電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

孫曉娜 張華樹(shù) 韓思遠(yuǎn) 唐付靖 杜乘風(fēng)

摘? 要：以現(xiàn)行的動(dòng)力蓄電池安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485 和GB/T 31467.3為依據(jù)，對(duì)國(guó)內(nèi)外涉及動(dòng)力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述;其次，將其分別與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和GB 38031-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》進(jìn)行對(duì)比分析。以期為蓄電池安全性的研究設(shè)計(jì)及檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力蓄電池;安全標(biāo)準(zhǔn);對(duì)比分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2021）01-0002-06

Abstract： Based on the current national standards GB/T 31485 and GB/T 31467.3， the main domestic and foreign standards related to power battery safety are summarized in the paper; Then they are compared with the international standards and the GB 38031-2020 of “Electric vehicles traction battery safety requirements”. The paper is hopeful to provide reference for the research and design of battery safety and the testing work of testing institutions.

Key Words： Power Batteries; Safety Standards; Comparison and Analysis

作為電動(dòng)汽車(chē)的主要?jiǎng)恿﹄娫?，鋰離子動(dòng)力蓄電池因其具有高能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而在新能源汽車(chē)領(lǐng)域得到迅速發(fā)展[1]。隨著用戶對(duì)電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)續(xù)航里程、快充的需求及技術(shù)的進(jìn)步，使得鋰電池的能量密度不斷提高，但隨之而來(lái)的安全性問(wèn)題也逐漸凸顯，像在過(guò)充、過(guò)放、擠壓、高溫等使用條件下，鋰電池很容易發(fā)生熱失控，進(jìn)而引發(fā)起火、爆炸。針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外頒布了一系列的相關(guān)安全性標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范安全性試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及提高動(dòng)力電池安全性水平。

本文主要以我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485-2015《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》[2]和GB/T 31467.3-2015《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測(cè)試方法》[3]為基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)內(nèi)外涉及動(dòng)力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述與總結(jié);并詳細(xì)探究了GB/T 31485-2015與國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中的IEC 62660-3：2016《電動(dòng)道路車(chē)輛用二次鋰離子蓄電池第3部分：安全要求》[4]的差異;其次，將GB/T 31467.3-2015和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 12405-3：2014《電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛—鋰離子動(dòng)力電池包及系統(tǒng)測(cè)試規(guī)程第3部分：安全性要求》[5]進(jìn)行了比較;最后將國(guó)家現(xiàn)行電動(dòng)汽車(chē)用蓄電池安全要求標(biāo)準(zhǔn)與GB 38031-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》進(jìn)行對(duì)比分析，并針對(duì)現(xiàn)行國(guó)家安全要求標(biāo)準(zhǔn)指出存在的不足并提出相應(yīng)的建議。

1? ? 國(guó)內(nèi)外安全性標(biāo)準(zhǔn)綜述

目前，國(guó)內(nèi)外涉及動(dòng)力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)際電工委員會(huì)IEC 62660系列[6]、國(guó)際上最大的汽車(chē)工程學(xué)術(shù)組織-美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)工程師學(xué)會(huì)SAE J2929：2013[7] 、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 12405-3：2014、美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室UL 2580：2013[8]、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485—2015 和GB/T31467.3—2015。表1簡(jiǎn)單綜述了以上各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試對(duì)象、規(guī)范及技術(shù)要求。

我國(guó)目前施行的國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485-2015是以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 743-2006《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子蓄電池》[9]和QC/T 744-2006《電動(dòng)汽車(chē)用金屬氫化物鎳蓄電池》[10]的安全性內(nèi)容為基礎(chǔ)，這些標(biāo)準(zhǔn)都是針對(duì)電池單體和模塊級(jí)別的;而GB/T 31467.3標(biāo)準(zhǔn)參考了ISO 12405-3，該標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)電池包或電池系統(tǒng)級(jí)別的。與QC/T 743、QC/T 744相比，新的國(guó)家安全性推薦標(biāo)測(cè)試對(duì)象范圍更廣，不再是單一類(lèi)型的動(dòng)力電池，增加了動(dòng)力電池包和電池系統(tǒng)級(jí)別的安全性測(cè)試，更加符合車(chē)輛真實(shí)運(yùn)行狀態(tài);其次，由之前默認(rèn)的C/3充放電倍率變成1C，對(duì)測(cè)試的要求更嚴(yán)。

2? ? 現(xiàn)行國(guó)標(biāo)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)解析

2.1? ?GB/T 31485與IEC 62660-3對(duì)比分析

GB/T 31485檢測(cè)項(xiàng)目共有九項(xiàng)，取消了針刺這一項(xiàng)，征求意見(jiàn)稿的編制說(shuō)明給出三點(diǎn)理由，第一，準(zhǔn)入管理里面規(guī)定暫不執(zhí)行;第二，兩個(gè)IEC等標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有采用針刺;第三，針刺與實(shí)際失效模式不相符。IEC 62660-3將檢測(cè)項(xiàng)目分為機(jī)械測(cè)試、熱安全測(cè)試和電氣測(cè)試三類(lèi)。GB/ T 31485和IEC 62660-3的比較見(jiàn)表2。由表2我們可以看出，GB/ T 31485對(duì)擠壓形變量和擠壓速度的要求更高，而IEC 62660-3對(duì)觀察時(shí)間要求的更久;IEC62660-3對(duì)溫度循環(huán)測(cè)試項(xiàng)目的循環(huán)次數(shù)要求更多;GB/T 31485對(duì)過(guò)充試驗(yàn)的電壓要求更嚴(yán)格;IEC 62660-3的過(guò)放電試驗(yàn)比GB/T 31485多一個(gè)電壓截止條件。從表2的檢測(cè)項(xiàng)目上看，GB/T 31485對(duì)動(dòng)力電池在使用過(guò)程和運(yùn)輸中的安全性都比較關(guān)注，而IEC 62660-3只側(cè)重模擬電池在使用過(guò)程中的安全性能[11]。

2.2? ?GB/T 31467.3與ISO 12405-3對(duì)比分析

GB/T 31467.3標(biāo)準(zhǔn)和ISO 12405-3都是針對(duì)于電池包或電池系統(tǒng)級(jí)別的測(cè)試。兩者的檢測(cè)項(xiàng)目的差異如表3所示。另外，對(duì)于一些相同的測(cè)試項(xiàng)，兩者的測(cè)試條件和技術(shù)要求也不全相同。例如，對(duì)于待測(cè)樣品的荷電狀態(tài)，GB/T 31467.3要求樣品為滿電態(tài);而ISO 12405-3中功率型電池荷電狀態(tài)要求為50%，能量型電池要求為100%;對(duì)于火燒試驗(yàn)，兩者的試驗(yàn)條件大體相同，但是測(cè)試結(jié)果GB/T 31467.3要求測(cè)試樣品無(wú)爆炸現(xiàn)象，若有火苗，須在火源移開(kāi)后2min內(nèi)熄滅，而ISO 12405-3只要求測(cè)試樣品不得出現(xiàn)爆炸跡象。

3? ? 現(xiàn)行國(guó)標(biāo)與GB 38031-2020對(duì)比分析

隨著動(dòng)力電池技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，我國(guó)的動(dòng)力電池及系統(tǒng)安全相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地更新和完善。GB 38031-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》是在GB/T 31485和GB/T 31467.3基礎(chǔ)上修訂的，并由指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，其中，繼續(xù)沿用GB/T 31485測(cè)試方法和要求的項(xiàng)目有電池單體過(guò)放電、短路、加熱、溫度循環(huán);繼續(xù)使用GB/T 31467.3的測(cè)試方法和要求的項(xiàng)目有模擬碰撞、濕熱循環(huán)、溫度沖擊、高海拔。另外， GB 38031-2020取消、修改以及新增檢測(cè)項(xiàng)目如表4所示。電池包或系統(tǒng)振動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目，試驗(yàn)前，要求將測(cè)試對(duì)象的SOC狀態(tài)調(diào)至不低于制造商規(guī)定的正常SOC工作范圍50%。振動(dòng)時(shí)，x、y、z軸每個(gè)方向分別施加隨機(jī)和定頻振動(dòng)載。對(duì)于裝載在M1、N1類(lèi)車(chē)輛上的電池包或系統(tǒng)和其他車(chē)輛的電池包或系統(tǒng)所設(shè)置振動(dòng)參數(shù)都有所差異;關(guān)于電池包或系統(tǒng)機(jī)械沖擊檢測(cè)項(xiàng)目，新增加“相鄰兩次沖擊的間隔時(shí)間以兩次沖擊在試驗(yàn)樣品上造成的響應(yīng)不發(fā)生相互影響為準(zhǔn)，一般不小于5倍沖擊脈沖持續(xù)時(shí)間”的脈沖間隔要求，是考慮到機(jī)械沖擊為短時(shí)高能量的脈沖信號(hào)，會(huì)激發(fā)電池包或系統(tǒng)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，當(dāng)激勵(lì)脈沖結(jié)束時(shí)，結(jié)構(gòu)可能仍處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果立刻進(jìn)行下一次沖擊將帶來(lái)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn);電池包或系統(tǒng)浸水安全試驗(yàn)的海水浸泡和IPX7兩種測(cè)試方法分表對(duì)應(yīng)進(jìn)水后和確保不進(jìn)水兩種技術(shù)思路，另外，試驗(yàn)后將電池包取出水面，靜置觀察2h是為了考慮人員的安全。

GB 38031-2020首次就電池包或系統(tǒng)熱擴(kuò)散提出安全性要求，這對(duì)于整個(gè)動(dòng)力電池安全性研究具有深遠(yuǎn)的影響。本標(biāo)準(zhǔn)提供針刺和加熱兩種觸發(fā)熱失控的方法，制造商可以選擇其中一種方法，也可自行選擇其他方法來(lái)觸發(fā)熱失控。通過(guò)由檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供熱擴(kuò)散乘員保護(hù)分析報(bào)告來(lái)約束并提高制造商在電池包或系統(tǒng)層級(jí)的熱擴(kuò)散安全能力，可以有效降低乘員的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

總而言之，由表4可以看出GB 38031-2020對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目作出較大的變動(dòng)，該標(biāo)準(zhǔn)參考國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并充分結(jié)合國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池的實(shí)際運(yùn)行工況和環(huán)境條件，不斷地完善，從而促進(jìn)我國(guó)動(dòng)力電池的長(zhǎng)久發(fā)展和提高我國(guó)在國(guó)際貿(mào)易中的地位。

4? ? 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不足

目前國(guó)內(nèi)外的安全性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試對(duì)象都是針對(duì)新動(dòng)力蓄電池樣品，而未對(duì)電池在使用后期的安全性提出檢測(cè)要求，因此，有必要建立如何評(píng)價(jià)使用不同時(shí)間的蓄電池的安全可靠性;現(xiàn)用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求只有“樣品無(wú)泄漏、外殼破裂、著火或爆炸等現(xiàn)象”，判斷依據(jù)太過(guò)單一、寬泛，缺少可量化的評(píng)判體系。另外，對(duì)于非破環(huán)性的安全性試驗(yàn)，如環(huán)境測(cè)試，在試驗(yàn)之后有必要進(jìn)行電性能測(cè)試，來(lái)模擬整車(chē)經(jīng)歷環(huán)境溫度變化后性能是否受到影響;目前測(cè)試都是針對(duì)電池零部件，而很少涉及到裝載在整車(chē)上的測(cè)試，應(yīng)將蓄電池和整車(chē)有機(jī)的統(tǒng)一，加強(qiáng)相關(guān)測(cè)試研究，使測(cè)試更加符合實(shí)際運(yùn)行工況，結(jié)果更加精確。

隨著動(dòng)力蓄電池技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂也應(yīng)該緊跟步伐，及時(shí)地做出相應(yīng)的修訂和完善，從而促進(jìn)電池行業(yè)健康快速發(fā)展，提升行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

5? ? 總結(jié)

本文主要以GB/T 31485和GB/T 31467.3為基礎(chǔ)，與國(guó)外涉及動(dòng)力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析;其次，將現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與即將施行的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 38031-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》進(jìn)行解讀與分析，并指出現(xiàn)行動(dòng)力蓄電池安全標(biāo)準(zhǔn)的一些不足之處。希望能夠?yàn)閯?dòng)力蓄電池的檢測(cè)工作以及研發(fā)提供一定的參考。

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