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動力鋰離子電池測試標準比較和分析大全!

2020-09-03 ryder

電池產品的標準,特別是安全標準,是限制質量的重要依據,也是規范市場秩序,促進技術進步的重要手段。 本文介紹并總結了國內外現有的通用標準,并簡要討論了這些標準體系中存在的問題。  
 
 1.國外動力鋰離子電池標準
 
表1列出了常用的國外鋰離子電池測試標準。 標準發布機構主要包括國際電工委員會(IEC),國際標準化組織(ISO),保險商實驗室(UL),美國汽車工程師學會(SAE)和相關的歐盟機構。  
 
表1國外常用動力鋰離子電池標準
 
 
 1國際標準
 
 IEC發布的動力鋰離子電池標準主要是IEC  62660-1:2010“電動道路車輛用鋰離子動力電池單體第1部分:性能測試”和IEC 62660-2:2010“電動道路車輛用鋰離子動力電池單體第2部分:可靠性和濫用測試”。 聯合國運輸委員會頒布的UN 38. 3“聯合國關于危險貨物運輸的建議標準和測試手冊”要求鋰電池測試應針對運輸過程中電池的安全性。  
 
動力鋰離子電池的ISO標準為ISO 12405-1:2011“電動汽車-鋰離子動力電池組和系統測試程序第1部分:大功率應用”,ISO 12405 -2:2012  “電動汽車-鋰離子動力電池組和系統測試程序第2部分:高能應用”和ISO 12405-3:2014“電動汽車-鋰離子動力電池組和系統測試程序”第3部分:安全要求”  
 
 
 2美國標準
 
 UL針對大功率電池,高能電池和安全性能要求,旨在為OEM提供可選的測試項目和測試方法。  2580:2011“電動汽車電池”主要評估電池濫用的可靠性以及在濫用會造成傷害時保護人員的能力。
 
 SAE在汽車領域具有龐大而完整的標準體系。  20SAE J2464:2009年發布的2009年“電動和混合動力汽車可充電儲能系統的安全和濫用測試”是在北美和全球地區應用的非常早期的一批汽車電池濫用測試手冊,明確指出了 每個測試項目的適用范圍和要收集的數據也就測試項目所需的樣品數量提供了建議。  
 
 SAE J2929:2011年頒布的“電動和混合動力電池系統安全標準”是SAE在總結之前頒布的有關各種動力電池相關標準的安全標準,包括兩部分:電動汽車例行測試 以及在駕駛過程中可能發生的異常測試。  
 
 SAE J2380:2013“電動汽車電池的振動測試”是電動汽車電池振動測試的更為經典的標準。 它基于實際車輛道路行駛的振動載荷譜收集的統計結果。 該測試方法更符合實際車輛振動具有重要的參考價值。  
 
 3其他組織標準
 
美國能源部(DOE)主要負責制定能源政策,能源行業管理以及與能源有關的技術研發。  2002年,美國政府建立了“ Freedom CAR”項目,先后發布了Freedom CAR動力輔助混合動力電動汽車電池測試手冊以及電動和混合動力汽車儲能系統濫用測試手冊。  
 
德國汽車工業協會(VDA)由德國成立,旨在統一國內汽車工業的各種標準。 頒布的標準是VDA 2007“混合動力汽車的電池系統測試”,主要用于混合動力汽車鋰離子電池系統的性能和可靠性測試。  
 
歐洲經濟委員會(ECE)R100。  2《關于對電動汽車有特殊要求的車輛的統一批準規定》是歐洲經委會制定的對電動汽車的具體要求,整體分為兩部分:第一部分電動機保護,可充電儲能系統,功能安全性和安全性。 氫排放在四個方面受到監管。 第二部分是對可充電儲能系統的安全性和可靠性的新的特定要求。  
 
 2.國內動力鋰離子電池標準
 2001年,汽車標準化委員會發布了我國電動汽車的首次鋰離子電池測試指導技術文件GB / Z18333。1:2011年“電動道路車輛用鋰離子電池”。 該標準在IEC 61960-2:2000“便攜式鋰電池和蓄電池第2部分:鋰電池”中進行了引用,涉及便攜式設備中使用的鋰離子電池和電池組。 該測試包括性能和安全性,但僅適用于21.6V和14.4V電池。  
 
 
 2006年,工業和信息化部發布了QC / T 743“電動汽車用鋰離子動力電池”,該產品在行業中得到了廣泛使用,并于2012年進行了修訂。  Z 18333. 1:2001和QC / T 743:2006都是單體和模塊級別的標準,適用范圍狹窄,測試內容已不再適合快速發展的電動汽車行業的需求。  
 
 2015年,國家標準化管理委員會發布了一系列標準,GB / T 31484-2015“電動汽車動力電池的循環壽命要求和測試方法”,GB / T 31485-2015“電力 電動汽車電池安全要求和測試方法,GB / T 31486-2015“電動汽車動力電池電氣性能要求和測試方法”和GB / T 31467. 1-2015“電動汽車鋰離子動力電池組和系統第1部分高 電力應用測試法規,GB / T31467。2-2015“電動汽車鋰離子動力電池組和系統第2部分高能量應用測試法規,GB / T 31467. 3”電動汽車鋰離子動力電池系統測試安全要求 法規第3部分的測試方法。  
 
 GB / T 31485-2015和GB / T 31486-2015分別用于單體/模塊的安全性和電氣性能測試。  GB / T 31467-2015系列是指ISO 12405系列,適用于電池組或電池系統測試,GB / T 31484-2015是專門針對循環壽命的測試標準,使用單體和模塊的標準循環壽命,并且 電池組和系統的工作循環壽命。  
 
 2016年,工業和信息化部發布了《電動乘用車安全技術條件》。,水防塵,消防,充電安全,碰撞安全,遠程監控等方面,充分利用現有的傳統乘用車,電動車相關標準以及上海,北京等地方標準,提出對動力電池提出更高技術要求 ,又于2017年1月1日正式實施了熱失控和熱失控擴展這兩個測試項目。
 
表2國內動力鋰離子電池常用標準
 
 III。 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大部分國際標準在2010年左右頒布,有更多的修訂,并引入了新的標準。  GB / Z 18333. 1:2001年于2001年發布,表明我國電動汽車鋰離子電池標準在世界范圍內起步還不算太晚,但發展相對緩慢。 自QC / T 743標準于2006年發布以來,我國長期以來一直沒有標準更新,在2015年新國家標準發布之前還沒有電池組或系統標準。 國內外標準在適用范圍,測試項目的內容,測試項目的嚴重性和判斷標準方面有所不同。  
 
第一適用范圍
 
 IEC 62660系列,QC / T 743,GB / T 31486和GB / T 31485用于電池單元和模塊級測試,UL2580,SAE J2929,ISO12405和 GB / T 31467系列適用于電池組和電池系統測試。 除了IEC 62660,國外其他標準基本上涉及電池組或系統級測試。  SAE J2929和ECE R100。  2甚至提到車輛水平測試。 這表明國外標準的制定更多地考慮了電池在整車中的應用,這更符合實際應用的需求。  
 
第二測試項目的內容
 
總的來說,所有測試項目可以分為兩類:電氣性能和安全可靠性,而安全可靠性可以分為機械可靠性,環境可靠性,濫用可靠性和 電氣可靠性。  
 
機械可靠性,它模擬行駛過程中車輛遭受的機械應力,例如振動,它模擬車輛在道路上的顛簸; 環境可靠性,可模擬車輛在不同氣候下的耐受性,例如溫度循環可晝夜模擬車輛溫差較大或在寒冷和炎熱的地方來回行駛時; 濫用可靠性,例如起火,以檢查電池使用不當時的安全性; 電氣可靠性(例如保護測試項目)主要用于檢查電池管理系統(BMS)在關鍵時刻是否可以起到保護作用。  
 
就電池單元而言,IEC 62660分為兩個獨立的標準,即IEC 62660-1和IEC 62660-2,分別對應于性能和可靠性測試。  GB / T 31485和GB / T 31486是從QC / T 743演變而來的。在GB / T 31486中,抗振性歸類為性能測試,因為該測試項目旨在檢查電池振動對電池性能的影響。 與IEC 62660-2相比,GB / T 31485的測試項目更加嚴格,例如增加了針刺和海水浸泡。  
 
就電池組和電池系統測試而言,無論是電氣性能還是可靠性,美國標準都涵蓋了最多的測試項目。 在性能測試方面,DOE / ID-11069比其他標準具有更多的測試項目,包括混合脈沖功率特性(HPPC),工作設定點穩定性,日歷壽命,參考性能,阻抗譜,模塊控制檢查測試,熱管理負載以及 
 
在標準的附錄中,詳細介紹了電氣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DC內部電阻測試方法已廣泛用于電池內部電阻特性的研究。 在可靠性方面,UL2580比其他標準具有更多的測試項目:電池組不平衡充電,耐壓,絕緣,連續性測試以及冷卻/加熱穩定性系統故障測試等,并且在生產線上還包括電池組組件 安全測試在BMS,冷卻系統和保護電路設計方面加強了安全審查要求。  SAE J2929建議對電池系統的每個部分進行故障分析,并保存相關文檔資料,包括改進措施以方便識別故障。  
 
 ISO 12405系列標準包括電池性能和安全性。  ISO 12405-1是高功率應用的電池性能測試標準,而ISO 12405-2是高能量應用的電池性能測試標準。 前者更冷啟動和熱啟動內容。  GB / T 31467系列結合了我國動力電池的發展狀況,并根據ISO 12405系列標準的內容進行了修改。  
 
與其他標準不同:SAE J 2929和ECE R100。  2個都涉及高壓保護要求,并且屬于電動汽車安全類別。 我國的相關測試項目在GB / T 18384中,GB / T 31467.3規定電池組和電池系統必須滿足GB / T 18384. 1和GB / T 18384. 3的相關要求。  。  
 
第三嚴格程度
 
對于相同的測試項目,不同標準中指定的測試方法和判斷標準也不同。 例如,對于測試樣品的荷電狀態(SOC),要求樣品充滿電(按GB / T 31467. 3)。  ISO 12405要求動力型電池SOC為50%,能量型電池SOC為100%;  ECE R100。  2電池的SOC必須大于50%; 聯合國38。  3對不同的測試項目有不同的要求,有些測試項目還需要回收電池。  
 
此外,必須使用相同的樣本來測試高仿真,熱測試,振動,沖擊和外部短路,這相對更為嚴格。 對于振動測試,ISO 12405要求樣品在不同的環境溫度下振動。 推薦的高溫和低溫溫度分別為75°C和-40°C。 其他標準沒有此要求。  
 
對于著火測試,GB / T 31467. 3中的實驗方法和參數設置與ISO 12405. 3并無太大不同,它們均通過以下方式進行預熱,直接燃燒和間接燃燒: 點燃燃料,但GB / T 31467. 3要求,如果有火焰,則樣品必須在2分鐘內熄滅,而ISO 12405則沒有時間使火焰熄滅。  SAE J2929中的耐火測試與前兩個不同。 它要求將樣品放置在散熱容器中,在90秒鐘之內,將溫度迅速升至890°C并保持10分鐘,并且不得有任何成分或物質穿過放置在測試樣品外部的金屬網罩。  
 
第四,現有國內標準的不足之處
盡管相關國家標準的制定和發布填補了我國的動力鋰離子電池組合系統中存在差距,雖然被廣泛使用,但仍然存在不足。  
 
測試對象:所有標準僅規定了對新電池的測試。 沒有關于廢舊電池的相關規定和要求。 電池出廠時沒有問題,這并不意味著在使用一段時間后仍是安全的,因此有必要對在不同時間使用的電池執行相同的測試,這相當于常規的物理測試。 檢查。  
 
結果的判斷:當前的判斷是基于廣泛而單一的判斷,只有規定無泄漏,無外殼破裂,無火災,無爆炸,缺乏可量化的評估體系。 歐洲汽車研究與技術委員會(EUCAR)將電池的損壞程度分為8級,具有一定的參考意義。  
 
測試項目:GB / T31467。  3缺少電池組和電池系統在熱管理和熱失控方面的測試內容,并且熱安全性能對電池至關重要。 如何控制單電池的熱失控對于防止熱失控情況蔓延具有重要意義。 強制執行《電動乘用車安全技術條件》也說明了這一點。 另外,從車輛應用的角度來看,對于無損可靠性測試(例如環境可靠性),有必要在測試完成后添加電氣性能測試,以模擬環境變化對車輛性能的影響 。  
 
測試方法:電池組和電池系統的循環壽命測試花費的時間太長,影響產品開發周期,并且很難很好地執行。 如何開發合理的加速循環壽命測試是困難的。  
 
 
五,小結
近年來,我國在動力鋰離子電池標準的制定和應用方面取得了長足進步,但與國外標準仍有一定差距。 除了檢測標準,我國的鋰離子電池標準體系在其他領域也在逐步完善。  2016年11月9日,工業和信息化部發布了“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本的通用,材料和組件,設計和制造工藝,制造和測試設備。  ,電池產品等。其中,安全標準非常重要。 隨著動力電池產品的更新和發展,測試標準也需要完善相應的檢驗測試技術,從而提高動力電池的安全水平。

 

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