孫曉娜 張華樹 韓思遠(yuǎn) 唐付靖 杜乘風(fēng)

摘? 要：以現(xiàn)行的動力蓄電池安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485 和GB/T 31467.3為依據(jù)，對國內(nèi)外涉及動力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述;其次，將其分別與國際標(biāo)準(zhǔn)和GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》進(jìn)行對比分析。以期為蓄電池安全性的研究設(shè)計(jì)及檢測機(jī)構(gòu)的檢測工作提供參考。

關(guān)鍵詞：動力蓄電池;安全標(biāo)準(zhǔn);對比分析

中圖分類號：TM912? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2021）01-0002-06

Abstract： Based on the current national standards GB/T 31485 and GB/T 31467.3， the main domestic and foreign standards related to power battery safety are summarized in the paper; Then they are compared with the international standards and the GB 38031-2020 of “Electric vehicles traction battery safety requirements”. The paper is hopeful to provide reference for the research and design of battery safety and the testing work of testing institutions.

Key Words： Power Batteries; Safety Standards; Comparison and Analysis

作為電動汽車的主要動力電源，鋰離子動力蓄電池因其具有高能量、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而在新能源汽車領(lǐng)域得到迅速發(fā)展[1]。隨著用戶對電動汽車長續(xù)航里程、快充的需求及技術(shù)的進(jìn)步，使得鋰電池的能量密度不斷提高，但隨之而來的安全性問題也逐漸凸顯，像在過充、過放、擠壓、高溫等使用條件下，鋰電池很容易發(fā)生熱失控，進(jìn)而引發(fā)起火、爆炸。針對以上問題，國內(nèi)外頒布了一系列的相關(guān)安全性標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范安全性試驗(yàn)檢測技術(shù)及提高動力電池安全性水平。

本文主要以我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》[2]和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》[3]為基礎(chǔ)，對國內(nèi)外涉及動力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述與總結(jié);并詳細(xì)探究了GB/T 31485-2015與國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)中的IEC 62660-3：2016《電動道路車輛用二次鋰離子蓄電池第3部分：安全要求》[4]的差異;其次，將GB/T 31467.3-2015和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 12405-3：2014《電驅(qū)動車輛—鋰離子動力電池包及系統(tǒng)測試規(guī)程第3部分：安全性要求》[5]進(jìn)行了比較;最后將國家現(xiàn)行電動汽車用蓄電池安全要求標(biāo)準(zhǔn)與GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》進(jìn)行對比分析，并針對現(xiàn)行國家安全要求標(biāo)準(zhǔn)指出存在的不足并提出相應(yīng)的建議。

1? ? 國內(nèi)外安全性標(biāo)準(zhǔn)綜述

目前，國內(nèi)外涉及動力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)主要有國際電工委員會IEC 62660系列[6]、國際上最大的汽車工程學(xué)術(shù)組織-美國機(jī)動車工程師學(xué)會SAE J2929：2013[7] 、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 12405-3：2014、美國保險商實(shí)驗(yàn)室UL 2580：2013[8]、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485—2015 和GB/T31467.3—2015。表1簡單綜述了以上各個標(biāo)準(zhǔn)的測試對象、規(guī)范及技術(shù)要求。

我國目前施行的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485-2015是以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》[9]和QC/T 744-2006《電動汽車用金屬氫化物鎳蓄電池》[10]的安全性內(nèi)容為基礎(chǔ)，這些標(biāo)準(zhǔn)都是針對電池單體和模塊級別的;而GB/T 31467.3標(biāo)準(zhǔn)參考了ISO 12405-3，該標(biāo)準(zhǔn)是針對電池包或電池系統(tǒng)級別的。與QC/T 743、QC/T 744相比，新的國家安全性推薦標(biāo)測試對象范圍更廣，不再是單一類型的動力電池，增加了動力電池包和電池系統(tǒng)級別的安全性測試，更加符合車輛真實(shí)運(yùn)行狀態(tài);其次，由之前默認(rèn)的C/3充放電倍率變成1C，對測試的要求更嚴(yán)。

2? ? 現(xiàn)行國標(biāo)與國外標(biāo)準(zhǔn)解析

2.1? ?GB/T 31485與IEC 62660-3對比分析

GB/T 31485檢測項(xiàng)目共有九項(xiàng)，取消了針刺這一項(xiàng)，征求意見稿的編制說明給出三點(diǎn)理由，第一，準(zhǔn)入管理里面規(guī)定暫不執(zhí)行;第二，兩個IEC等標(biāo)準(zhǔn)沒有采用針刺;第三，針刺與實(shí)際失效模式不相符。IEC 62660-3將檢測項(xiàng)目分為機(jī)械測試、熱安全測試和電氣測試三類。GB/ T 31485和IEC 62660-3的比較見表2。由表2我們可以看出，GB/ T 31485對擠壓形變量和擠壓速度的要求更高，而IEC 62660-3對觀察時間要求的更久;IEC62660-3對溫度循環(huán)測試項(xiàng)目的循環(huán)次數(shù)要求更多;GB/T 31485對過充試驗(yàn)的電壓要求更嚴(yán)格;IEC 62660-3的過放電試驗(yàn)比GB/T 31485多一個電壓截止條件。從表2的檢測項(xiàng)目上看，GB/T 31485對動力電池在使用過程和運(yùn)輸中的安全性都比較關(guān)注，而IEC 62660-3只側(cè)重模擬電池在使用過程中的安全性能[11]。

2.2? ?GB/T 31467.3與ISO 12405-3對比分析

GB/T 31467.3標(biāo)準(zhǔn)和ISO 12405-3都是針對于電池包或電池系統(tǒng)級別的測試。兩者的檢測項(xiàng)目的差異如表3所示。另外，對于一些相同的測試項(xiàng)，兩者的測試條件和技術(shù)要求也不全相同。例如，對于待測樣品的荷電狀態(tài)，GB/T 31467.3要求樣品為滿電態(tài);而ISO 12405-3中功率型電池荷電狀態(tài)要求為50%，能量型電池要求為100%;對于火燒試驗(yàn)，兩者的試驗(yàn)條件大體相同，但是測試結(jié)果GB/T 31467.3要求測試樣品無爆炸現(xiàn)象，若有火苗，須在火源移開后2min內(nèi)熄滅，而ISO 12405-3只要求測試樣品不得出現(xiàn)爆炸跡象。

3? ? 現(xiàn)行國標(biāo)與GB 38031-2020對比分析

隨著動力電池技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，我國的動力電池及系統(tǒng)安全相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地更新和完善。GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》是在GB/T 31485和GB/T 31467.3基礎(chǔ)上修訂的，并由指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，其中，繼續(xù)沿用GB/T 31485測試方法和要求的項(xiàng)目有電池單體過放電、短路、加熱、溫度循環(huán);繼續(xù)使用GB/T 31467.3的測試方法和要求的項(xiàng)目有模擬碰撞、濕熱循環(huán)、溫度沖擊、高海拔。另外， GB 38031-2020取消、修改以及新增檢測項(xiàng)目如表4所示。電池包或系統(tǒng)振動檢測項(xiàng)目，試驗(yàn)前，要求將測試對象的SOC狀態(tài)調(diào)至不低于制造商規(guī)定的正常SOC工作范圍50%。振動時，x、y、z軸每個方向分別施加隨機(jī)和定頻振動載。對于裝載在M1、N1類車輛上的電池包或系統(tǒng)和其他車輛的電池包或系統(tǒng)所設(shè)置振動參數(shù)都有所差異;關(guān)于電池包或系統(tǒng)機(jī)械沖擊檢測項(xiàng)目，新增加“相鄰兩次沖擊的間隔時間以兩次沖擊在試驗(yàn)樣品上造成的響應(yīng)不發(fā)生相互影響為準(zhǔn)，一般不小于5倍沖擊脈沖持續(xù)時間”的脈沖間隔要求，是考慮到機(jī)械沖擊為短時高能量的脈沖信號，會激發(fā)電池包或系統(tǒng)的瞬時動態(tài)響應(yīng)，當(dāng)激勵脈沖結(jié)束時，結(jié)構(gòu)可能仍處于運(yùn)動狀態(tài)，如果立刻進(jìn)行下一次沖擊將帶來試驗(yàn)風(fēng)險;電池包或系統(tǒng)浸水安全試驗(yàn)的海水浸泡和IPX7兩種測試方法分表對應(yīng)進(jìn)水后和確保不進(jìn)水兩種技術(shù)思路，另外，試驗(yàn)后將電池包取出水面，靜置觀察2h是為了考慮人員的安全。

GB 38031-2020首次就電池包或系統(tǒng)熱擴(kuò)散提出安全性要求，這對于整個動力電池安全性研究具有深遠(yuǎn)的影響。本標(biāo)準(zhǔn)提供針刺和加熱兩種觸發(fā)熱失控的方法，制造商可以選擇其中一種方法，也可自行選擇其他方法來觸發(fā)熱失控。通過由檢測機(jī)構(gòu)提供熱擴(kuò)散乘員保護(hù)分析報告來約束并提高制造商在電池包或系統(tǒng)層級的熱擴(kuò)散安全能力，可以有效降低乘員的潛在安全風(fēng)險。

總而言之，由表4可以看出GB 38031-2020對檢測項(xiàng)目作出較大的變動，該標(biāo)準(zhǔn)參考國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并充分結(jié)合國內(nèi)電動汽車用動力蓄電池的實(shí)際運(yùn)行工況和環(huán)境條件，不斷地完善，從而促進(jìn)我國動力電池的長久發(fā)展和提高我國在國際貿(mào)易中的地位。

4? ? 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不足

目前國內(nèi)外的安全性標(biāo)準(zhǔn)測試對象都是針對新動力蓄電池樣品，而未對電池在使用后期的安全性提出檢測要求，因此，有必要建立如何評價使用不同時間的蓄電池的安全可靠性;現(xiàn)用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求只有“樣品無泄漏、外殼破裂、著火或爆炸等現(xiàn)象”，判斷依據(jù)太過單一、寬泛，缺少可量化的評判體系。另外，對于非破環(huán)性的安全性試驗(yàn)，如環(huán)境測試，在試驗(yàn)之后有必要進(jìn)行電性能測試，來模擬整車經(jīng)歷環(huán)境溫度變化后性能是否受到影響;目前測試都是針對電池零部件，而很少涉及到裝載在整車上的測試，應(yīng)將蓄電池和整車有機(jī)的統(tǒng)一，加強(qiáng)相關(guān)測試研究，使測試更加符合實(shí)際運(yùn)行工況，結(jié)果更加精確。

隨著動力蓄電池技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)修訂也應(yīng)該緊跟步伐，及時地做出相應(yīng)的修訂和完善，從而促進(jìn)電池行業(yè)健康快速發(fā)展，提升行業(yè)的競爭力。

5? ? 總結(jié)

本文主要以GB/T 31485和GB/T 31467.3為基礎(chǔ)，與國外涉及動力蓄電池安全性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析;其次，將現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)與即將施行的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》進(jìn)行解讀與分析，并指出現(xiàn)行動力蓄電池安全標(biāo)準(zhǔn)的一些不足之處。希望能夠?yàn)閯恿π铍姵氐臋z測工作以及研發(fā)提供一定的參考。

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