动力锂离子电池测试标准比较和分析大全!

2020-09-03 11:02 ryder

电池产品的标准,特别是安全标准,是限制质量的重要依据,也是规范市场秩序,促进技术进步的重要手段。 本文介绍并总结了国内外现有的通用标准,并简要讨论了这些标准体系中存在的问题。  
 
 1.国外动力锂离子电池标准
 
表1列出了常用的国外锂离子电池测试标准。 标准发布机构主要包括国际电工委员会(IEC),国际标准化组织(ISO),保险商实验室(UL),美国汽车工程师学会(SAE)和相关的欧盟机构。  
 
表1国外常用动力锂离子电池标准
 
 
 1国际标准
 
 IEC发布的动力锂离子电池标准主要是IEC  62660-1:2010“电动道路车辆用锂离子动力电池单体第1部分:性能测试”和IEC 62660-2:2010“电动道路车辆用锂离子动力电池单体第2部分:可靠性和滥用测试”。 联合国运输委员会颁布的UN 38. 3“联合国关于危险货物运输的建议标准和测试手册”要求锂电池测试应针对运输过程中电池的安全性。  
 
动力锂离子电池的ISO标准为ISO 12405-1:2011“电动汽车-锂离子动力电池组和系统测试程序第1部分:大功率应用”,ISO 12405 -2:2012  “电动汽车-锂离子动力电池组和系统测试程序第2部分:高能应用”和ISO 12405-3:2014“电动汽车-锂离子动力电池组和系统测试程序”第3部分:安全要求”  
 
 
 2美国标准
 
 UL针对大功率电池,高能电池和安全性能要求,旨在为OEM提供可选的测试项目和测试方法。  2580:2011“电动汽车电池”主要评估电池滥用的可靠性以及在滥用会造成伤害时保护人员的能力。
 
 SAE在汽车领域具有庞大而完整的标准体系。  20SAE J2464:2009年发布的2009年“电动和混合动力汽车可充电储能系统的安全和滥用测试”是在北美和全球地区应用的非常早期的一批汽车电池滥用测试手册,明确指出了 每个测试项目的适用范围和要收集的数据也就测试项目所需的样品数量提供了建议。  
 
 SAE J2929:2011年颁布的“电动和混合动力电池系统安全标准”是SAE在总结之前颁布的有关各种动力电池相关标准的安全标准,包括两部分:电动汽车例行测试 以及在驾驶过程中可能发生的异常测试。  
 
 SAE J2380:2013“电动汽车电池的振动测试”是电动汽车电池振动测试的更为经典的标准。 它基于实际车辆道路行驶的振动载荷谱收集的统计结果。 该测试方法更符合实际车辆振动具有重要的参考价值。  
 
 3其他组织标准
 
美国能源部(DOE)主要负责制定能源政策,能源行业管理以及与能源有关的技术研发。  2002年,美国政府建立了“ Freedom CAR”项目,先后发布了Freedom CAR动力辅助混合动力电动汽车电池测试手册以及电动和混合动力汽车储能系统滥用测试手册。  
 
德国汽车工业协会(VDA)由德国成立,旨在统一国内汽车工业的各种标准。 颁布的标准是VDA 2007“混合动力汽车的电池系统测试”,主要用于混合动力汽车锂离子电池系统的性能和可靠性测试。  
 
欧洲经济委员会(ECE)R100。  2《关于对电动汽车有特殊要求的车辆的统一批准规定》是欧洲经委会制定的对电动汽车的具体要求,整体分为两部分:第一部分电动机保护,可充电储能系统,功能安全性和安全性。 氢排放在四个方面受到监管。 第二部分是对可充电储能系统的安全性和可靠性的新的特定要求。  
 
 2.国内动力锂离子电池标准
 2001年,汽车标准化委员会发布了我国电动汽车的首次锂离子电池测试指导技术文件GB / Z18333。1:2011年“电动道路车辆用锂离子电池”。 该标准在IEC 61960-2:2000“便携式锂电池和蓄电池第2部分:锂电池”中进行了引用,涉及便携式设备中使用的锂离子电池和电池组。 该测试包括性能和安全性,但仅适用于21.6V和14.4V电池。  
 
 
 2006年,工业和信息化部发布了QC / T 743“电动汽车用锂离子动力电池”,该产品在行业中得到了广泛使用,并于2012年进行了修订。  Z 18333. 1:2001和QC / T 743:2006都是单体和模块级别的标准,适用范围狭窄,测试内容已不再适合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发布了一系列标准,GB / T 31484-2015“电动汽车动力电池的循环寿命要求和测试方法”,GB / T 31485-2015“电力 电动汽车电池安全要求和测试方法,GB / T 31486-2015“电动汽车动力电池电气性能要求和测试方法”和GB / T 31467. 1-2015“电动汽车锂离子动力电池组和系统第1部分高 电力应用测试法规,GB / T31467。2-2015“电动汽车锂离子动力电池组和系统第2部分高能量应用测试法规,GB / T 31467. 3”电动汽车锂离子动力电池系统测试安全要求 法规第3部分的测试方法。  
 
 GB / T 31485-2015和GB / T 31486-2015分别用于单体/模块的安全性和电气性能测试。  GB / T 31467-2015系列是指ISO 12405系列,适用于电池组或电池系统测试,GB / T 31484-2015是专门针对循环寿命的测试标准,使用单体和模块的标准循环寿命,并且 电池组和系统的工作循环寿命。  
 
 2016年,工业和信息化部发布了《电动乘用车安全技术条件》。,水防尘,消防,充电安全,碰撞安全,远程监控等方面,充分利用现有的传统乘用车,电动车相关标准以及上海,北京等地方标准,提出对动力电池提出更高技术要求 ,又于2017年1月1日正式实施了热失控和热失控扩展这两个测试项目。
 
表2国内动力锂离子电池常用标准
 
 III。 国内外动力锂离子电池标准分析
国内外动力锂离子电池标准分析大部分国际标准在2010年左右颁布,有更多的修订,并引入了新的标准。  GB / Z 18333. 1:2001年于2001年发布,表明我国电动汽车锂离子电池标准在世界范围内起步还不算太晚,但发展相对缓慢。 自QC / T 743标准于2006年发布以来,我国长期以来一直没有标准更新,在2015年新国家标准发布之前还没有电池组或系统标准。 国内外标准在适用范围,测试项目的内容,测试项目的严重性和判断标准方面有所不同。  
 
第一适用范围
 
 IEC 62660系列,QC / T 743,GB / T 31486和GB / T 31485用于电池单元和模块级测试,UL2580,SAE J2929,ISO12405和 GB / T 31467系列适用于电池组和电池系统测试。 除了IEC 62660,国外其他标准基本上涉及电池组或系统级测试。  SAE J2929和ECE R100。  2甚至提到车辆水平测试。 这表明国外标准的制定更多地考虑了电池在整车中的应用,这更符合实际应用的需求。  
 
第二测试项目的内容
 
总的来说,所有测试项目可以分为两类:电气性能和安全可靠性,而安全可靠性可以分为机械可靠性,环境可靠性,滥用可靠性和 电气可靠性。  
 
机械可靠性,它模拟行驶过程中车辆遭受的机械应力,例如振动,它模拟车辆在道路上的颠簸; 环境可靠性,可模拟车辆在不同气候下的耐受性,例如温度循环可昼夜模拟车辆温差较大或在寒冷和炎热的地方来回行驶时; 滥用可靠性,例如起火,以检查电池使用不当时的安全性; 电气可靠性(例如保护测试项目)主要用于检查电池管理系统(BMS)在关键时刻是否可以起到保护作用。  
 
就电池单元而言,IEC 62660分为两个独立的标准,即IEC 62660-1和IEC 62660-2,分别对应于性能和可靠性测试。  GB / T 31485和GB / T 31486是从QC / T 743演变而来的。在GB / T 31486中,抗振性归类为性能测试,因为该测试项目旨在检查电池振动对电池性能的影响。 与IEC 62660-2相比,GB / T 31485的测试项目更加严格,例如增加了针刺和海水浸泡。  
 
就电池组和电池系统测试而言,无论是电气性能还是可靠性,美国标准都涵盖了最多的测试项目。 在性能测试方面,DOE / ID-11069比其他标准具有更多的测试项目,包括混合脉冲功率特性(HPPC),工作设定点稳定性,日历寿命,参考性能,阻抗谱,模块控制检查测试,热管理负载以及 
 
在标准的附录中,详细介绍了电气性能测试结果的分析方法。 其中,HPPC测试可用于检测动力电池的峰值功率。 由此衍生的DC内部电阻测试方法已广泛用于电池内部电阻特性的研究。 在可靠性方面,UL2580比其他标准具有更多的测试项目:电池组不平衡充电,耐压,绝缘,连续性测试以及冷却/加热稳定性系统故障测试等,并且在生产线上还包括电池组组件 安全测试在BMS,冷却系统和保护电路设计方面加强了安全审查要求。  SAE J2929建议对电池系统的每个部分进行故障分析,并保存相关文档资料,包括改进措施以方便识别故障。  
 
 ISO 12405系列标准包括电池性能和安全性。  ISO 12405-1是高功率应用的电池性能测试标准,而ISO 12405-2是高能量应用的电池性能测试标准。 前者更冷启动和热启动内容。  GB / T 31467系列结合了我国动力电池的发展状况,并根据ISO 12405系列标准的内容进行了修改。  
 
与其他标准不同:SAE J 2929和ECE R100。  2个都涉及高压保护要求,并且属于电动汽车安全类别。 我国的相关测试项目在GB / T 18384中,GB / T 31467.3规定电池组和电池系统必须满足GB / T 18384. 1和GB / T 18384. 3的相关要求。  。  
 
第三严格程度
 
对于相同的测试项目,不同标准中指定的测试方法和判断标准也不同。 例如,对于测试样品的荷电状态(SOC),要求样品充满电(按GB / T 31467. 3)。  ISO 12405要求动力型电池SOC为50%,能量型电池SOC为100%;  ECE R100。  2电池的SOC必须大于50%; 联合国38。  3对不同的测试项目有不同的要求,有些测试项目还需要回收电池。  
 
此外,必须使用相同的样本来测试高仿真,热测试,振动,冲击和外部短路,这相对更为严格。 对于振动测试,ISO 12405要求样品在不同的环境温度下振动。 推荐的高温和低温温度分别为75°C和-40°C。 其他标准没有此要求。  
 
对于着火测试,GB / T 31467. 3中的实验方法和参数设置与ISO 12405. 3并无太大不同,它们均通过以下方式进行预热,直接燃烧和间接燃烧: 点燃燃料,但GB / T 31467. 3要求,如果有火焰,则样品必须在2分钟内熄灭,而ISO 12405则没有时间使火焰熄灭。  SAE J2929中的耐火测试与前两个不同。 它要求将样品放置在散热容器中,在90秒钟之内,将温度迅速升至890°C并保持10分钟,并且不得有任何成分或物质穿过放置在测试样品外部的金属网罩。  
 
第四,现有国内标准的不足之处
尽管相关国家标准的制定和发布填补了我国的动力锂离子电池组合系统中存在差距,虽然被广泛使用,但仍然存在不足。  
 
测试对象:所有标准仅规定了对新电池的测试。 没有关于废旧电池的相关规定和要求。 电池出厂时没有问题,这并不意味着在使用一段时间后仍是安全的,因此有必要对在不同时间使用的电池执行相同的测试,这相当于常规的物理测试。 检查。  
 
结果的判断:当前的判断是基于广泛而单一的判断,只有规定无泄漏,无外壳破裂,无火灾,无爆炸,缺乏可量化的评估体系。 欧洲汽车研究与技术委员会(EUCAR)将电池的损坏程度分为8级,具有一定的参考意义。  
 
测试项目:GB / T31467。  3缺少电池组和电池系统在热管理和热失控方面的测试内容,并且热安全性能对电池至关重要。 如何控制单电池的热失控对于防止热失控情况蔓延具有重要意义。 强制执行《电动乘用车安全技术条件》也说明了这一点。 另外,从车辆应用的角度来看,对于无损可靠性测试(例如环境可靠性),有必要在测试完成后添加电气性能测试,以模拟环境变化对车辆性能的影响 。  
 
测试方法:电池组和电池系统的循环寿命测试花费的时间太长,影响产品开发周期,并且很难很好地执行。 如何开发合理的加速循环寿命测试是困难的。  
 
 
五,小结
近年来,我国在动力锂离子电池标准的制定和应用方面取得了长足进步,但与国外标准仍有一定差距。 除了检测标准,我国的锂离子电池标准体系在其他领域也在逐步完善。  2016年11月9日,工业和信息化部发布了“锂离子电池综合标准化技术体系”,指出未来的标准体系包括基本的通用,材料和组件,设计和制造工艺,制造和测试设备。  ,电池产品等。其中,安全标准非常重要。 随着动力电池产品的更新和发展,测试标准也需要完善相应的检验测试技术,从而提高动力电池的安全水平。

 

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