BMS標準GB/T 38661-2020與QC/T 897-2011的對比

程 浩，白國軍，何志輝，葛 亮

(廣東省珠海市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 珠海 519000 )

全國汽車標準化技術(shù)委員會提出并歸口的QC/T 897-2011《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》[1]實施已超過10年。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電動汽車用電池管理系統(tǒng)(BMS)的產(chǎn)品形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，該標準的適應性和兼容性不夠，且市場對BMS產(chǎn)品的安全性和可靠性提出了更高的要求。GB/T 38661-2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》[2]標準已于2020年3月31日發(fā)布，2020年10月1日起正式實施。

本文作者全面對比分析了國家標準GB/T 38661-2020與行業(yè)標準QC/T 897-2011兩種電動汽車用BMS標準文件，從試驗內(nèi)容和試驗方法等方面，考查兩個標準的異同點，以便為BMS產(chǎn)品的開發(fā)、標準測試提供參考。

1 標準介紹

GB/T 38661-2020與QC/T 897-2011均是電動汽車用BMS技術(shù)條件的標準，其中的所有試驗項目可歸納為：基本性能試驗、電氣適應性能試驗、環(huán)境適應性能試驗、電磁兼容性能試驗以及附錄。GB/T 38661-2020標準試驗包括4項基本性能試驗，7項電氣適應性能試驗，10項環(huán)境適應性能試驗，7項電磁兼容性能試驗以及2項附錄增加的試驗項目；QC/T 897-2011標準測試包括4項基本性能試驗，3項電氣適應性能試驗，9項環(huán)境適應性能試驗，1項電磁兼容性能試驗，具體內(nèi)容見表1。

表1 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011試驗項目總結(jié)

2 標準試驗內(nèi)容比較

2.1 標準適用范圍

QC/T 897-2011和GB/T 38661-2020均適用于電動汽車用BMS，不同點在于GB/T 38661-2020將電動汽車用BMS分為鋰離子動力電池和鎳氫動力電池的管理系統(tǒng)，并且在試驗結(jié)果要求上有較大的差異。QC/T 897-2011未對BMS的應用對象進行進一步的區(qū)分，雖然目前市場上電動汽車大部分采用鋰離子動力電池，但鎳氫電池仍有一定的市場份額[3]，如豐田普銳斯。鋰離子電池與鎳氫電池在性能上差別較大，對BMS的設計與要求不盡相同，因此，根據(jù)應用電池的類型對BMS進行區(qū)分測試，更具有科學性。

2.2 BMS基本功能要求

GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011均對BMS的基本功能提出了一定的要求，包括電池參數(shù)檢測[總電壓、總電流、單體(電芯組)電壓、溫度等]、故障診斷、故障信息記錄以及故障處理。要求BMS具有與整車其他控制器進行信息交互、充電過程控制與管理的功能，且可實現(xiàn)與充電機實時通訊，還要有防過充、過放、過流、過溫等保護功能。此外，GB/T 38661-2020增加了對BMS自檢、高壓互鎖檢測、SOP估算以及均衡功能的要求，這是新能源汽車行業(yè)的不斷發(fā)展對BMS提出的要求。

表2 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011對BMS基本功能的要求

2.3 狀態(tài)參數(shù)測量精度

BMS狀態(tài)參數(shù)試驗項目包括總電壓、總電流、單體(電芯組)電壓、溫度、絕緣電阻和絕緣耐壓。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011的狀態(tài)參數(shù)精度要求如表3所示。

表3 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011狀態(tài)參數(shù)測量精度要求

GB/T 38661-2020對狀態(tài)參數(shù)測量精度要求總體高于QC/T 897-2011，且部分參數(shù)因電池類型不同而具有不同的測試精度要求。在電池總電壓采集精度方面，GB/T 38661-2020要求不高于±1%總量程(FS)，而QC/T 897-2011僅要求不高于±2%FS；在總電流采集精度方面，GB/T 38661-2020要求鋰離子電池和鎳氫電池分別不高于±2%FS和±3%FS，QC/T 897-2011要求所有均不高于±3%FS；在單體(電芯組)電壓采集精度方面，GB/T 38661-2020要求鋰離子電池和鎳氫電池均不高于±0.5%FS且最大分別不超過10 mV和±1%FS，QC/T 897-2011要求所有均不高于±0.5%FS；在溫度采集精度方面，GB/T 38661-2020分別在-20～65 ℃、-40～-20 ℃、65～125 ℃等3個溫度范圍內(nèi)，對鋰離子電池和鎳氫電池分別要求為不高于±2 ℃、±3 ℃、±3 ℃和±3 ℃、±5 ℃、±5 ℃，QC/T 897-2011要求所有均不高于±2 ℃。

在絕緣耐壓性能方面，GB/T 38661-2020要求：完成濕熱循環(huán)試驗后的待測BMS，在非工作狀態(tài)下，按要求施加直流電壓時的絕緣電阻不小于10 MΩ；在工作狀態(tài)下，絕緣電阻不小于100 Ω/V，交流電下的絕緣電阻不小于500 Ω/V。QC/T 897-2011要求：對待測BMS直接施加500 V的直流電壓，絕緣電阻不低于2 MΩ。綜上可知，GB/T 38661-2020對BMS的絕緣性能要求明顯高于QC/T 897-2011，且GB/T 38661-2020標準對絕緣耐壓測試項目的試驗順序進行限定，這對BMS的絕緣耐壓性能設計提出了更高的要求。

2.4 電池故障診斷

電池故障診斷是BMS的重要功能之一[4]，標準文件均將電池故障診斷試驗項目分為基本試驗項和可拓展試驗項。相對于QC/T 897-2011，GB/T 38661-2020將原屬于基本試驗項的“電池溫度低”列為可拓展試驗項，并且在可拓展試驗項中增加了“SOC跳變”，減少了“內(nèi)部通信網(wǎng)絡故障”和“電池連接松動”故障診斷項目。這種微調(diào)在一定程度上是對電池系統(tǒng)故障診斷項目分類的優(yōu)化。

表4 電池系統(tǒng)故障診斷試驗項目 Table 4 Fault diagnosis test items of battery system

2.5 電氣適應性

電氣適應性試驗主要是為了測試外部供電異常情況對BMS運行狀況以及功能的影響。相對于QC/T 897-2011僅有過電壓、欠電壓及反向電壓試驗等項目，GB/T 38661-2020增加了直流供電電壓、疊加交流電壓、供電電壓緩降和緩升、供電電壓瞬態(tài)變化以及短路保護，并且取消了欠電壓試驗。這種變化主要是因為QC/T 897-2011中電氣適應性試驗主要參照普通電氣/電子設備標準，與汽車領(lǐng)域標準融合度不夠[5]，而GB/T 38661-2020中電氣適應性的試驗方法直接引用GB/T 28046.2-2011《道路車輛 電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗 第2部分：電氣負荷》[6]，更符合BMS作為新能源汽車車載零部件的特點，以更高的標準要求BMS產(chǎn)品的安全性與可靠性。

2.6 環(huán)境適應性

BMS作為車載動力電池系統(tǒng)的控制器，應在各種車載環(huán)境下具有一定的運行穩(wěn)定性。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011均對BMS的環(huán)境適應性有一定的要求，但在具體試驗項目上有些許差異。環(huán)境適應性試驗一般細分為機械安全性試驗和氣候安全性試驗。與QC/T 897-2011相比，在機械安全性試驗方面，GB/T 38661-2020增加了機械沖擊和隨機振動試驗，測試方法引用GB/T 28046.3-2011《道路車輛 電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗 第3部分：機械負荷》[7]，使BMS的機械安全性試驗更加全面；氣候安全性試驗項目中，GB/T 38661-2020增加了溫度梯度試驗，減少了耐溫度變化性能試驗，其他試驗項目相同，但是引用的試驗方法標準不同。QC/T 897-2011主要引用GB/T 2423電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗的一系列試驗方法標準，而GB/T 38661-2020主要引用GB/T 28046.4-2011《道路車輛 電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗 第4部分：氣候負荷》[8]，側(cè)重于汽車領(lǐng)域的電子電氣環(huán)境適應性能試驗，更符合新能源汽車行業(yè)要求。

2.7 SOC估算精度及估算方法

SOC估算精度是衡量BMS性能優(yōu)劣的關(guān)鍵依據(jù)之一。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011對BMS的SOC估算精度試驗均具有一定要求，但試驗工況不盡相同。QC/T 897-2011采用4種簡單的典型充放電工況，測試BMS的SOC采集精度，充放電時間一般控制在50～90 s；GB/T 38661-2020采用聯(lián)邦城市運行工況(FUDS)以及動態(tài)應力測試工況(DST)的充放電工況，能更好地反映BMS在實車上的運行狀況。DST工況試驗時間控制在360 s，而FUDS工況則長達1 400 s，尤其是GB/T 38661-2020在低溫(≤15 ℃)、常溫(25 ℃)、高溫(≥35 ℃)條件下，增加了SOC誤差修正速度試驗，對SOC的估算修復提出了較高的要求，增加了SOC估算的可信度，并且能夠避免實車行駛中因SOC跳變而引起的產(chǎn)品質(zhì)量安全問題。

表5 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011對SOC試驗的要求

2.8 SOP估算誤差試驗以及均衡試驗

動力電池系統(tǒng)的SOP是衡量動力電池可輸出功率和估算車輛續(xù)航里程的重要參數(shù)之一，準確性日益受到產(chǎn)品開發(fā)者與消費者的重視。QC/T 897-2011尚未對動力電池SOP估算精度提出要求，但GB/T 38661-2020對SOP估算誤差試驗作出了詳細規(guī)定，要求通過恒功率脈沖充放電測試擬合曲線來計算SOP估算誤差，填補了SOP估算測試方法的空白。

動力電池均衡技術(shù)作為BMS的核心技術(shù)之一，可提升電池系統(tǒng)的單體一致性，合理智能化調(diào)整均衡電池單體容量，并且為提升電池系統(tǒng)的安全性與可靠性提供了重要保障，一直受到BMS研發(fā)的重視。QC/T 897-2011未對電池均衡作出試驗要求，而GB/T 38661-2020不僅要求BMS應具有均衡功能，同時在附錄E部分給出均衡試驗方法，且要求試驗電池串聯(lián)數(shù)不低于5串，填補了BMS均衡試驗方法的空白。

2.9 電磁兼容性

電動汽車中的電子電氣環(huán)境復雜，而BMS是動力電池系統(tǒng)的“大腦”，因此，電磁兼容性測試對于BMS尤為重要。QC/T 897-2011主要依據(jù)GB/T 17619《機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法》[9]對BMS的電磁輻射抗擾性進行檢測，要求簡單且試驗項目單一，不利于管控BMS的電磁兼容性。GB/T 38661-2020主要依據(jù)GB/T 18655-2018《車輛、船和內(nèi)燃機無線電騷擾特性用于保護車載接收機的限值和測量方法》[10]進行傳導騷擾試驗和輻射騷擾試驗；依據(jù)GB/T 21437.2-2008《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾 第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導》[11]進行電源線瞬態(tài)傳導抗擾度試驗；依據(jù)GB/T 21437.3-2012《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾 第3部分：除電源線外的導線通過容性和感性耦合的電瞬態(tài)發(fā)射》[12]進行信號線/控制線瞬態(tài)傳導抗擾度試驗；依據(jù)GB/T 17626.4-2018《電磁兼容試驗和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》[13]進行電快速瞬態(tài)脈沖群抗擾度試驗；依據(jù)GB/T 33014.2-2016 《道路車輛 電氣/電子部件對窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗方法 第2部分：電波暗室法》[14]、GB/T 33014.4-2016《道路車輛 電氣/電子部件對窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗方法 第4部分：大電流注入(BCI)法》[15]、ISO 11452-8：2015《道路車輛窄帶輻射電磁能量的電干擾元部件試驗方法 第8部分：磁場抗擾性》[16]的試驗方法分別進行輻射抗擾度試驗、大電流注入試驗、磁場抗擾度試驗；依據(jù)GB/T 19951-2019《道路車輛 電氣/電子部件對靜電放電抗擾性的試驗方法》[17]中測試及布置相關(guān)規(guī)定進行靜電放電試驗。綜上可知，GB/T 38661-2020通過增加電磁兼容性測試項目，引用更合理的測試方法標準，使BMS電磁兼容性測試更加全面，測試方法更加合理，能更好地促進BMS的質(zhì)量管控及行業(yè)的發(fā)展。

3 標準試驗樣品數(shù)比較

若完成標準文件規(guī)定的全部試驗項目，GB/T 38661-2020至少需要5組試驗樣品，而QC/T 897-2011只需要3組。GB/T 38661-2020標準要求：所有測試樣品均要求狀態(tài)參數(shù)測量精度以及絕緣電阻測試，樣品1完成SOC估算精度試驗以及電池故障診斷，樣品2進行絕緣耐壓性能和氣候安全性試驗，樣品3進行電氣適應性試驗，樣品4進行機械安全性試驗，樣品5進行電磁兼容性試驗。QC/T 897-2011標準要求：全部樣品同樣需要進行狀態(tài)參數(shù)測量精度以及絕緣電阻試驗，樣品1完成絕緣耐壓、耐電源極性反接以及電磁兼容性所有試驗內(nèi)容，樣品2完成耐濕熱性能以及耐振動性能試驗，樣品3則完成剩余的所有試驗項目。對比可知，GB/T 38661-2020試驗項目的試驗樣品分組更合理，電性能試驗、機械安全性試驗、氣候環(huán)境試驗、電磁兼容性試驗使用不同組別的樣品試驗，避免類型差距較大的試驗項目之間對試驗結(jié)果的干擾，因此，試驗項目更多，分組更為細致的GB/T 38661-2020所需的試驗樣品數(shù)更多。

4 結(jié)論

本文作者對比QC/T 897-2011和GB/T 38661-2020標準文件，分析后得出以下結(jié)論：

GB/T 38661-2020將鋰離子電池用和鎳氫動力電池用BMS的試驗要求作出差異化要求，能夠更好地適應市場上的BMS產(chǎn)品，更具有科學性。

GB/T 38661-2020的BMS試驗項目更全面，不僅增加了電氣適應性的試驗項目，而且在電磁兼容性試驗方面更完善，還增加了SOP試驗以及均衡試驗，對BMS的試驗要求更加全面。

GB/T 38661-2020根據(jù)BMS的技術(shù)現(xiàn)狀，不僅采用更真實復雜的FUDS和DST工況來測試BMS的SOC估算精度，還增加了BMS的SOC誤差修正速度試驗，對BMS的SOC估算精度提出了更高的要求。

總而言之，GB/T 38661-2020作為現(xiàn)行的BMS國家標準文件，在QC/T 897-2011行業(yè)標準的基礎上進行了較大完善，試驗項目更多，試驗方法更加科學，試驗結(jié)果要求更高，更適應BMS市場的技術(shù)現(xiàn)狀與行業(yè)發(fā)展需求，能更好的推動新能源汽車行業(yè)不斷前進。