辆——锂离子动力锂离子电池组及系统探测规程第3部分:安全性要求》，分别针对高功率型电池、高能量型电池以及安全性能要求，目的是为整车厂供应可选择的探测项和探测办法。
2美国标准
UL2580∶2011《电动汽车用电池》紧要评估电池的滥用可靠性以及在滥用出现危害时对人员的保护能力，该标准于2013年进行修订。
SAE在汽车范畴拥有庞大、完善的标准体系。2009年颁布的SAEJ2464:2009《电动和混合动力电动汽车可再充能量储存系统的安全和滥用性探测》是很早一批使用于北美和全球地区的车用电池滥用探测手册，明确指出了每个探测项的适用范围及要采集的数据，也针对探测项目所需样品数量给出提议。
2011年颁布的SAEJ2929:2011《电动和混合动力锂离子电池系统安全标准》是SAE在总结之前颁布的各种动力锂离子电池相关标准上提出的安全性标准，包括两部分:电动汽车在行驶过程中可能出现的常规情况探测和异常情况探测。
SAEJ2380:2013《电动汽车电池的振动探测》是电动汽车电池的振动探测较经典的标准，以实际车辆道路行驶的振动载荷谱采集统计结果为基础根据，探测办法更加符合实际车辆的振动情况，具有紧要的参考价值。
3其他组织标准
美国能源部(DOE)紧要负责能源政策制定、能源行业管理及能源相关技术研发等。2002年美国政府成立了“自由车”(FreedomCAR)项目，先后颁发了FreedomCAR功率辅助型混合电动汽车电池探测手册与电动和混合动力汽车用储能系统滥用性探测手册。
德国汽车工业协会(VDA)是德国为统一国内汽车工业的各种标准而组成的协会，颁布的标准有VDA2007《混合动力汽车用电池系统探测》，紧要是针对混合动力汽车的锂离子电池系统的性能及可靠性探测。
欧洲经济委员会(ECE)R100.2《有关就电动汽车辆特殊要求方面批准车辆的统一规定》是ECE针对电动汽车制定的详尽要求，整体分为两部分:第一部分对整车在电机防护、可再充电储能系统、功能安全和氢气排放等4个方面进行了规范，第二部分为新增的对可再充电储能系统的安全可靠性作出的详尽要求。
二、国内动力锂离子电池标准
2001年，汽车标准化委员会颁布了我国第一个电动汽车的锂离子电池探测指挥性技术文件Gb/Z18333.1:2011《电动道路车辆用锂离子蓄电池》。该标准制按时参考了IEC61960-2∶2000《便携式锂离子电池和蓄电池包第2部分:锂离子电池包》，用于便携式设备的锂离子电池及电池包，探测内容包括性能和安全，但只适用于21.6V和14.4V的电池。
2006年，工业和信息化部颁发了QC/T743《电动汽车用锂离子动力蓄电池》，被行业内广泛使用，并于2012年进行了修订。Gb/Z18333.1:2001和QC/T743:2006都是针对单体和模块级别的标准，使用范围较窄，且探测内容已不适应快速发展的电动汽车行业的需求。
2015年，国家标准化管理委员会颁布了一系列标准，Gb/T31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及实验办法》、Gb/T31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及实验办法》、Gb/T31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及实验办法》及Gb/T31467.1-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池组和系统第1部分高功率使用探测规程、Gb/T31467.2-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池组和系统第2部分高能量使用探测规程、Gb/T31467.3《电动汽车用锂离子动力蓄电池系统探测规程第3部分安全性要求与探测办法。
Gb/T31485-2015及Gb/T31486-2015分别是针对单体/模块的安全及电性能探测，Gb/T31467-2015系列参照了ISO12405系列，适用于电池组或电池系统的探测，而Gb/T31484-2015是专门针对循环寿命的探测标准，有关单体和模块采用标准循环寿命，有关电池组和系统采用工况循环寿命。
2016年，工信部公布了《电动客车安全技术条件》，从人员触电、水尘防护、火灾防护、充电安全、碰撞安全、远程监控等方面综合考虑，充足借鉴了现有的传统客车、电动汽车相关标准和上海、北京等地方标准，对动力锂离子电池提出更高的技术要求，新增了热失控和热失控扩展两个探测项，已于2017年一月一日正式执行。
表2国内常用的动力锂离子电池标准
三、国内外动力锂离子电池标准分解
国内外动力锂离子电池标准分解国际上的大部分标准是在2010年前后颁布的，重新修订次数较多，且陆续有新的标准出台。Gb/Z18333.1:2001是在2001年颁发的，由此可见，我国的电动汽车锂离子电池标准在世界上起步并不算晚，但发展相对缓慢。自2006年QC/T743标准公布后，我国有很长一段时间里没有标准更新，且在2015年新国标公布之前，没有有关电池组或系统的标准。上述国内外标准在适用范围、探测项内容、探测项严格程度及判定准则方面，都有所差别。
1适用范围
IEC62660系列、QC/T743、Gb/T31486和Gb/T31485是针对电池单体和模块级别的探测，UL2580、SAEJ2929、ISO12405和Gb/T31467系列则适用于电池包和电池系统的探测。国外除了IEC62660，其他的标准基本都涉及电池包或系统级别的探测，SAEJ2929及ECER100.2甚至提到了整车级别的探测。这说明国外的标准制定更多地考虑到了电池在整车上的使用，更符合实际使用的需求。
2探测项内容
所有的探测项从整体上来说，可分为电性能和安全可靠性两大类，而安全可靠性又可分为机械可靠性、环境可靠性、滥用可靠性和电气可靠性。
机械可靠性，模拟了车辆在行驶过程中受到的机械应力，如振动模拟了车辆在路面上的颠簸;环境可靠性，模拟了车辆在不同气候中的耐受力，如温度循环模拟了车辆在昼夜温差大或者在寒冷和炎热地区来回行驶时的情况;滥用可靠性，如火烧，考察电池在遭受到不正当使用时的安全性;电气可靠性，如保护类探测项，紧要是考察电池管理系统(bMS)在关键时候能否起到保护用途。
在电池单体方面，IEC62660分为两个独立的标准IEC62660-1和IEC62660-2，分别对应性能和可靠性探测。Gb/T31485和Gb/T31486是由QC/T743演变而来，Gb/T31486中将耐振动归属为性能探测，因为该探测项是考察电池振动对电池性能的影响。相比于IEC62660-2，Gb/T31485的探测项目更严苛，如新增了针刺和海水浸泡等。
在电池组和电池系统的探测方面，不论是电性能还是可靠性，美国标准涵盖的探测项最多。在性能探测方面，DOE/ID-11069比其他标准多出的探测项有混合脉冲功率特性(HPPC)、运行设置点稳定性、日历寿命、参考性能、阻抗谱、模块控制检验探测、热管理载荷及结合寿命验证的系统水平探测等。
在标准的附录中具体解析了电性能探测结果的分解办法，其中，HPPC探测可用于测试动力锂离子电池的峰值功率，由此衍生的直流内阻探测办法，已广泛用于电池的内阻特性研究。在可靠性方面，UL2580比其他标准多出的探测项有:非平衡电池包充电、耐压、绝缘、继续性实验及冷却/加热稳定系统故障实验等，还蕴含了加工线上针对电池包零部件的基本安全探测，在bMS、冷却系统及保护线路设计方面，增强了安全性审查要求。SAEJ2929提出要对电池系统的各个部分进行故障分解，并保存相关的文档材料，包括易识别故障的改进措施。
ISO12405系列标准同时蕴含电池的性能和安全两方面，ISO12405-1是针对高功率使用的电池性能探测标准，ISO12405-2是针对高能量使用的电池性能探测标准，前者多了冷启动和热启动两项内容。Gb/T31467系列结合了我国动力锂离子电池发展状况，依据ISO12405系列标准的内容修改而得。
与其他标准不同的是:SAEJ2929与ECER100.2都涉及高压防护的要求，属于电动汽车安全领域。我国的相关探测项在Gb/T18384中，Gb/T31467.3中指出电池组和电池系统在进行安全探测之前要满足Gb/T18384.1和Gb/T18384.3的相关要求。
3严格程度
有关相同的探测项，不同标准中规定的探测办法和判定准则也不尽相同。例如有关探测样品的荷电状态(SOC)，Gb/T31467.3中要求样品为满电态;ISO12405中要求功率型电池SOC为50%，能量型电池SOC为100%;ECER100.2要求电池的SOC在50%以上;UN38.3有关不同的探测项有不同的要求，某些探测项还要循环过的电池。
另外，还要求高度模拟、热实验、振动、冲击和外短路非得用同一个样品进行探测，相对更严格。有关振动探测，ISO12405要求样品在不同的环境温度下振动，提议的高温柔低温温度分别为75℃和－40℃，其他的标准没有此项要求。
有关火烧实验，Gb/T31467.3中的试验办法和参数设置与ISO12405.3相差不大，都是采用点燃燃料的方式进行预热、笔直火烧和间接火烧，但Gb/T31467.3要求样品若有火苗非得在2min内熄灭，ISO12405则没有要求火苗熄灭的时间，SAEJ2929中的火烧实验与前两者不同，它要求将样品放置于热辐射容器中，90s内迅速升温至890℃并保持10min，并且不得有任何组件或物质穿过置于探测样品外部的金属网罩。
四、现有国内标准的不足
虽然相关国标的制定和公布填补了我国在动力锂离子电池包合系统方面的空白，并被广泛采用，但仍有不足。
探测对象方面:所有的标准都只规定了新电池的探测，对使用过的电池没有相关规定和要求，电池在出厂时没有问题，不代表使用一段时间后依然安全，因此有必要对使用不同时间的电池进行同样的探测，相当于定期体检。
结果判定方面:目前的判定根据较宽泛和单一，惟有无泄露、无外壳破碎、不起火和不爆炸的规定，缺少可量化的评判体系。欧洲汽车研究与技术发展委员会(EUCAR)将电池的危害程度划分成8个等级，具有一定的借鉴意义。
探测项方面:Gb/T31467.3缺少电池组和电池系统在热管理和热失控方面的探测内容，而热安全性能对电池至关紧要，要怎么样控制单体电池的热失控，使热失控的情况不蔓延，具有紧要意义，《电动客车安全技术条件》的强制执行也说明了这一点。另外，从整车使用层面来说，有关非破坏性的可靠性探测，如环境可靠性，在实验结束之后有必要新增电性能探测，模拟车辆在经历了环境变化后，性能受到的影响。
探测办法方面:电池组和电池系统的循环寿命探测耗时太长，影响产品开发周期，难以很好地执行，要怎么样开发合理的加速循环寿命探测是个难点。
五、总结
近年来，我国在动力锂离子电池的标准制定和使用方面已取得了很大的进步，但与国外的标准还存在一定的差距。除了测试标准以外，我国锂离子电池在其他方面的标准体系也在逐渐完善。2016年十一月九日，工信部在公布了《锂离子电池综合标准化技术体系》，指出将来的标准体系包括基础通用、材料与部件、设计与制造过程、制造与测试设备、电池产品等5大部分，其中，安全标准关系重大，随着动力锂离子电池产品的更新和发展，探测标准也要提升相应的测试技术，进而加强动力锂离子电池的安全性水平。
参考：陶文玉等《动力锂离子电池探测标准比较和分解》
