解析電動汽車電池管理系統(tǒng)新國標GB/T 38661-2020 ①

王彩娟，朱相歡，田宏錦，秦劍峰

(1.中華人民共和國吳江海關,江蘇 吳江 215200；2.蘇州市吳江區(qū)檢驗檢測中心，江蘇 吳江 215200)

1 引言

2020年，特斯拉、寶馬、現代、福特、力帆、極星、威馬、零跑、中車、鄭州日產等車企都相繼發(fā)布過召回公告，全球新能源汽車召回事件頻發(fā)。據報道，召回事件的起因主要是其電動汽車用電池存在安全隱患。提高電動汽車用電池的安全性能，除了電池材料的革新，完善的汽車電池管理系統(tǒng)不可或缺。汽車電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)是電池組的“大腦”，主要負責控制和保護電池單元不受外界條件的影響，其作為動力電池安全性能保障的作用日益凸顯。目前沒有可參考的電動汽車電池管理系統(tǒng)國際標準，我國為實現電動汽車電池管理系統(tǒng)的規(guī)范化生產，推動新能源汽車行業(yè)的良性發(fā)展，正在逐步建立電動汽車電池管理系統(tǒng)標準化體系，其中新國標GB/T 38661-2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術條件》已發(fā)布實施[1]。

在此新國標發(fā)布之前，電動汽車電池管理系統(tǒng)只有行業(yè)標準QC/T 897-2011，程浩等提出該行業(yè)標準已經遠遠滯后于電池管理系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展，針對QC/T 897-2011的不足，他們從SOC/SOH/SOP測試、均衡管理、熱管理、電磁兼容性等其他方面，對未來BMS標準化的方向進行了展望[2]。這是由于之前對汽車電池管理系統(tǒng)的研究處于初期，對電池充放電管理的可靠性、電池電量均衡管理、電池狀態(tài)估算方面還有所欠缺。因此，新發(fā)布的國標GB/T 38661-2020或將成為我國電動汽車電池管理系統(tǒng)標準化的重要依據，廣大電動汽車電池相關企業(yè)應高度重視對新國標的要求解讀。為幫助相關企業(yè)全面了解新國標的各項規(guī)定，本文對新國標的檢測對象、要求和方法進行解讀，以期為相關企業(yè)提供必要的技術參考。

2 BMS功能簡介

電池管理系統(tǒng)是電動汽車動力電池系統(tǒng)的重要組成部分。它的主要目的是保證電池系統(tǒng)的設計性能，從安全性、耐久性和動力性3個方面提供作用，主要通過監(jiān)控電池系統(tǒng)的運行狀態(tài)，防止電池出現過充和過放的情況[3]。而新國標GB/T 38661-2020規(guī)定電動車用電池管理系統(tǒng)的基本功能應包括監(jiān)測或獲取數據、故障診斷信息記錄及處理、自檢、信息交互、實時通信等，如下表1所示。

表1 電動車用電池管理系統(tǒng)基本功能(GB/T38661-2020)Table 1 Basic functions of battery management system for electric vehicles in GB/T 38661-2020.

3 解讀GB/T 38661-2020

GB/T 38661-2020規(guī)定了3類檢測對象：蓄電池電子部件、蓄電池控制單元和蓄電池管理系統(tǒng)，對應7大類檢驗項目，從狀態(tài)參數測量精度、SOC估算精度、電池故障診斷、絕緣性能、電氣適應性能、環(huán)境適應性能和電磁兼容性能規(guī)定了車用電池管理系統(tǒng)的測試要求；同時這7大類檢驗項目又細分為32個檢驗分項(如下表2)[1]。

表2 檢驗項目、對象和要求(GB/T 38661-2020)Table 2 Inspection items,objects and requirements in GB/T 38661-2020.

序號檢驗對象檢驗大項檢驗分項要求章條號試驗方法章條號要求10111213141516171819202122232425安裝在電池包內部的蓄電池電子部件和蓄電池控制單元、安裝在電池外部與蓄電池系統(tǒng)有電氣連接的蓄電池電子部件和蓄電池系統(tǒng)控制單元電氣適應性能直流供電電壓5.8.16.6.1電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.1進行試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級過電壓5.8.26.6.2電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.2進行試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的C級疊加交流電壓5.8.36.6.3電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.3進行試驗,標稱電壓為12 V系統(tǒng)測試嚴酷等級2,24 V系統(tǒng)測試嚴酷等級為3,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級供電電壓緩降和緩升5.8.46.6.4供電電壓瞬態(tài)變化5.8.56.6.5電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.5進行試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的C級反向電壓5.8.66.6.6電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.6進行試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的C級短路保護5.8.76.6.7電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.7進行試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的C級環(huán)境適應性能正弦振動5.9.16.7.1電池管理系統(tǒng)應能經受標準規(guī)定的6.7.1規(guī)定的振動試驗,在試驗后應能正常工作,且滿足標準規(guī)定的5.4狀態(tài)參數測量精度的要求,并通過目檢不應有零部件脫落隨機振動5.9.26.7.2電池管理系統(tǒng)應能經受標準規(guī)定的6.7.2規(guī)定的振動試驗,在試驗后應能正常工作,且滿足標準規(guī)定的5.4狀態(tài)參數測量精度的要求,并通過目檢不應有零部件脫落機械沖擊5.9.36.7.3電池管理系統(tǒng)應能經受標準規(guī)定的6.7.3規(guī)定的振動試驗,在試驗后應能正常工作,且滿足標準規(guī)定的5.4狀態(tài)參數測量精度的要求,并通過目檢不應有零部件脫落低溫性能5.9.46.7.4電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.4.1進行低溫貯存試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的C級電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.4.2進行低溫貯存試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級高溫性能5.9.56.7.5電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.5.1進行高溫貯存試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的C級電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.5.2進行高溫貯存試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級溫度梯度5.9.66.7.6電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.6進行溫度梯度試驗,以5 ℃溫度梯度從20 ℃降到-20 ℃,然后以5 ℃溫度梯度從-20 ℃升到65 ℃,在-20 ℃至65 ℃間的每個溫度點,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級溫度循環(huán)5.9.76.7.7電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.7進行規(guī)定變化率的溫度循環(huán)試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級耐鹽霧5.9.86.7.8電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.8進行規(guī)鹽霧試驗,不得有鹽水進入殼體,在GB/T28046.1-2011規(guī)定的工作模式3.2下功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級。對于完全放置在乘員艙、行李艙或貨艙的測試對象可不進行耐鹽霧試驗。對于安裝在電池艙內部的受試對象,如果艙體防護等級達到IP67,可不進行耐鹽霧試驗濕熱循環(huán)5.9.96.7.9電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.9進行濕熱循環(huán)試驗,功能狀態(tài)應達到附錄A中規(guī)定的A級

3.1 狀態(tài)參數測量精度

GB/T 38661-2020規(guī)定的狀態(tài)參數包括:總電壓、總電流、單體(電芯組)電壓、溫度、絕緣電阻[1]，各參數的精度要求見表2。汽車電池內所含的電芯數量龐大，狀態(tài)參數測量精度是實現電池管理的前置條件。采集到的電池關鍵信息是電池管理系統(tǒng)對電池和動力裝置進行控制的控制算法和策略的前提和基礎，因此信息的采樣速率和精度均會影響電池管理系統(tǒng)的性能[3]。

3.2 SOC估算精度

SOC是指電池的荷電狀態(tài)，目前國內外普遍定義為可用容量占額定容量的百分比。汽車電池管理系統(tǒng)將SOC作為充放電的重要閾值，通過對SOC的監(jiān)測動態(tài)調整鋰離子電池充放電狀態(tài)，避免電池濫用延長使用壽命。雖然從定義看直接決定SOC值的是鋰離子電池的額定容量和可用容量。但從計算方法涉及的參數看鋰離子電池端電壓和回路電流是最重要的測量參數，故最終影響SOC估算精度的主要還是歸結于電壓和電流測量的精度。

3.3 電池故障診斷

為防止鋰離子電池出現過充、過放或過溫等濫用情況，延長電池使用壽命，必須實時監(jiān)控鋰離子電池組及各單芯電池的運行狀態(tài)，并在異常情況出現時及時進行故障診斷給出預警信號，才能為保障乘員安全贏得必要時間，避免突發(fā)事故的發(fā)生。GB/T 38661-2020對汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷的基本項目和可擴展項目分別做出規(guī)定，一方面對汽車電池管理系統(tǒng)電池故障診斷的基本功能進行界定，另一方面考慮到不同車企的產品設計需要，新國標也允許根據整車功能設計和電池系統(tǒng)的具體需要設定標準之外的故障診斷功能。

3.4 性能測試

GB/T 38661-2020參考了行業(yè)標準QC/T 897-2011，并結合車用電池的實際使用環(huán)境，從硬件性能層面對車用電池管理系統(tǒng)設定了絕緣、電氣適應、環(huán)境適應和電磁兼容的性能測試方法和判定依據[4]。與QC/ T 897-2011相比，新國標增加了12個檢驗項目：電磁兼容性能6個(傳導騷擾、電源線瞬態(tài)傳導抗擾度、信號線/控制線瞬態(tài)傳導抗擾度、電快速瞬態(tài)脈沖群抗擾度、輻射抗擾度和靜電放電)，電氣適應性能5個(直流供電電壓、疊加交流電壓、供電電壓緩降和緩升、供電電壓瞬態(tài)變化和短路保護)和環(huán)境適應性能部分1個(機械沖擊)[1]。新國標是以QC/T 897-2011為指導，結合汽車電池管理系統(tǒng)的實際使用工況對各個測試項目和結果判定進行了細化，監(jiān)測項目涵蓋了電動汽車電池管理系統(tǒng)的主要功能，是汽車電池管理系統(tǒng)標準化的重要體現。

4 結論

新國標GB/T 38661-2020的發(fā)布實施，標志著電動汽車電池管理系統(tǒng)標準化體系的不斷完善，必將影響電動汽車產業(yè)的發(fā)展。一方面新國標成為行業(yè)新門檻，是電動汽車行業(yè)優(yōu)勝劣汰的重要推手；另一方面新標準也成為行業(yè)監(jiān)督的利器，促進電動汽車電池管理系統(tǒng)的標準化生產，全面提升電動汽車電池管理系統(tǒng)的安全性，必將極大促進電動汽車產業(yè)的發(fā)展。