GB 38031—2020與ECE R100標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于動力電池系統(tǒng)試驗項目的差異分析

劉旭鵬

【摘? 要】對國內(nèi)動力電池系統(tǒng)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》和出口歐盟電動車用電池系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)ECE R100《電動車輛統(tǒng)一認(rèn)證規(guī)定的特殊要求》進行對比分析，從試驗項目、試驗方法及試驗要求入手，指出GB 38031—2020和ECE R100標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于動力電池系統(tǒng)試驗的差異點，為動力電池系統(tǒng)的檢測與認(rèn)證工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】電動汽車；動力電池系統(tǒng)；安全性

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0081-03

Analysis of Differences in Test Items for Power Battery Systems in Standards GB 38031—2020 and ECE R100

LIU Xu-peng

（China Automotive Engineering Research Institute Co.，Ltd.，Chongqing 401100，China）

【Abstract】This paper makes a comparative analysis of the domestic certification standard GB 38031—2020，“Safety Requirements for Power Batteries for Electric Vehicles”，and the export European Union testing standard ECE R100，“Special Requirements for Uniform Certification of Electric Vehicles”. Through the specific analysis of the test items，test methods and test requirements，the differences of GB 38031—2020 and ECE R100 standards on the test of power battery system are given，which provides a reference for the test and certification of power battery system.

【Key words】electric cars；power battery system；safety

在全球氣候變暖的背景下，各國都在不斷探索應(yīng)對策略，并在2016年4月國際社會正式簽署《巴黎協(xié)定》，多個國家都做出碳中和承諾并展開行動，中國也明確提出“力爭2030年碳達峰，2060年碳中和”的宏偉目標(biāo)。低碳發(fā)展已成為全球共識，各國都在積極推進汽車電動化。

動力電池系統(tǒng)作為新能源電動汽車的重要部件，也是車輛能量的提供載體，電池系統(tǒng)的安全性對整車的安全性有著至關(guān)重要的影響。2020年5月12日，GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》[1]正式發(fā)布，作為中國現(xiàn)行的動力電池系統(tǒng)強制性認(rèn)證測試標(biāo)準(zhǔn)，也是與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的測試標(biāo)準(zhǔn)，不僅對國內(nèi)動力電池系統(tǒng)安全性進行規(guī)范，也使國內(nèi)相關(guān)企業(yè)具有更好的國際競爭力，促進了國內(nèi)動力電池系統(tǒng)的安全性。從2016年7月開始，動力電池系統(tǒng)必須通過ECE R100符合認(rèn)證才能在歐盟協(xié)議國家進行注冊和上市，通過后會由各成員國交通部頒發(fā)E-mark證書，表示產(chǎn)品已經(jīng)符合相關(guān)的法規(guī)要求，可以合法進行進口和銷售[2]。

本文從動力電池系統(tǒng)安全性來分析和思考，對國內(nèi)動力電池系統(tǒng)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》和出口歐盟電動車用電池系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)ECE R100《電動車輛統(tǒng)一認(rèn)證規(guī)定的特殊要求》進行對比分析，對標(biāo)準(zhǔn)中試驗項目、試驗方法及試驗要求進行針對性地分析，為動力電池系統(tǒng)的檢測與認(rèn)證工作提供參考。

1? 標(biāo)準(zhǔn)綜述

1.1? GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》綜述

GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》于2021年1月1日正式實施，是中國目前現(xiàn)行針對動力電池系統(tǒng)的強制標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)不僅是對GB/T 31467.3—2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng) 第3部分：安全性要求與測試方法》及GB/T 31467.3—2015第1號修改單的進一步改進和優(yōu)化，也是在參照國外相關(guān)動力電池系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，同時對近幾年發(fā)生的新能源汽車安全問題進行思考和總結(jié)后的進一步完善[3]。

該標(biāo)準(zhǔn)要求，除另有規(guī)定外，試驗應(yīng)在溫度為22℃±5℃、相對濕度為10％～90％、大氣壓力為86～106kPa的環(huán)境中進行。關(guān)于動力電池系統(tǒng)試驗方面，試驗項目分別為振動、機械沖擊、模擬碰撞、擠壓、濕熱循環(huán)、浸水安全、熱穩(wěn)定性（外部火燒、熱擴散）、溫度沖擊、鹽霧、高海拔、過溫保護、過流保護、外部短路保護、過充電保護和過放電保護，共16項試驗。每個樣品在到樣后，都需要進行預(yù)處理，符合預(yù)處理要求后，方可進行試驗。試驗前除有特殊規(guī)定，電池系統(tǒng)均應(yīng)以制造商規(guī)定的完全充電狀態(tài)進行試驗。做完上述所有試驗，一般需要6個動力電池系統(tǒng)樣品。

1.2? ECE R100《電動車輛統(tǒng)一認(rèn)證規(guī)定的特殊要求》綜述

ECE R100由聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會制訂，是歐洲目前已正式公布的唯一一項針對電動汽車的安全法規(guī)，規(guī)定了車輛結(jié)構(gòu)和基本安全方面的認(rèn)證內(nèi)容。最初ECE R100發(fā)布于1996年，當(dāng)時并未包含電池包認(rèn)證，2013年7月ECE R100法規(guī)02版本生效，加入電池包的認(rèn)證，可以申請型式認(rèn)證，2016年7月15號ECE R100法規(guī)02版本強制實施。對進口歐洲的汽車動力電池提高了技術(shù)準(zhǔn)入門檻。

該標(biāo)準(zhǔn)要求，除非在某些具體試驗項目中另有說明，試驗應(yīng)在溫度為室溫20℃±10℃的環(huán)境中進行。關(guān)于動力電池系統(tǒng)試驗方面，試驗項目分別為振動、溫度沖擊、機械沖擊、擠壓、外部火燒、外部短路保護、過充電保護、過放電保護和過溫保護，共9項試驗。試驗前無需對樣品進行預(yù)處理，只需要調(diào)整電池系統(tǒng)電量至試驗要求電量即可進行試驗。除過充電保護、過放電保護和過溫保護試驗外，其他試驗前均應(yīng)將電池系統(tǒng)電量調(diào)至50%以上。做完上述所有試驗，一般需要4個動力電池系統(tǒng)樣品。

2? 標(biāo)準(zhǔn)試驗分析

GB 38031—2020與ECE R100都包含動力電池系統(tǒng)安全性試驗，通過對試驗項目、試驗方法及試驗要求進行針對性地分析，得出GB 38031—2020與ECE R100在動力電池系統(tǒng)試驗方面存在以下區(qū)別。

2.1? 試驗項目的差異

在動力電池系統(tǒng)試驗方面，GB 38031—2020共有16項，ECE R100共有9項，GB 38031—2020比ECE R100多出的試驗分別為：機械沖擊、濕熱循環(huán)、浸水安全、熱擴散、鹽霧、高海拔和過流保護。由此可以看出，中國對于環(huán)境安全類驗證重視程度比較高（以濕熱循環(huán)、浸水安全、鹽霧和高海拔為代表），歐洲則更集中關(guān)注機械可靠性和保護功能類驗證。

通過試驗周期和試驗成本兩方面來看，在條件滿足的情況下，GB 38031—2020多出的試驗將會把試驗周期延長1～2周，同時需要提供的試驗樣品也需要多1～2個，增加了企業(yè)認(rèn)證的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。但是，增加環(huán)境安全類驗證對于提升國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)具有重要的意義，具體表現(xiàn)為：①通過高海拔試驗，驗證電池系統(tǒng)在高海拔情況下的狀態(tài)，可以為電池系統(tǒng)在中國新疆、西藏等高海拔地區(qū)使用時提供安全保障；②由于中國不同區(qū)域存在濕度差異較大現(xiàn)象，濕熱循環(huán)試驗可以驗證電池系統(tǒng)在極端濕度的情況下的安全狀態(tài)，為電池系統(tǒng)在濕度較高的環(huán)境下使用提供保障；③電動車在停放或行駛中，會可能遇到各種各樣的水溶液，在發(fā)生水災(zāi)或過河時也存在完全浸沒在水溶液中的情況，這些水溶液大都是混有雜質(zhì)，存在電解質(zhì)，具有腐蝕作用，這些情況則可以通過浸水安全和鹽霧試驗來進行驗證。

此外，GB 38031—2020多出的熱擴散和過流保護試驗項目也具有重要意義，熱擴散試驗為車輛發(fā)生安全事故時的人員安全提供了保障；過流保護試驗為車輛在進行充電時發(fā)生電流異常情況提供了安全保障。

2.2? 試驗方法的差異

2.2.1? 振動試驗

GB 38031—2020振動試驗要求試驗前，應(yīng)將電池系統(tǒng)電量調(diào)至不低于50%，試驗分別在z/x/y這3個軸向進行隨機和定頻振動，振動順序可以自行選擇，同時按電池系統(tǒng)裝載車輛類型，分成了M1、N1類和除M1、N1類兩種振動測試條件[3]。M1、N1類隨機振動每個方向測試時間為12h，頻率為5～200Hz，RMS值為0.64g（z軸）、0.45g（y軸）、0.50g（x軸），定頻振動每個方向測試時間為1h，頻率為24Hz，定頻幅值為±1.5g（z軸）、±1.0g（y軸）、±1.0g（x軸），試驗的總時長為39h。除M1、N1類隨機振動每個方向測試時間為12h，頻率為5～200Hz，RMS值為0.73g（z軸）、0.57g（y軸）、0.52g（x軸），定頻振動每個方向測試時間為2h，頻率為20Hz，定頻幅值為±1.5g（z軸）、±1.5g（y軸）、±2.0g（x軸），試驗的總時長為42h。

ECE R100振動試驗要求電池系統(tǒng)在z軸向進行15min正弦波振動，振動頻率從7Hz增加至50Hz再回至7Hz，重復(fù)12次，試驗的總時長為3h。

此外，GB 38031—2020中電池系統(tǒng)通過振動試驗后，需按照整車連接方式連接好線束、插接件等零部件，進行浸水安全試驗，ECE R100振動試驗后則需進行1個充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)。

2.2.2? 模擬碰撞試驗

GB 38031—2020模擬碰撞試驗按整車裝備質(zhì)量，將試驗條件分為≤3.5t、3.5t～7.5t、≥7.5t這3個選項；ECE R100模擬碰撞試驗則是按電池系統(tǒng)裝載車輛類型，將試驗條件分為M1和N1車型、M2和N2車型、M3和N3車型3個選項。GB 38031—2020和ECE R100模擬碰撞試驗中≤3.5t與M1和N1車型、3.5t～7.5t與M2和N2車型≥7.5t與M3和N3車型的試驗條件（點、脈寬、x方向加速度、y方向加速度）完全一致。

2.2.3? 擠壓試驗

GB 38031—2020擠壓試驗在擠壓板形式上有半徑75mm的半圓柱體和3個半徑為75mm的半圓柱體組成的擠壓板兩種可供選擇，擠壓速度要求不大于2mm/s，擠壓結(jié)束條件為擠壓力達到100kN或擠壓變形量達到擠壓方向整體尺寸的30%，保持時間為10min。

ECE R100擠壓試驗規(guī)定使用3個半徑為75mm的半圓柱體組成的擠壓板，擠壓時間要求從接觸樣品開始擠壓到結(jié)束不超過3min，擠壓力要求至少100kN，但不超過105kN，保持時間至少為100ms，但不超過10s。

2.2.4? 外部火燒試驗

GB 38031—2020外部火燒試驗前需要將燃油預(yù)熱60s，ECE R100外部火燒試驗前若燃油溫度不低于20℃，可直接進行測試，不需要進行預(yù)熱。其中，2份標(biāo)準(zhǔn)測試階段的直接暴露和間接暴露時間要求一致。

2.2.5? 溫度沖擊試驗

GB 38031—2020與ECE R100中溫度沖擊試驗，溫度規(guī)定均為-40℃±2℃～60℃±2℃，循環(huán)次數(shù)均為5次，但GB 38031—2020中在極端溫度中保持時間為8h，ECE R100中在極端溫度中保持時間則為6h，且ECE R100溫度沖擊試驗后，在無異常情況下，需進行1個充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)。

2.2.6? 保護試驗

GB 38031—2020與ECE R100外部短路保護、過充電保護、過放電保護和過溫保護試驗方法基本一致。不同的是，ECE R100外部短路保護、過充電保護、過放電保護試驗后，需進行1個充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)。

2.3? 試驗要求的差異

振動試驗項目，GB 38031—2020與ECE R100對比，不同的是，GB 38031—2020規(guī)定了不觸發(fā)異常終止條件以及滿足浸水試驗的要求，而ECE R100則是規(guī)定了應(yīng)能進行1個充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的要求。2個標(biāo)準(zhǔn)都不僅要求了電池系統(tǒng)在振動過程中的安全性，同時也要求在振動后也應(yīng)能符合相關(guān)要求。

擠壓試驗項目，GB 38031—2020與ECE R100對比，都要求無著火或爆炸現(xiàn)象發(fā)生，但GB 38031—2020允許試驗后電池系統(tǒng)內(nèi)部電芯有漏液現(xiàn)象發(fā)生，ECE R100則不允許。

模擬碰撞、外部火燒、過溫保護試驗項目，GB 38031—2020與ECE R100對比，試驗要求基本一致，沒有較大不同，而對于溫度沖擊、外部短路保護、過充電保護、過放電保護試驗項目，GB 38031—2020與ECE R100對比，最大的不同為ECE R100規(guī)定要求了電池系統(tǒng)試驗后應(yīng)能進行1個充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，進一步考察與驗證了電池系統(tǒng)的功能及性能。

GB 38031—2020與ECE R100試驗項目結(jié)果要求對比如表1所示。

3? 總結(jié)與思考

3.1? 總結(jié)

通過對比分析，在試驗項目上，GB 38031—2020共有16項，ECE R100共有9項。GB 38031—2020對于環(huán)境安全類驗證重視程度較高，以濕熱循環(huán)、浸水安全、鹽霧和高海拔試驗項目為代表，雖然增加了試驗周期和試驗成本，但是對提升中國動力電池系統(tǒng)的產(chǎn)品品質(zhì)具有重要的意義。同時，GB 38031—2020有熱擴散和過流保護試驗項目，為車輛在發(fā)生安全事故和進行充電時提供了安全保障。ECE R100試驗項目較少，試驗周期更短，主要集中驗證電池系統(tǒng)機械可靠性和保護功能。

在試驗方法和要求上，GB 38031—2020中振動試驗整合了隨機振動和定頻振動，分別在z/x/y這3個軸向進行，試驗時間較長，更好地模擬了汽車長時間行駛后動力電池系統(tǒng)的損傷狀態(tài)，同時在試驗后進行浸水試驗，更加符合實際情況，試驗方法和要求更加嚴(yán)謹(jǐn)。擠壓試驗的擠壓板形式有半徑75mm的半圓柱體和3個半徑為75mm的半圓柱體組成的擠壓板2種可供選擇，選擇性更加合理。ECE R100中振動只進行z軸向，試驗時間較短，試驗方法和要求較為寬松。在振動、溫度沖擊、外部短路保護、過充電保護和過放電保護試驗后，電池系統(tǒng)還需進行1個充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，更加直接地考察了電池系統(tǒng)試驗后的功能和性能。

3.2? 思考

GB 38031—2020作為中國目前現(xiàn)行針對動力電池系統(tǒng)的強制標(biāo)準(zhǔn)，ECE R100作為動力電池系統(tǒng)歐洲市場準(zhǔn)入的安全法規(guī)，通過對比分析，2個標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于動力電池系統(tǒng)擠壓試驗方法都未明確規(guī)定擠壓板的放置方向和電池系統(tǒng)的擠壓位置。例如，GB 38031—2020中半徑75mm的半圓柱體，垂直放置或水平放置，擠壓電池系統(tǒng)中間位置或兩邊位置，接觸的面積不同，擠壓的點位不同，都可能會造成結(jié)果的不同。2個標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于試驗要求“無泄漏、外殼破裂、著火或爆炸”現(xiàn)象的判定，都較為寬泛和模糊，缺少具體詳細(xì)的描述和判定，可以根據(jù)現(xiàn)象和危害程度進行分等級評價，建立具體詳細(xì)的評價體系。

同時，GB 38031—2020對于環(huán)境安全類驗證試驗，如濕熱循環(huán)、溫度沖擊、高海拔和鹽霧，對比ECE R100，有必要在試驗后進行充放電標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，從而更加真實地模擬和驗證電池系統(tǒng)在經(jīng)過環(huán)境變化后的性能情況。

隨著新能源行業(yè)的蓬勃發(fā)展，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也需要進行不斷更新和完善，從而提升產(chǎn)品的整體水平，促使電池行業(yè)健康快速的發(fā)展。

參考文獻：

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（編輯? 凌? 波）