电动汽车:国内外涉及动力蓄电池安全性的标准对比

原味小仙女 2021-02-23 16:43:16

摘要:以现行的动力蓄电池安全国家标准GB/T 31485和GB/T 31467.3为依据,对国内外涉及动力蓄电池安全性的标准进行概述;其次,将其分别与国际标准和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》进行对比分析。以期为蓄电池安全性的研究设计及检测机构的检测工作提供参考。


作为电动汽车的主要动力电源,锂离子动力蓄电池因其具有高能量、长循环寿命、无记忆效应等优点而在新能源汽车领域得到迅速发展[1]。随着用户对电动汽车长续航里程、快充的需求及技术的进步,使得锂电池的能量密度不断提高,但随之而来的安全性问题也逐渐凸显,像在过充、过放、挤压、高温等使用条件下,锂电池很容易发生热失控,进而引发起火、爆炸。针对以上问题,国内外颁布了一系列的相关安全性标准,以规范安全性试验检测技术及提高动力电池安全性水平。


本文主要以我国现行国家标准GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》[2]和GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法》[3]为基础,对国内外涉及动力蓄电池安全性的标准进行概述与总结;并详细探究了GB/T 31485-2015与国际电工委员会标准中的IEC 62660-3:2016《电动道路车辆用二次锂离子蓄电池第3部分:安全要求》[4]的差异;其次,将GB/T 31467.3-2015和国际标准化组织ISO 12405-3:2014《电驱动车辆—锂离子动力电池包及系统测试规程第3部分:安全性要求》[5]进行了比较;最后将国家现行电动汽车用蓄电池安全要求标准与GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》进行对比分析,并针对现行国家安全要求标准指出存在的不足并提出相应的建议。


1、国内外安全性标准综述


目前,国内外涉及动力蓄电池安全性的标准主要有国际电工委员会IEC 62660系列[6]、国际上最大的汽车工程学术组织-美国机动车工程师学会SAE J2929:2013[7]、国际标准化组织ISO 12405-3:2014、美国保险商实验室UL 2580:2013[8]、国家标准GB/T 31485—2015和GB/T31467.3—2015。表1簡单综述了以上各个标准的测试对象、规范及技术要求。

电动汽车:国内外涉及动力蓄电池安全性的标准对比

我国目前施行的国家推荐标准GB/T 31485-2015是以行业标准QC/T 743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》[9]和QC/T 744-2006《电动汽车用金属氢化物镍蓄电池》[10]的安全性内容为基础,这些标准都是针对电池单体和模块级别的;而GB/T 31467.3标准参考了ISO 12405-3,该标准是针对电池包或电池系统级别的。与QC/T 743、QC/T 744相比,新的国家安全性推荐标测试对象范围更广,不再是单一类型的动力电池,增加了动力电池包和电池系统级别的安全性测试,更加符合车辆真实运行状态;其次,由之前默认的C/3充放电倍率变成1C,对测试的要求更严。


2、现行国标与国外标准解析


2.1 GB/T 31485与IEC 62660-3对比分析


GB/T 31485检测项目共有九项,取消了针刺这一项,征求意见稿的编制说明给出三点理由,第一,准入管理里面规定暂不执行;第二,两个IEC等标准没有采用针刺;第三,针刺与实际失效模式不相符。IEC 62660-3将检测项目分为机械测试、热安全测试和电气测试三类。GB/T 31485和IEC 62660-3的比较见表2。由表2我们可以看出,GB/T 31485对挤压形变量和挤压速度的要求更高,而IEC 62660-3对观察时间要求的更久;IEC62660-3对温度循环测试项目的循环次数要求更多;GB/T 31485对过充试验的电压要求更严格;IEC 62660-3的过放电试验比GB/T 31485多一个电压截止条件。从表2的检测项目上看,GB/T 31485对动力电池在使用过程和运输中的安全性都比较关注,而IEC 62660-3只侧重模拟电池在使用过程中的安全性能[11]。

电动汽车:国内外涉及动力蓄电池安全性的标准对比

2.2 GB/T 31467.3与ISO 12405-3对比分析


GB/T 31467.3标準和ISO 12405-3都是针对于电池包或电池系统级别的测试。两者的检测项目的差异如表3所示。另外,对于一些相同的测试项,两者的测试条件和技术要求也不全相同。例如,对于待测样品的荷电状态,GB/T 31467.3要求样品为满电态;而ISO 12405-3中功率型电池荷电状态要求为50%,能量型电池要求为100%;对于火烧试验,两者的试验条件大体相同,但是测试结果GB/T 31467.3要求测试样品无爆炸现象,若有火苗,须在火源移开后2min内熄灭,而ISO 12405-3只要求测试样品不得出现爆炸迹象。

电动汽车:国内外涉及动力蓄电池安全性的标准对比

3、现行国标与GB 38031-2020对比分析


随着动力电池技术的不断发展和成熟,我国的动力电池及系统安全相关测试标准也在不断地更新和完善。GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》是在GB/T 31485和GB/T 31467.3基础上修订的,并由指导性标准转化为强制性标准,其中,继续沿用GB/T 31485测试方法和要求的项目有电池单体过放电、短路、加热、温度循环;继续使用GB/T 31467.3的测试方法和要求的项目有模拟碰撞、湿热循环、温度冲击、高海拔。另外,GB 38031-2020取消、修改以及新增检测项目如表4所示。电池包或系统振动检测项目,试验前,要求将测试对象的SOC状态调至不低于制造商规定的正常SOC工作范围50%。振动时,x、y、z轴每个方向分别施加随机和定频振动载。对于装载在M1、N1类车辆上的电池包或系统和其他车辆的电池包或系统所设置振动参数都有所差异;关于电池包或系统机械冲击检测项目,新增加“相邻两次冲击的间隔时间以两次冲击在试验样品上造成的响应不发生相互影响为准,一般不小于5倍冲击脉冲持续时间”的脉冲间隔要求,是考虑到机械冲击为短时高能量的脉冲信号,会激发电池包或系统的瞬时动态响应,当激励脉冲结束时,结构可能仍处于运动状态,如果立刻进行下一次冲击将带来试验风险;电池包或系统浸水安全试验的海水浸泡和IPX7两种测试方法分表对应进水后和确保不进水两种技术思路,另外,试验后将电池包取出水面,静置观察2h是为了考虑人员的安全。


GB 38031-2020首次就电池包或系统热扩散提出安全性要求,这对于整个动力电池安全性研究具有深远的影响。本标准提供针刺和加热两种触发热失控的方法,制造商可以选择其中一种方法,也可自行选择其他方法来触发热失控。通过由检测机构提供热扩散乘员保护分析报告来约束并提高制造商在电池包或系统层级的热扩散安全能力,可以有效降低乘员的潜在安全风险。


总而言之,由表4可以看出GB 38031-2020对检测项目作出较大的变动,该标准参考国外相关标准并充分结合国内电动汽车用动力蓄电池的实际运行工况和环境条件,不断地完善,从而促进我国动力电池的长久发展和提高我国在国际贸易中的地位。


4、现行标准不足


目前国内外的安全性标准测试对象都是针对新动力蓄电池样品,而未对电池在使用后期的安全性提出检测要求,因此,有必要建立如何评价使用不同时间的蓄电池的安全可靠性;现用的标准技术要求只有“样品无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象”,判断依据太过单一、宽泛,缺少可量化的评判体系。另外,对于非破环性的安全性试验,如环境测试,在试验之后有必要进行电性能测试,来模拟整车经历环境温度变化后性能是否受到影响;目前测试都是针对电池零部件,而很少涉及到装载在整车上的测试,应将蓄电池和整车有机的统一,加强相关测试研究,使测试更加符合实际运行工况,结果更加精确。


随着动力蓄电池技术的不断发展和进步,相关国家标准修订也应该紧跟步伐,及时地做出相应的修订和完善,从而促进电池行业健康快速发展,提升行业的竞争力。


5、总结


本文主要以GB/T 31485和GB/T 31467.3为基础,与国外涉及动力蓄电池安全性的标准进行对比分析;其次,将现行国家标准与即将施行的强制性国家标准GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》进行解读与分析,并指出现行动力蓄电池安全标准的一些不足之处。希望能够为动力蓄电池的检测工作以及研发提供一定的参考。


来源:《汽车科技》孙晓娜 张华树 韩思远 唐付靖 杜乘风

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