T/BBIA 4-2022 與GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)差異性研究

張馨予，劉學(xué)良，吳金輝，陳澤彥，張思瑤，黃鯤

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司廣州 510000）

引言

鋰電池因其自放電率低、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、輕便等優(yōu)點(diǎn)，作為動(dòng)力來(lái)源更多的應(yīng)用到電動(dòng)自行車上。將來(lái)電動(dòng)自行車使用智能鋰電池是大勢(shì)所趨。鋰電池作為電動(dòng)自行車的重要能量來(lái)源，是最重要的關(guān)鍵部件之一。近年來(lái)隨著電動(dòng)自行車的智能化，鋰電池技術(shù)的迭代，發(fā)展速度加快，電動(dòng)自行車鋰電池在充電或正常使用過(guò)程中發(fā)生起火爆炸的事故頻繁出現(xiàn)。電池產(chǎn)品的質(zhì)量，直接影響到消費(fèi)者的使用體驗(yàn)及人身安全。為了規(guī)范電動(dòng)自行車鋰電池產(chǎn)品市場(chǎng)，北京市自行車電動(dòng)車行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)自行車用鋰離子動(dòng)力電池組技術(shù)規(guī)范》，并于2022 年04 月01 日正式實(shí)施。為了適應(yīng)電動(dòng)自行車對(duì)鋰電池最新要求，《電動(dòng)自行車用鋰離子動(dòng)力電池組技術(shù)規(guī)范》圍繞市場(chǎng)需要和監(jiān)管需求，重點(diǎn)對(duì)電池型號(hào)命名與電池組永久性唯一編碼標(biāo)識(shí)、充放電接口防觸電保護(hù)、電池組安裝電池管理系統(tǒng)（BMS），以及電器輸出接口安全性、充電器分類和充電器防護(hù)等級(jí)等進(jìn)行了明確要求，填補(bǔ)了電動(dòng)自行車用鋰電池及充電器產(chǎn)品安全技術(shù)要求的空白。為了更好的學(xué)習(xí)和研究T/BBIA 4-2022 團(tuán)體新標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)比原有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36972-2018，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

國(guó)標(biāo)GB/T 36972-2018 于2018 年正式發(fā)布實(shí)施，鋰電池技術(shù)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法全面覆蓋市場(chǎng)電動(dòng)自行車對(duì)鋰電池的要求。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/BBIA 4-2022 的制定，基于GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試內(nèi)容有所區(qū)別，并新增了一些測(cè)試項(xiàng)目。T/BBIA 4-2022 可以將測(cè)試分為技術(shù)要求、電性能測(cè)試、安全要求、保護(hù)能力要求、組合外殼安全要求、電池管理系統(tǒng)（BMS）六個(gè)部分，如圖1。下面對(duì)技術(shù)要求、電性能測(cè)試、安全測(cè)試、保護(hù)能力測(cè)試、電池管理系統(tǒng)（BMS）的5 個(gè)方面存在的差異點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)組成部分

1.1 技術(shù)要求方面

團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 比GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)新增了兩個(gè)測(cè)試，分別是標(biāo)識(shí)要求和充放電接口測(cè)試。首先從電池組標(biāo)識(shí)的規(guī)范性切入，明確電池組參數(shù)及使用、警示事項(xiàng)、環(huán)?；厥盏?；并增加了標(biāo)識(shí)耐腐蝕，耐熱試驗(yàn)，要求標(biāo)識(shí)具有永久性。再就是對(duì)易于出問(wèn)題的充放電接口給予要求，保證電池組的安全使用；進(jìn)一步強(qiáng)化電池組的安全管控，確保使用安全。具體如下：

1）新增了標(biāo)識(shí)的要求，并針對(duì)標(biāo)識(shí)制定試驗(yàn)方法耐腐蝕、耐熱試驗(yàn)，要求其具有永久性。同時(shí)具備環(huán)保標(biāo)志（回收標(biāo)志），對(duì)標(biāo)識(shí)有更嚴(yán)格的要求，有利于產(chǎn)品合格更好的驗(yàn)證。

2）對(duì)充放電接口提出防觸電保護(hù)、端子和端頭、插座的結(jié)構(gòu)、插頭和連接器的結(jié)構(gòu)、絕緣電阻、電氣強(qiáng)度、爬電距離、電氣間隙應(yīng)符合GB/T 11918.1-2014 的規(guī)定，其它特殊要求見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)附錄A。

1.2 電性能測(cè)試方面

團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 沒(méi)有了內(nèi)阻測(cè)試，主要針對(duì)電池組生產(chǎn)工藝、焊接方式等進(jìn)行考核。

1.3 安全要求方面

在過(guò)充電測(cè)試中，團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022針對(duì)電池單體，而GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)電池組進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試對(duì)象不同，考核點(diǎn)不同。團(tuán)標(biāo)側(cè)重單體電芯，對(duì)企業(yè)選擇電芯的質(zhì)量提出了更高的要求。

1.4 保護(hù)能力測(cè)試方面

在保護(hù)能力要求測(cè)試方面，團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 沒(méi)有靜電放電測(cè)試。

1.5 電池管理系統(tǒng)（BMS）方面

由于近幾年電池產(chǎn)品更新迭代，新產(chǎn)品在電池管理方面上得到更大的優(yōu)化，在產(chǎn)品狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)、SOC 精度估算的優(yōu)化等方面得到很大的提升。團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 新增了5.6 電池管理系統(tǒng)（BMS），要求了電池組應(yīng)安裝電池管理系統(tǒng)（BMS），且應(yīng)具有以下功能：

1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集功能，電池組在充電、放電的狀態(tài)下應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)采集電池單體電壓、電池組總電壓、溫度、電流、SOC 數(shù)值、充放電次數(shù)，其中電池單體電壓、電池組總電壓、溫度、電流采集頻次不應(yīng)低于1 次/s，并能夠有限度保存；

2）故障報(bào)警功能，電池管理系統(tǒng)（BMS）應(yīng)具有過(guò)溫報(bào)警、過(guò)電流報(bào)警，和電池單體過(guò)電壓報(bào)警功能，且報(bào)警信號(hào)能夠正確指示或輸出到整車信息顯示接口；

3）保護(hù)功能，具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和電池單體電壓保護(hù)功能；

4）通訊功能，應(yīng)具有與整車控制系統(tǒng)、電機(jī)控制器、充電裝置（充電器/充電柜）的通訊功能；

5）數(shù)據(jù)上傳功能，應(yīng)具有將1）中采集到的數(shù)據(jù)上傳的功能。

表1 T/BBIA 4-2022 與GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)差異概述

2 部分典型測(cè)試分析

2.1 過(guò)充電測(cè)試

過(guò)充電是鋰離子電池需要面臨的最危險(xiǎn)的濫用工況之一。當(dāng)電池發(fā)生過(guò)充電時(shí)，鋰離子無(wú)法嵌入已經(jīng)飽和的負(fù)極，會(huì)在負(fù)極表面析出鋰枝晶，沉積的鋰枝晶可能會(huì)刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路，在短路點(diǎn)附近產(chǎn)生局部高溫；此外，正負(fù)極之間過(guò)高的電勢(shì)差會(huì)導(dǎo)致電解液大量分解，產(chǎn)生大量的熱，并釋放出包括氧氣在內(nèi)的各種氣體，使電池內(nèi)部積聚大量的熱量與壓力。

T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中，過(guò)充電測(cè)試的測(cè)試對(duì)象是電池單體，測(cè)試方法是以I2（A）恒流充電至制造商規(guī)定的充電終止電壓的1.5 倍后停止充電，在試驗(yàn)溫度下觀察1 h。

GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)中，過(guò)充電測(cè)試的測(cè)試對(duì)象是電池組，測(cè)試方法是以I2（A）恒流，限壓n×5 V（n 為電池組內(nèi)單體電池或單體電池并聯(lián)塊的串聯(lián)級(jí)數(shù)）充電90 min，之后擱置6 h，目檢蓄電池組外觀。

由于電芯一致性或工藝等原因，在GB/T 36972-2018標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件下，部分電芯可能會(huì)先于電池組內(nèi)其他電芯發(fā)生失效，使其他電芯需要承受高于1.5 倍上限電壓的測(cè)試電壓。如圖2 所示，在對(duì)一個(gè)3 串電池組參照GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于3#電芯先于其他電芯發(fā)生失效，導(dǎo)致1#和2#電芯承受的測(cè)試電壓明顯增加，其中1#電芯在失效前最高承受了1.9倍上限電壓。由此可見(jiàn)，GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重考核的是電芯產(chǎn)品的一致性問(wèn)題，在一致性不良的情況下，采用GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法會(huì)對(duì)電池構(gòu)成更嚴(yán)酷的考驗(yàn)。而T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中的過(guò)充電測(cè)試側(cè)重考核的是單個(gè)電芯的過(guò)充承受能力，加強(qiáng)對(duì)單體電池的考核，對(duì)電芯制造商來(lái)說(shuō)需要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面有更高的技術(shù)要求（圖3、4）。

圖2 GB/T 36972-2018 過(guò)充電測(cè)試數(shù)據(jù)曲線圖

圖3 T/BBIA 4-2022 過(guò)充電測(cè)試實(shí)物圖

注1：I2為2 h 率放電電流，其數(shù)值等于0.5C2（A）

2.2 相關(guān)放電測(cè)試

當(dāng)電池組處在BMS 失效、低SOC 狀態(tài)下長(zhǎng)期存儲(chǔ)等極端工況時(shí)電池組中的電池有可能會(huì)發(fā)生過(guò)放電。當(dāng)鋰電池發(fā)生過(guò)放電時(shí)，負(fù)極的鋰離子過(guò)度脫嵌，導(dǎo)致負(fù)極材料的層狀結(jié)構(gòu)崩塌，進(jìn)而導(dǎo)致電池容量發(fā)生不可逆的衰減；此外，過(guò)放電還有引起負(fù)極的銅箔溶解等風(fēng)險(xiǎn)，溶解的銅元素在充電的過(guò)程中會(huì)在負(fù)極表面析出，產(chǎn)生的金屬銅枝晶可能會(huì)刺穿隔膜，引起正負(fù)極短路，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池徹底失效。

T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中，安全測(cè)試中的相關(guān)放電試驗(yàn)項(xiàng)是過(guò)放電測(cè)試，測(cè)試對(duì)象是電池組，拆除保護(hù)裝置，并充滿電后，將電池組以2I2（A）恒流放電90 min，觀察1 h，目檢電池組外觀。

GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)中，安全測(cè)試中的相關(guān)放電試驗(yàn)項(xiàng)是強(qiáng)制放電測(cè)試，測(cè)試對(duì)象是電池組。拆除保護(hù)裝置，并充滿電后，將電池組中的任何一個(gè)單體電池進(jìn)行放電至終止電壓，其余單體電池均為充滿電狀態(tài)，之后對(duì)電池組2I2（A）恒流放電60 min，目檢電池組外觀。

相比之下，GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過(guò)放電試驗(yàn)方法更貼近實(shí)際的濫用工況，模擬樣品在實(shí)際使用過(guò)程中，因電芯產(chǎn)品質(zhì)量一致性較差的情況，導(dǎo)致某顆電芯電壓出現(xiàn)低于其他電芯的異常情況下，和保護(hù)裝置失效情況下，考核電池組在過(guò)度放電極端條件下是否有異常情況出現(xiàn)。GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制放電相對(duì)極端。相比之下，T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中，在保護(hù)裝置失效情況下，過(guò)放電是否會(huì)引起異常情況發(fā)生，該情況在實(shí)際使用中較常出現(xiàn)。團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022在放電時(shí)間超過(guò)60 min后，隨著過(guò)放電對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，電池組的電壓會(huì)快速下降，電池內(nèi)阻也會(huì)明顯上升，電池表面溫度急劇上升，T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中的過(guò)放電在后半段測(cè)試中，對(duì)產(chǎn)品的承受能力要求較高（圖5）。

圖5 T/BBIA 4-2022 與 GB/T 36972-2018 相關(guān)放電測(cè)試溫度曲線圖

2.3 過(guò)充電保護(hù)測(cè)試/過(guò)放電保護(hù)測(cè)試

圖4 GB/T 36972-2018 過(guò)充電測(cè)試實(shí)物圖

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)充電保護(hù)測(cè)試及過(guò)放電保護(hù)測(cè)試的測(cè)試方法基本相同，僅是在試驗(yàn)結(jié)束條件略有不同。團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 的結(jié)束條件為持續(xù)充/放電直至電池保護(hù)裝置起作用或充/放電時(shí)間達(dá)到24 h，相比于GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)，多了一個(gè)電池保護(hù)裝置起作用的結(jié)束條件。

團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 側(cè)重是產(chǎn)品能夠起到一次安全保護(hù)即可，而GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)考核的范圍更廣，除了考核產(chǎn)品是否能夠起到保護(hù)作用，還考核了產(chǎn)品在24 h 長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，保護(hù)功能是否會(huì)失效情況，對(duì)保護(hù)元器件的要求較高。一般情況下，產(chǎn)品的保護(hù)功能是可自動(dòng)恢復(fù)的，24 h 內(nèi)在啟動(dòng)保護(hù)和啟動(dòng)恢復(fù)的切換中，保護(hù)功能是否能夠依舊保持正常運(yùn)行，關(guān)鍵元器件是否會(huì)因發(fā)熱過(guò)溫而失效，這是GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)考核點(diǎn)的其中之一。相比之下，GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)更貼近實(shí)際生活使用中的濫用場(chǎng)景，相對(duì)來(lái)說(shuō)要求較為嚴(yán)格。

3 結(jié)論

團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022《電動(dòng)自行車用鋰離子動(dòng)力電池組技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布對(duì)電動(dòng)自行車用鋰離子動(dòng)力電池有一個(gè)全新的要求。進(jìn)一步完善北京市電動(dòng)自行車鋰電池標(biāo)準(zhǔn)體系，為全鏈條管控提供理論依據(jù)，填補(bǔ)了行業(yè)此類標(biāo)準(zhǔn)的空白。

針對(duì)充放電接口測(cè)試，對(duì)其絕緣電阻、耐久測(cè)試、電氣強(qiáng)度、阻燃測(cè)試、防護(hù)等級(jí)等方面進(jìn)行全面考量。完善了充電接口的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法。明確了接插件的電壓、電流選用要求；提出了接插件的使用壽命要求；規(guī)定了接插件應(yīng)用安全性；增加了鋰離子電池組充電時(shí)應(yīng)有握手信號(hào)的要求。該項(xiàng)測(cè)試的增加，不單是對(duì)充放電接口產(chǎn)品質(zhì)量的考核，同時(shí)也是對(duì)電動(dòng)自行車使用過(guò)程的全方位思考?？紤]到電動(dòng)自行車充電過(guò)程、使用過(guò)程、技術(shù)質(zhì)量等各方面的質(zhì)量管理。堅(jiān)持按照“建設(shè)、治理、服務(wù)”一體化原則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定。

其次關(guān)于標(biāo)識(shí)也提出新的要求，例如電池組應(yīng)包含唯一編碼標(biāo)識(shí)、制造廠名或商標(biāo)、產(chǎn)品名稱型號(hào)、電池關(guān)鍵使用參數(shù)、正負(fù)極標(biāo)識(shí)、安全警示說(shuō)明等，對(duì)廠家的標(biāo)識(shí)管理提出了更為詳細(xì)的要求，以防止消費(fèi)者在使用過(guò)程中出現(xiàn)誤用、濫用等情況。同時(shí)詳細(xì)的標(biāo)識(shí)信息為日后產(chǎn)品整體使用監(jiān)管提供更好的信息可溯源性。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)管提出了更高的要求。

最后團(tuán)標(biāo)T/BBIA 4-2022 根據(jù)目前市場(chǎng)上電動(dòng)自行車產(chǎn)品的更新迭代，多維度探討電動(dòng)自行車用鋰離子電池應(yīng)遵循的最新產(chǎn)品技術(shù)要求。使行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品能夠平穩(wěn)過(guò)渡，為行業(yè)健康發(fā)展做貢獻(xiàn)，提供一個(gè)公平競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境逐步提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。新技術(shù)規(guī)范的出臺(tái)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，也對(duì)于電池技術(shù)等各方面的要求更加提高。本標(biāo)準(zhǔn)的制定符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展原則、市場(chǎng)需求原則、突出重點(diǎn)原則；本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性的原則以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、協(xié)調(diào)性、適用性和規(guī)范性原則。希望本文通過(guò)將T/BBIA 4-2022 與GB/T 36972-2018 對(duì)比，能幫助我們更好的學(xué)習(xí)新技術(shù)規(guī)范。