详细解读电动汽车动力电池系统国标

国标针对动力电池系统，建立了常规性能和功能要求——容量、能量、功率、效率、标准循环寿命、工况循环寿命、存储、荷电保持、容量恢复、倍率性能、高低温性能等，建立了安全防护要求——操作安全、故障防护、人员触电防护、滥用防护、环境适应性、事故防护、用户手册和特殊说明等，范围覆盖了电芯、模组、动力电池包、动力电池系统这4个层级，产品类型包括混合动力、插电式/增程式混合动力、纯电动乘用车和商用车，已基本上了构成了一个完整的体系。 　　一、构建标准体系 　　电动汽车早期的发展过程中，GB或GB/T国家标准的缺失在一定程度上造成了行业的良莠不齐和鱼龙混杂。仅依靠汽车行业的QC/T推荐标准作为一种参考，并不具有权威性和广泛性，整车企业和电池企业要么茫无头绪，要么各行其是、各执一词，缺乏一个统一的衡量标准。 　　随着2015年新版GB/T国家推荐标准的陆续发布，我国电动汽车产业围绕动力电池系统已基本上构建了完整的标准体系，形成了行业的准入门槛，有利于行业的规范发展和优胜劣汰。 　　新国标在2015年5月颁布(部分标准将在10月份或年底颁布)，与旧标准之间有一年的过渡期，从2016年开始，相关企业都将遵循新的标准进行相关检测。新国标与工信部2015年3月发布的《汽车动力蓄电池行业规范条件》一起，将加速动力电池行业的洗牌，提高行业集中度水平。   　　在本人的另外一篇文章中，曾论述过动力电池系统的安全防护主要在于如何防止电能和化学能的非正常释放所造成的危险，相关内容详见《动力电池系统安全分析和防护设计》一文。新版国标则完整的围绕电能和化学能的防护做了严格的规定，并明确了测试规范，形成了较为完整的体系，从这方面来讲，产品安全设计与国标的检验要求，殊途同归。 　　本文将系统的论述各项标准所规定的内容，对比新标准与旧标准的差异等，希望能够为动力电池企业或整车企业的同仁，在标准的理解和运用方面提供一些帮助。 　　二、GB/T 31484、GB/T 31485、GB/T 31486解读 　　GB/T 31484、GB/T 31485、GB/T 31486是由QC/T 743标准演化而来，将QC/T 743标准的相关内容重新划分，并在此基础上进行升级，制订了更符合电动汽车实际使用情况的三份独立的标准规范。 　　首先是标准不再局限于锂离子电池这一类型的动力电池，而是包括所有的动力电池类型。其次，针对模组的定义进行修改，不再强调5个或以上的电池单体进行串联，而是根据实际产品中的串并联组合形式。第三，增加了动力电池包和动力电池系统的定义，将部分测试覆盖到系统这一层级，显然更具有实际参考价值。第四，默认的充放电倍率由C/3(I3)提高到1C(I1)，要求更严格。 　　1. GB/T 31484-2015解读 　　GB/T 31484-2015主要考核动力电池单体、模组和系统的循环寿命指标，涵盖了乘用车和商用车两个不同的市场，以及功率型和能量型两种不同应用类型的动力电池。对于电池单体和模组而言，大多数电池厂家的产品均可达到规定的要求，对于动力电池系统而言，系统设计和集成能力较弱的pack企业，将面临较大的挑战。相关检测内容如下表所示： 　　因工况数据较多，本文不一一列出测试的图表和曲线，有兴趣的可直接阅读相关的标准文件。 　　2. GB/T 31485-2015解读 　　GB/T 31485-2015主要考核动力电池单体和模组的安全指标，围绕化学能的防护，给出了一系列滥用情况以及极端情况下的安全要求和检验规范。 　　相比于QC/T 743-2006，GB/T 31485-2015增加了单体海水浸泡、单体温度循环、单体低气压、模组跌落、模组海水浸泡、模组温度循环、模组低气压等7项新的检验要求。针对大部分检验项目，GB/T 31485-2015均做了提高或强化，并要求测试结束后，必须观察1小时，才能确定检验是否合格，而QC/T743标准并无此要求。相关测试项目的对比如下： 　　GB/T 31485-2015与GB/T 31467.3-2015配合，构成了电池单体、模组、系统层级的较为完整的安全检验标准。 　　3. GB/T 31486-2015解读 　　GB/T 31486-2015主要针对电池单体的外观、尺寸、重量和室温放电容量，以及模组的外观、尺寸、重量、常温性能、高低温性能、耐振动性能、存储等方面做出相应的规定。与QC/T 743相比，GB/T 31486-2015取消了针对单体电池的高低温性能、放电倍率性能、荷电保持与容量恢复能力、存储等方面的要求，但是增加了针对模组的常温充放电倍率性能、高低温性能、荷电保持与能量恢复能力等相关要求，具体内容的对比如下： 　　从以上对比可以看出，GB/T 31486-2015重点强化模组级的电性能测试，弱化了电池单体级别的电性能测试，从整车级别来考虑，这是合理的。电池厂家给整车厂供货的时候，一般是提供模组级产品或系统级产品，国标更多的集中在针对电动汽车“零部件级”的产品测试，而针对电池单体的电性能测试，应由整车厂与电池企业共同确定相关检验项目和测试要求，并在电池企业内部或委托外部机构完成相关测试验证，不作为强制性的标准要求。 　　三、GB/T 31467-2015标准解读 　　如果说GB/T 31484、GB/T 31485、GB/T 31486是侧重于电池单体和模组层级的检验规范，那么GB/T 31467毫无疑问是侧重于电池包或电池系统级的检验规范。通过标准的相互衔接和组合，可以覆盖不同的零部件等级，达到更好的效果。 　　在本标准里面，引入了动力电池包和动力电池系统这两个概念，两者的主要差别在于是否包含电池控制单元BCU(等同于电池管理系统BMS的主控单元)。 　　针对动力电池包的测试，在测试过程中，所有的参数都依赖于外部测试平台来检测，动力电池包与测试平台之间无通信和数据交换，产品相关的主动功能(包括加热/冷却功能)也由测试平台来控制。测试平台检测动力电池系统的电压、电流、容量、能量等参数，作为检测结果和计算依据。 　　针对动力电池系统的测试，在测试过程中，系统内部的参数由BCU来检测，BCU与测试平台之间进行实时通信，传输测试必须的数据，产品相关的主动功能也由BCU来控制。测试平台检测动力电池系统的电压、电流、容量、能量等参数，作为检测结果和计算依据。 　　1. GB/T 31467.1-2015 　　GB/T 31467.1-2015标准针对功率型动力电池包/系统的容量、能量、功率、效率、荷电保持等基本性能的测试规程做了比较明确的规定，为检验检测提供了标准依据。 　　功率型电池主要应用于混合动力汽车，起到能量回收和动力辅助输出的作用，达到一定的节油和减排效果。因此要求倍率性能突出(比功率要大)，内阻小，发热量低，循环寿命长。针对功率型电池包/电池系统，标准提供了较为详细的测试规程，但是并没有提供判定合格的依据，具体的判断条件，取决于电池或整车企业提供的产品规格书所规定的数值。 　　具体的测试方法，详见标准文件，不在本文列出。标准中没有规定统一的判断依据，主要是因为到了动力电池系统这个层级，不同产品的指标差异较大，而每家企业的技术实力也不一样，所以量化的指标已经不取决于电池，而是取决于电池系统的综合性能(如电池性能，能量管理性能，热管理性能等)。基于此因素，检验项目的判断标准，应来自于产品规格书所规定的参数，满足产品的规格即为合格。 　　2. GB/T 31467.2-2015标准解读 　　GB/T 31467.2-2015标准针对能量型动力电池包/系统的容量、能量、功率、效率、荷电保持等基本性能的测试规程做了比较明确的规定，为检验检测提供了标准依据。 　　能量型电池主要应用于纯电动汽车和插电式/增程式混合动力车，作为车辆的唯一动力来源或重要动力来源，具有良好的节能和减排效果。能量型动力电池系统要求存储的能量多(比能量)，高低温性能好，循环寿命好。针对能量型电池包/电池系统，标准提供了较为详细的测试规程，但是并没有提供判定合格的依据，具体的判断条件，取决于电池或整车企业提供的产品规格书所规定的数值。 　　与GB/T 31467.1-2015相比，GB/T 31467.2-2015取消了高低温启动功率这一测试项，其他测试项相同，仅测试的要求有所区别(针对不同的应用需求)。 　　3. GB/T 31467.3-2015标准解读 　　前两个标准主要集中在电性能测试，本标准则主要针对安全要求和测试方法做了明确的规定。本标准结合GB/T 31485-2015，就构成了从电池单体、模组、到动力电池包和动力电池系统的完整的化学能防护规范。 　　从测试内容看，针对系统级的安全防护主要集中在以下几个方面： 　　1) 机械载荷——振动、机械冲击、跌落 　　2) 事故自保护——碰撞、挤压、海水浸泡、外部火烧 　　3) 环境适应性——温度冲击、湿热循环、盐雾腐蚀、高海拔 　　4) 滥用——过温、短路、过充、过放 　　针对系统级的安全防护要求，此前是缺失的，本次新国标的发布，基本上弥补了这方面的空白。当然，国标的内容仅仅涉及最基本的安全防护，企业在产品的研发、生产和使用过程中，需要根据车辆和动力电池系统的实际情况，制定更为严格更为完善的安全防护体系。 　　四、GB/T 18384-2015标准解读 　　GB/T 18384在2001年发布第一版之后，在今年发布了修订后的第二版。本标准可以看作从整车层面针对电动汽车动力系统所提出的安全通则，共分3个部分，更侧重于针对电能和电磁能的安全规范和故障保护。 　　标准适用于3.5吨以下的电动乘用车或电动商用车。GB/T 18384主要对标ISO 6469标准，两个标准的主要内容基本相同。 　　1. GB/T 18384.1-2015标准解读 　　GB/T 18384.1-2015针对电动汽车的车载储能装置(动力电池系统)提出了保护驾驶员、乘客、车辆外人员和外部环境的安全要求。 　　从2001版到2015版本，标准调整了适用电压范围，修改了绝缘电阻的要求，增加了针对产生热量的要求，并删除了针对碰撞防护的要求。 　　标准还对绝缘电阻的测试条件做了明确的规定，要求在露点阶段进行多次测量，取绝缘电阻的最小值，比第一版本更为严格。此外，绝缘电阻的计算方法做了修订，具体内容请参考标准文稿。 　　2. GB/T 18384.2-2015标准解读 　　GB/T 18384.2-2015针对整车(包括动力电池系统)提出了操作过程、故障防护、用户手册、紧急响应等方面的安全要求。 　　针对操作安全，2015版删除了主开关和辅助功能的要求。 　　针对故障防护，删除电气连接，辅助电路和过流切断的要求，增加了故障安全和单点失效的要求。显然，修改之后的涵盖面更为广泛，只要是可能导致安全事故的单点失效/故障，都应该在设计时予以考虑。 　　另外，还增加了紧急响应的要求，这对于事故处理(如灭火，救灾等)非常关键，如果处理不当，所造成的次生灾害可能更为严重，所以厂家必须提供详细的故障处理指南或手册。 　　3. GB/T 18384.3-2015标准解读 　　GB/T 18384.3主要是如何防护电动汽车车载电力驱动系统和传导连接的辅助系统可能造成的人员触电危害。 　　由于标准内容较多，此处不一一列出相关检验项目的具体内容，有兴趣可直接参考标准文稿。 　　GB/T 18384.3-2015版本大大强化了针对人员触电防护的要求，增加了对绝缘电阻、电容耦合、断电、绝缘要求、绝缘配合等方面的内容，并对其他一些项目的内容做了必要的修改。修改后的版本，比2001版考虑的更为全面，虽然是针对整车级别的要求，但是动力电池系统可以直接参照其中的部分要求进行设计和检验。 　　五、总结 　　标准不是万能的，但是没有标准是万万不能的。随着新版国标的陆续发布，国内在电动汽车的发展方面已经不再一味追求速度快和规模大，而是立足于产业的长远发展，逐步建立一个基础性的入围门槛和通用化的检验标准，让大家在一个相对公正和透明的环境里进行竞争与合作，有利于行业的良性发展。 　　我们应该看到，国标的制定，更多的参考了国外已有的标准体系，这是可取之处，吸收他人已有的经验，可以少走很多弯路。但是，一味追随别人的脚步，并不能使我们在全球竞争脱颖而出，掌握足够的技术优势和话语权，我们更需要积累和探索中国自己的产业标准体系和法律法规，形成自己的独到之处，并且要让自己的标准走出国门，推动全球标准的完善。 　　行百里者半九十，虽然前路依然困难重重，但重要的是我们走在正确的道路上，并且正持续不断的进步。希望国内的企业，少些浮躁，多些积累，少些冲动，多些审慎，为了维护产业的健康发展，为了千百万消费者的人身和财产安全，严格遵守国标进行产品设计、开发、检验、生产、维护和回收，勇于承担社会责任，具有最起码的人性和良心。（专栏作者 夏军）