GB/T 36972-2018與QB/T 2947.3-2008標(biāo)準(zhǔn)差異研究

胡路遙 黃 鯤 張思瑤 魏國(guó)華 王文濤 莊宇迪

（1.嘉興威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 嘉興 314000； 2.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

電動(dòng)自行車因其經(jīng)濟(jì)和輕便的特性，成為人們熱衷的短途出行交通工具之一。為了規(guī)范電動(dòng)自行車市場(chǎng)，國(guó)家出臺(tái)了新國(guó)標(biāo)，GB 17761-2018《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》，并已經(jīng)于2019年4月15日強(qiáng)制實(shí)施。新的電動(dòng)自行車國(guó)標(biāo)明確規(guī)定電動(dòng)自行車需具有腳踏騎行能力，最高設(shè)計(jì)車速不超過(guò)25 Km/h，整車質(zhì)量（含電池）不超過(guò)55 Kg，電機(jī)功率不超過(guò)400 W，蓄電池標(biāo)稱電壓不超過(guò)48 V等［1］。鋰電池因其能量密度高、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，作為動(dòng)力來(lái)源越來(lái)越多的應(yīng)用到電動(dòng)自行車上。電動(dòng)自行車新國(guó)標(biāo)的執(zhí)行，在車型結(jié)構(gòu)、重量及相關(guān)性能等各方面要求很大程度指向鋰電款，未來(lái)電動(dòng)自行車采用鋰電池是大勢(shì)所趨。鋰電池作為電動(dòng)自行車的能量來(lái)源，是最重要的關(guān)鍵部件之一。近幾年隨著鋰電池技術(shù)的飛速發(fā)展，技術(shù)迭代速度加快，電動(dòng)自行車鋰電池在充電或正常使用過(guò)程中發(fā)生起火爆炸的事故也屢見(jiàn)報(bào)端。電池質(zhì)量的高低，直接影響到消費(fèi)者的安全和使用體驗(yàn)。為了適應(yīng)電動(dòng)自行車對(duì)鋰離子電池新的要求，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)動(dòng)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T 36972-2018《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池》。新的標(biāo)準(zhǔn)體系以鋰離子蓄電池為核心，主要從電芯及電池組、附件及部件和電動(dòng)自行車應(yīng)用等方面完善優(yōu)化，以促進(jìn)鋰離子電池在電動(dòng)自行車市場(chǎng)中的應(yīng)用。為了更好的學(xué)習(xí)和研究GB/T 36972-2018新標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)比舊有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2947.3-2008，并簡(jiǎn)要分析標(biāo)準(zhǔn)差異背后的原因。

1 標(biāo)準(zhǔn)差異概述

鋰離子電池作為電動(dòng)自行車產(chǎn)品的動(dòng)力能源，具有較為廣闊的應(yīng)用前景，適應(yīng)了電動(dòng)自行車輕量化、美觀化的需求，下圖1為車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈，為加快電動(dòng)自行車用鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)化工作，提升標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體支撐作用，工信部在2014年組織制定了《電動(dòng)自行車用鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系》。盡管近年來(lái)我國(guó)電動(dòng)自行車用鋰離子電池有了很大的發(fā)展，但與傳統(tǒng)的鉛蓄電池相比，在安全性、性價(jià)比等方面還存在一些需要解決的問(wèn)題。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2947.3-2008于2008年正式發(fā)布實(shí)施，鋰電池技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足如今電動(dòng)自行車對(duì)鋰電池的要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36972-2018的制定，參考了原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試項(xiàng)目變化較大，并新增了諸多測(cè)試項(xiàng)目。GB/T 36972-2018可以將測(cè)試分為電性能測(cè)試、電安全性測(cè)試、機(jī)械及環(huán)境安全性測(cè)試、安全保護(hù)性能測(cè)試、外殼測(cè)試五個(gè)部分，項(xiàng)目列表及與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)要差異見(jiàn)表1。

2.電性能測(cè)試差異

2.1 放電電流

針對(duì)額定容量和大功率放電性能，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，新國(guó)標(biāo)增加了測(cè)試電流大小。由原來(lái)的0.2I2、1I2分別增加為 1I2、2I2。

放電電流的大小直接影響了測(cè)試的放電容量，一般情況下，隨著放電電流越大，要求在一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)或離開(kāi)反應(yīng)位置的離子或電子數(shù)就越多，對(duì)電極和電解液的導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散速度要求就更高，若達(dá)不到要求電極將產(chǎn)生極化，對(duì)放電來(lái)講就是比不極化或極化小時(shí)更快到達(dá)截止電壓，也就是放電容量更低。大電流快速放電，是評(píng)價(jià)電池放電性能的主要指標(biāo)，也與電動(dòng)自行車在實(shí)際加速工況中的使用比較貼合。

2.2 低溫測(cè)試和高溫測(cè)試

電池是一個(gè)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，溫度是影響化學(xué)反應(yīng)最重要的因素之一。溫度對(duì)電化學(xué)反應(yīng)速率的影響很大，電池在不同溫度下的表現(xiàn)是評(píng)價(jià)電池性能的重要指標(biāo)。以下為放電容量隨溫度變化的曲線，如圖2所示。

圖1 電動(dòng)自行車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈

圖2 放電容量隨溫度變化的曲線圖

從圖2可以看出，隨著溫度的降低電池的放電容量也會(huì)逐漸降低，因?yàn)殡姌O/電解液界面上的化學(xué)反應(yīng)速率與溫度有關(guān)，溫度越低，反應(yīng)速度越慢，這就導(dǎo)致了放電容量也會(huì)大大降低；另外雖然隨著溫度的升高，反應(yīng)速率會(huì)隨之加快，但溫度一旦過(guò)高，反而會(huì)破壞電池內(nèi)的化學(xué)平衡，導(dǎo)致副反應(yīng)的產(chǎn)生，從而減慢反應(yīng)速率，相應(yīng)的放電容量也會(huì)減小。

中國(guó)國(guó)土面積廣闊，從北到南橫跨多種氣候環(huán)境?？紤]到國(guó)標(biāo)對(duì)國(guó)內(nèi)所有環(huán)境的適用情況，新國(guó)標(biāo)將低溫測(cè)試由原來(lái)的-10 ℃的溫度降低到-20 ℃，將高溫放電中的40 ℃增加到55 ℃。新標(biāo)準(zhǔn)中的低溫和高溫測(cè)試中溫度的改變會(huì)使得測(cè)試條件更加嚴(yán)苛，對(duì)于電池制造商來(lái)說(shuō)需要提前做好準(zhǔn)備來(lái)應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的變化。

2.3 荷電保持及恢復(fù)能力

電池生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的工藝流程，任何因素的疏漏都會(huì)對(duì)最終電池的電性能造成影響。電極材料純度、隔膜性能、生產(chǎn)工藝等瑕疵對(duì)電池自放電都有較大影響，嚴(yán)重時(shí)電池自放電嚴(yán)重，甚至發(fā)生內(nèi)部短路、熱失控等引起電池鼓脹、起火、爆炸?？紤]到實(shí)際中電動(dòng)自行車較長(zhǎng)時(shí)間不使用后的情況，新國(guó)標(biāo)延長(zhǎng)了荷電保持的時(shí)間，并且增加存儲(chǔ)后恢復(fù)能力項(xiàng)目的測(cè)試，比起QB/T 2947.3-2008標(biāo)準(zhǔn)，更注重實(shí)際，考慮的更完善，推動(dòng)鋰電池在電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

表1 GB/T 36972-2018與QB/T 2947.3-2008測(cè)試項(xiàng)目差異列表

2.4 內(nèi)阻測(cè)試

內(nèi)阻是作為目前國(guó)際公認(rèn)的對(duì)蓄電池最有效的、測(cè)量最便捷的性能參數(shù)，能夠反映電池的劣化程度、容量狀態(tài)等性能指標(biāo)，隨著電池劣化程度的加大，電池的內(nèi)阻也會(huì)出現(xiàn)顯著的增高，所以標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36972-2018增加內(nèi)阻的測(cè)試，能很快速的分辨出電池性能的劣化程度。

2．1 初篩和復(fù)篩基本情況 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2006－2011年總出生人口數(shù)為29 698例，共篩查27 662例，初篩率為93．14%，初篩率逐年上升，年度間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P＜0．01）。初篩通過(guò)24 928例，通過(guò)率90．12%。應(yīng)復(fù)篩2 734例，實(shí)際復(fù)篩1 644例，復(fù)篩率60．13%，復(fù)篩率逐年上升，年度間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2＝117．56，P＜0．01）。復(fù)篩通過(guò)1 413例，通過(guò)率85．95%。見(jiàn)表1。

一般使用交流法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試前，在環(huán)境溫度23℃±2℃中以I2（A）恒流放電至終止電壓，電池組按標(biāo)準(zhǔn)要求充電結(jié)束以后，在溫度為20℃±5℃的環(huán)境中擱置1h-4h，之后對(duì)電池組施加電流有效值為In、頻率為1.0kHz±0.1 kHz的交流電，用交流表測(cè)量交流電壓有效值Ua，測(cè)量時(shí)間1～5 s。所有電壓在電池組的端子進(jìn)行測(cè)量，不包括承載電流的接觸點(diǎn)。電池組的交流內(nèi)阻值Rac按式（1）計(jì)算［2］：

式中：

Rac—交流內(nèi)阻值，單位為歐姆（Ω）；

Ua—交流電壓有效值，單位為伏特（V）

In—交流電流有效值，單位為安培（A）

注：宜選擇峰值電壓低于20 mV的交流電。

3 安全性測(cè)試差異

3.1 電安全性

3.1.1 過(guò)充電測(cè)試

3.1.2 強(qiáng)制放電測(cè)試

QB/T 2947.3-2008中的過(guò)放電測(cè)試，以去除保護(hù)線路的電池組為對(duì)象，電池組放完電后，再按照0.2I2電流放電至任一單體電壓為0V［3］。國(guó)標(biāo)與之相比有根本的不同。新國(guó)標(biāo)規(guī)定，將電池組充滿電后，去除保護(hù)電路，選擇任一單體電池將其電壓放至0V，其余電池仍保持滿電狀態(tài)。再以2I2大電流放電1h［2］。單體電池批量生產(chǎn)及應(yīng)用時(shí)，電池的一致性是非常重要的因素。如果電池一致性較差，在長(zhǎng)時(shí)間的充放電使用過(guò)程中，單一電池的過(guò)充或者過(guò)放問(wèn)題就會(huì)累積，最終導(dǎo)致某一節(jié)電芯的率先失效。新國(guó)標(biāo)的測(cè)試方法，考慮到了單體電池一致性的問(wèn)題，更加貼近實(shí)際。

3.1.3 外部短路測(cè)試

與QB/T 2947.3-2008相比，新國(guó)標(biāo)在外部短路測(cè)試中主要參考了聯(lián)合國(guó)運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)UN38.3的測(cè)試條件，將外部導(dǎo)線阻值由30～50 mΩ變?yōu)?0 mΩ±20 mΩ，其余變化不大。

電安全性測(cè)試的難點(diǎn)在于它們測(cè)試時(shí)都需要將保護(hù)裝置拆除，給試驗(yàn)人員的預(yù)處理帶來(lái)了難題，同時(shí)也增加了測(cè)試的危險(xiǎn)程度。所以測(cè)試應(yīng)在有強(qiáng)制排風(fēng)條件及防爆措施的環(huán)境下進(jìn)行，測(cè)試人員要注意將自身安全放在第一位，操作完成及時(shí)遠(yuǎn)離測(cè)試儀器，等待足夠從的時(shí)間再去觀察電池。另一方面，對(duì)于過(guò)充、過(guò)放，短路測(cè)試，電池組本身有三道保護(hù)措施，第一道充電器，第二道保護(hù)裝置，第三道就是電芯本身的安全性能了，但是由于保護(hù)板的拆除，最后的防線就落在了電芯本身的安全性能上。這就意味著對(duì)電芯的要求就更高，很多測(cè)試的不合格項(xiàng)就容易出現(xiàn)在這里，所以要求電池制造商能在這個(gè)方面力求改良電芯的安全性能，爭(zhēng)取在前兩道安全防護(hù)失效的時(shí)候，還能保證測(cè)試的安全通過(guò)。

3.2 機(jī)械及環(huán)境安全性

聯(lián)合國(guó)運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)UN 38.3是鋰電池運(yùn)輸必須符合的標(biāo)準(zhǔn)，被世界上絕大多數(shù)國(guó)家承認(rèn)，應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)之一。GB/T 36972-2018標(biāo)準(zhǔn)最大的特點(diǎn)之一是參考了UN 38.3，新增了機(jī)械沖擊、低氣壓測(cè)試，振動(dòng)測(cè)試修訂后與UN 38.3保持一致。擠壓測(cè)試、高低溫沖擊在UN 38.3相關(guān)條款的基礎(chǔ)上也做了修訂，總體來(lái)說(shuō)變化不大。自由跌落測(cè)試中則是將硬木板改成了水泥板面，跌落面強(qiáng)度加強(qiáng)［2］，測(cè)試更加嚴(yán)格，另外浸水測(cè)試雖沒(méi)有做修改，但卻是很容易出現(xiàn)不合格項(xiàng)的地方，例如前段時(shí)間就有出現(xiàn)浸水實(shí)驗(yàn)電池著火的現(xiàn)象，圖3是浸水實(shí)驗(yàn)測(cè)試失敗的電池照片。

浸水實(shí)驗(yàn)作為考量電動(dòng)自行車在雨天使用的安全性很有必要，通過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)，電池包的密封性對(duì)于浸水實(shí)驗(yàn)有很大影響，密封性高的電池包在浸泡過(guò)程中可以防止內(nèi)部高壓部件及其電路被具有導(dǎo)電性的鹽水溶液侵入，因此密封性高的電池結(jié)構(gòu)是電池制造商們可以考慮的一個(gè)設(shè)計(jì)方向。

針對(duì)動(dòng)力電池芯的標(biāo)準(zhǔn)最近幾年都有出臺(tái)，GB/T 36972-2018與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，新國(guó)標(biāo)更加注重對(duì)電池組的測(cè)試評(píng)價(jià)，取消了針對(duì)單體電池的測(cè)試。單體電池安全的評(píng)估可以參考GB/T 31485-2015。

4 安全保護(hù)性能測(cè)試差異

提高電池的安全性，一方面是提高電池本身的質(zhì)量，另一方提高電池保護(hù)線路的可靠性。電池保護(hù)線路安全保護(hù)性能的測(cè)試是新增加的章節(jié)。新增項(xiàng)目有過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、短路保護(hù)、放電過(guò)流保護(hù)、靜電放電等5項(xiàng)測(cè)試［2］。電池組在具備保護(hù)線路的情況下，將更嚴(yán)酷的實(shí)驗(yàn)條件施加到樣品，以評(píng)估在極端測(cè)試條件下電池的主動(dòng)保護(hù)性能。

5 外殼

鋰離子電池作為電動(dòng)自行車產(chǎn)品的動(dòng)力能源，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。為了適應(yīng)電動(dòng)自行車輕量化、美觀化的需求，目前市場(chǎng)上電池組外殼多以非金屬材料為主。新國(guó)標(biāo)增加了專門(mén)針對(duì)外殼的測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目為模制殼體應(yīng)力測(cè)試、殼體承受壓力測(cè)試、阻燃性測(cè)試等三項(xiàng)測(cè)試［2］。

前兩項(xiàng)測(cè)試主要評(píng)估電池組在長(zhǎng)時(shí)間高溫或者表面有應(yīng)力施加時(shí)，電池組殼體的應(yīng)力及受壓能力。而阻燃測(cè)試的增加則因?yàn)榻陙?lái)，電動(dòng)自行車火災(zāi)事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全而變得尤為重要，而且阻燃測(cè)試也是電動(dòng)自行車測(cè)試很容易出現(xiàn)不合格項(xiàng)的地方。圖4是電動(dòng)自行車著火的圖片。

由此可見(jiàn)電動(dòng)自行車著火的危害是很大的，如果我們能提高電池部件材料，如主回路、主回路鏈接、與電池直接接觸的非金屬、次回路等的阻燃性能，那么將大大減小電動(dòng)自行車著火的概率，同時(shí)減少事故發(fā)生的概率，希望電池制造商們生產(chǎn)電池時(shí)多多考慮電池各個(gè)部件材料的阻燃性能，減少電動(dòng)自行車著火事件，讓大家能都安全用車。

6 結(jié)論

圖3 浸水實(shí)驗(yàn)測(cè)試失敗電池照片

圖4 電動(dòng)自行車著火照片（圖片來(lái)源于衢州新聞網(wǎng)）

隨著現(xiàn)行強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17761-2018《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》強(qiáng)制實(shí)施，QB/T 2947.3-2008標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足GB 17761-2018標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電動(dòng)自行車的種種要求，工信部正式發(fā)布出臺(tái)了GB/T 36972-2018《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池》新的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在基于GB 17761-2018標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電動(dòng)自行車更高的要求上，結(jié)合使用電動(dòng)自行車以及目前鋰電池技術(shù)發(fā)展水平的實(shí)際狀況，對(duì)QB/T 2947.3-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改良和完善。新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)無(wú)疑能促進(jìn)鋰離子電池在電動(dòng)自行車市場(chǎng)上更好的應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)于電池各方面的性能要求也更高。希望本文通過(guò)將GB/T 36972-2018與QB/T 2947.3-2008標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，能幫助我們更好的學(xué)習(xí)新標(biāo)準(zhǔn)，并能為鋰電產(chǎn)品的技術(shù)改進(jìn)提供一定的方向。