程 浩，白國(guó)軍，何志輝，葛 亮

(廣東省珠海市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 珠海 519000 )

全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口的QC/T 897-2011《電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》[1]實(shí)施已超過10年。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)(BMS)的產(chǎn)品形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，該標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性和兼容性不夠，且市場(chǎng)對(duì)BMS產(chǎn)品的安全性和可靠性提出了更高的要求。GB/T 38661-2020《電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》[2]標(biāo)準(zhǔn)已于2020年3月31日發(fā)布，2020年10月1日起正式實(shí)施。

本文作者全面對(duì)比分析了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38661-2020與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 897-2011兩種電動(dòng)汽車用BMS標(biāo)準(zhǔn)文件，從試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)方法等方面，考查兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的異同點(diǎn)，以便為BMS產(chǎn)品的開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試提供參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)介紹

GB/T 38661-2020與QC/T 897-2011均是電動(dòng)汽車用BMS技術(shù)條件的標(biāo)準(zhǔn)，其中的所有試驗(yàn)項(xiàng)目可歸納為：基本性能試驗(yàn)、電氣適應(yīng)性能試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性能試驗(yàn)、電磁兼容性能試驗(yàn)以及附錄。GB/T 38661-2020標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)包括4項(xiàng)基本性能試驗(yàn)，7項(xiàng)電氣適應(yīng)性能試驗(yàn)，10項(xiàng)環(huán)境適應(yīng)性能試驗(yàn)，7項(xiàng)電磁兼容性能試驗(yàn)以及2項(xiàng)附錄增加的試驗(yàn)項(xiàng)目；QC/T 897-2011標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試包括4項(xiàng)基本性能試驗(yàn)，3項(xiàng)電氣適應(yīng)性能試驗(yàn)，9項(xiàng)環(huán)境適應(yīng)性能試驗(yàn)，1項(xiàng)電磁兼容性能試驗(yàn)，具體內(nèi)容見表1。

表1 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011試驗(yàn)項(xiàng)目總結(jié)

2 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)內(nèi)容比較

2.1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

QC/T 897-2011和GB/T 38661-2020均適用于電動(dòng)汽車用BMS，不同點(diǎn)在于GB/T 38661-2020將電動(dòng)汽車用BMS分為鋰離子動(dòng)力電池和鎳氫動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)，并且在試驗(yàn)結(jié)果要求上有較大的差異。QC/T 897-2011未對(duì)BMS的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行進(jìn)一步的區(qū)分，雖然目前市場(chǎng)上電動(dòng)汽車大部分采用鋰離子動(dòng)力電池，但鎳氫電池仍有一定的市場(chǎng)份額[3]，如豐田普銳斯。鋰離子電池與鎳氫電池在性能上差別較大，對(duì)BMS的設(shè)計(jì)與要求不盡相同，因此，根據(jù)應(yīng)用電池的類型對(duì)BMS進(jìn)行區(qū)分測(cè)試，更具有科學(xué)性。

2.2 BMS基本功能要求

GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011均對(duì)BMS的基本功能提出了一定的要求，包括電池參數(shù)檢測(cè)[總電壓、總電流、單體(電芯組)電壓、溫度等]、故障診斷、故障信息記錄以及故障處理。要求BMS具有與整車其他控制器進(jìn)行信息交互、充電過程控制與管理的功能，且可實(shí)現(xiàn)與充電機(jī)實(shí)時(shí)通訊，還要有防過充、過放、過流、過溫等保護(hù)功能。此外，GB/T 38661-2020增加了對(duì)BMS自檢、高壓互鎖檢測(cè)、SOP估算以及均衡功能的要求，這是新能源汽車行業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)BMS提出的要求。

表2 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011對(duì)BMS基本功能的要求

2.3 狀態(tài)參數(shù)測(cè)量精度

BMS狀態(tài)參數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目包括總電壓、總電流、單體(電芯組)電壓、溫度、絕緣電阻和絕緣耐壓。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011的狀態(tài)參數(shù)精度要求如表3所示。

表3 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011狀態(tài)參數(shù)測(cè)量精度要求

GB/T 38661-2020對(duì)狀態(tài)參數(shù)測(cè)量精度要求總體高于QC/T 897-2011，且部分參數(shù)因電池類型不同而具有不同的測(cè)試精度要求。在電池總電壓采集精度方面，GB/T 38661-2020要求不高于±1%總量程(FS)，而QC/T 897-2011僅要求不高于±2%FS；在總電流采集精度方面，GB/T 38661-2020要求鋰離子電池和鎳氫電池分別不高于±2%FS和±3%FS，QC/T 897-2011要求所有均不高于±3%FS；在單體(電芯組)電壓采集精度方面，GB/T 38661-2020要求鋰離子電池和鎳氫電池均不高于±0.5%FS且最大分別不超過10 mV和±1%FS，QC/T 897-2011要求所有均不高于±0.5%FS；在溫度采集精度方面，GB/T 38661-2020分別在-20～65 ℃、-40～-20 ℃、65～125 ℃等3個(gè)溫度范圍內(nèi)，對(duì)鋰離子電池和鎳氫電池分別要求為不高于±2 ℃、±3 ℃、±3 ℃和±3 ℃、±5 ℃、±5 ℃，QC/T 897-2011要求所有均不高于±2 ℃。

在絕緣耐壓性能方面，GB/T 38661-2020要求：完成濕熱循環(huán)試驗(yàn)后的待測(cè)BMS，在非工作狀態(tài)下，按要求施加直流電壓時(shí)的絕緣電阻不小于10 MΩ；在工作狀態(tài)下，絕緣電阻不小于100 Ω/V，交流電下的絕緣電阻不小于500 Ω/V。QC/T 897-2011要求：對(duì)待測(cè)BMS直接施加500 V的直流電壓，絕緣電阻不低于2 MΩ。綜上可知，GB/T 38661-2020對(duì)BMS的絕緣性能要求明顯高于QC/T 897-2011，且GB/T 38661-2020標(biāo)準(zhǔn)對(duì)絕緣耐壓測(cè)試項(xiàng)目的試驗(yàn)順序進(jìn)行限定，這對(duì)BMS的絕緣耐壓性能設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

2.4 電池故障診斷

電池故障診斷是BMS的重要功能之一[4]，標(biāo)準(zhǔn)文件均將電池故障診斷試驗(yàn)項(xiàng)目分為基本試驗(yàn)項(xiàng)和可拓展試驗(yàn)項(xiàng)。相對(duì)于QC/T 897-2011，GB/T 38661-2020將原屬于基本試驗(yàn)項(xiàng)的“電池溫度低”列為可拓展試驗(yàn)項(xiàng)，并且在可拓展試驗(yàn)項(xiàng)中增加了“SOC跳變”，減少了“內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)故障”和“電池連接松動(dòng)”故障診斷項(xiàng)目。這種微調(diào)在一定程度上是對(duì)電池系統(tǒng)故障診斷項(xiàng)目分類的優(yōu)化。

表4 電池系統(tǒng)故障診斷試驗(yàn)項(xiàng)目 Table 4 Fault diagnosis test items of battery system

2.5 電氣適應(yīng)性

電氣適應(yīng)性試驗(yàn)主要是為了測(cè)試外部供電異常情況對(duì)BMS運(yùn)行狀況以及功能的影響。相對(duì)于QC/T 897-2011僅有過電壓、欠電壓及反向電壓試驗(yàn)等項(xiàng)目，GB/T 38661-2020增加了直流供電電壓、疊加交流電壓、供電電壓緩降和緩升、供電電壓瞬態(tài)變化以及短路保護(hù)，并且取消了欠電壓試驗(yàn)。這種變化主要是因?yàn)镼C/T 897-2011中電氣適應(yīng)性試驗(yàn)主要參照普通電氣/電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，與汽車領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)融合度不夠[5]，而GB/T 38661-2020中電氣適應(yīng)性的試驗(yàn)方法直接引用GB/T 28046.2-2011《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn) 第2部分：電氣負(fù)荷》[6]，更符合BMS作為新能源汽車車載零部件的特點(diǎn)，以更高的標(biāo)準(zhǔn)要求BMS產(chǎn)品的安全性與可靠性。

2.6 環(huán)境適應(yīng)性

BMS作為車載動(dòng)力電池系統(tǒng)的控制器，應(yīng)在各種車載環(huán)境下具有一定的運(yùn)行穩(wěn)定性。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011均對(duì)BMS的環(huán)境適應(yīng)性有一定的要求，但在具體試驗(yàn)項(xiàng)目上有些許差異。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)一般細(xì)分為機(jī)械安全性試驗(yàn)和氣候安全性試驗(yàn)。與QC/T 897-2011相比，在機(jī)械安全性試驗(yàn)方面，GB/T 38661-2020增加了機(jī)械沖擊和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)試方法引用GB/T 28046.3-2011《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn) 第3部分：機(jī)械負(fù)荷》[7]，使BMS的機(jī)械安全性試驗(yàn)更加全面；氣候安全性試驗(yàn)項(xiàng)目中，GB/T 38661-2020增加了溫度梯度試驗(yàn)，減少了耐溫度變化性能試驗(yàn)，其他試驗(yàn)項(xiàng)目相同，但是引用的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)不同。QC/T 897-2011主要引用GB/T 2423電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)的一系列試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，而GB/T 38661-2020主要引用GB/T 28046.4-2011《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn) 第4部分：氣候負(fù)荷》[8]，側(cè)重于汽車領(lǐng)域的電子電氣環(huán)境適應(yīng)性能試驗(yàn)，更符合新能源汽車行業(yè)要求。

2.7 SOC估算精度及估算方法

SOC估算精度是衡量BMS性能優(yōu)劣的關(guān)鍵依據(jù)之一。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011對(duì)BMS的SOC估算精度試驗(yàn)均具有一定要求，但試驗(yàn)工況不盡相同。QC/T 897-2011采用4種簡(jiǎn)單的典型充放電工況，測(cè)試BMS的SOC采集精度，充放電時(shí)間一般控制在50～90 s；GB/T 38661-2020采用聯(lián)邦城市運(yùn)行工況(FUDS)以及動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試工況(DST)的充放電工況，能更好地反映BMS在實(shí)車上的運(yùn)行狀況。DST工況試驗(yàn)時(shí)間控制在360 s，而FUDS工況則長(zhǎng)達(dá)1 400 s，尤其是GB/T 38661-2020在低溫(≤15 ℃)、常溫(25 ℃)、高溫(≥35 ℃)條件下，增加了SOC誤差修正速度試驗(yàn)，對(duì)SOC的估算修復(fù)提出了較高的要求，增加了SOC估算的可信度，并且能夠避免實(shí)車行駛中因SOC跳變而引起的產(chǎn)品質(zhì)量安全問題。

表5 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011對(duì)SOC試驗(yàn)的要求

2.8 SOP估算誤差試驗(yàn)以及均衡試驗(yàn)

動(dòng)力電池系統(tǒng)的SOP是衡量動(dòng)力電池可輸出功率和估算車輛續(xù)航里程的重要參數(shù)之一，準(zhǔn)確性日益受到產(chǎn)品開發(fā)者與消費(fèi)者的重視。QC/T 897-2011尚未對(duì)動(dòng)力電池SOP估算精度提出要求，但GB/T 38661-2020對(duì)SOP估算誤差試驗(yàn)作出了詳細(xì)規(guī)定，要求通過恒功率脈沖充放電測(cè)試擬合曲線來計(jì)算SOP估算誤差，填補(bǔ)了SOP估算測(cè)試方法的空白。

動(dòng)力電池均衡技術(shù)作為BMS的核心技術(shù)之一，可提升電池系統(tǒng)的單體一致性，合理智能化調(diào)整均衡電池單體容量，并且為提升電池系統(tǒng)的安全性與可靠性提供了重要保障，一直受到BMS研發(fā)的重視。QC/T 897-2011未對(duì)電池均衡作出試驗(yàn)要求，而GB/T 38661-2020不僅要求BMS應(yīng)具有均衡功能，同時(shí)在附錄E部分給出均衡試驗(yàn)方法，且要求試驗(yàn)電池串聯(lián)數(shù)不低于5串，填補(bǔ)了BMS均衡試驗(yàn)方法的空白。

2.9 電磁兼容性

電動(dòng)汽車中的電子電氣環(huán)境復(fù)雜，而BMS是動(dòng)力電池系統(tǒng)的“大腦”，因此，電磁兼容性測(cè)試對(duì)于BMS尤為重要。QC/T 897-2011主要依據(jù)GB/T 17619《機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法》[9]對(duì)BMS的電磁輻射抗擾性進(jìn)行檢測(cè)，要求簡(jiǎn)單且試驗(yàn)項(xiàng)目單一，不利于管控BMS的電磁兼容性。GB/T 38661-2020主要依據(jù)GB/T 18655-2018《車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法》[10]進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾試驗(yàn)和輻射騷擾試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 21437.2-2008《道路車輛由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾 第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)》[11]進(jìn)行電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 21437.3-2012《道路車輛由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾 第3部分：除電源線外的導(dǎo)線通過容性和感性耦合的電瞬態(tài)發(fā)射》[12]進(jìn)行信號(hào)線/控制線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 17626.4-2018《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)》[13]進(jìn)行電快速瞬態(tài)脈沖群抗擾度試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 33014.2-2016 《道路車輛 電氣/電子部件對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗(yàn)方法 第2部分：電波暗室法》[14]、GB/T 33014.4-2016《道路車輛 電氣/電子部件對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗(yàn)方法 第4部分：大電流注入(BCI)法》[15]、ISO 11452-8：2015《道路車輛窄帶輻射電磁能量的電干擾元部件試驗(yàn)方法 第8部分：磁場(chǎng)抗擾性》[16]的試驗(yàn)方法分別進(jìn)行輻射抗擾度試驗(yàn)、大電流注入試驗(yàn)、磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 19951-2019《道路車輛 電氣/電子部件對(duì)靜電放電抗擾性的試驗(yàn)方法》[17]中測(cè)試及布置相關(guān)規(guī)定進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)。綜上可知，GB/T 38661-2020通過增加電磁兼容性測(cè)試項(xiàng)目，引用更合理的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，使BMS電磁兼容性測(cè)試更加全面，測(cè)試方法更加合理，能更好地促進(jìn)BMS的質(zhì)量管控及行業(yè)的發(fā)展。

3 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣品數(shù)比較

若完成標(biāo)準(zhǔn)文件規(guī)定的全部試驗(yàn)項(xiàng)目，GB/T 38661-2020至少需要5組試驗(yàn)樣品，而QC/T 897-2011只需要3組。GB/T 38661-2020標(biāo)準(zhǔn)要求：所有測(cè)試樣品均要求狀態(tài)參數(shù)測(cè)量精度以及絕緣電阻測(cè)試，樣品1完成SOC估算精度試驗(yàn)以及電池故障診斷，樣品2進(jìn)行絕緣耐壓性能和氣候安全性試驗(yàn)，樣品3進(jìn)行電氣適應(yīng)性試驗(yàn)，樣品4進(jìn)行機(jī)械安全性試驗(yàn)，樣品5進(jìn)行電磁兼容性試驗(yàn)。QC/T 897-2011標(biāo)準(zhǔn)要求：全部樣品同樣需要進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)測(cè)量精度以及絕緣電阻試驗(yàn)，樣品1完成絕緣耐壓、耐電源極性反接以及電磁兼容性所有試驗(yàn)內(nèi)容，樣品2完成耐濕熱性能以及耐振動(dòng)性能試驗(yàn)，樣品3則完成剩余的所有試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)比可知，GB/T 38661-2020試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)樣品分組更合理，電性能試驗(yàn)、機(jī)械安全性試驗(yàn)、氣候環(huán)境試驗(yàn)、電磁兼容性試驗(yàn)使用不同組別的樣品試驗(yàn)，避免類型差距較大的試驗(yàn)項(xiàng)目之間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾，因此，試驗(yàn)項(xiàng)目更多，分組更為細(xì)致的GB/T 38661-2020所需的試驗(yàn)樣品數(shù)更多。

4 結(jié)論

本文作者對(duì)比QC/T 897-2011和GB/T 38661-2020標(biāo)準(zhǔn)文件，分析后得出以下結(jié)論：

GB/T 38661-2020將鋰離子電池用和鎳氫動(dòng)力電池用BMS的試驗(yàn)要求作出差異化要求，能夠更好地適應(yīng)市場(chǎng)上的BMS產(chǎn)品，更具有科學(xué)性。

GB/T 38661-2020的BMS試驗(yàn)項(xiàng)目更全面，不僅增加了電氣適應(yīng)性的試驗(yàn)項(xiàng)目，而且在電磁兼容性試驗(yàn)方面更完善，還增加了SOP試驗(yàn)以及均衡試驗(yàn)，對(duì)BMS的試驗(yàn)要求更加全面。

GB/T 38661-2020根據(jù)BMS的技術(shù)現(xiàn)狀，不僅采用更真實(shí)復(fù)雜的FUDS和DST工況來測(cè)試BMS的SOC估算精度，還增加了BMS的SOC誤差修正速度試驗(yàn)，對(duì)BMS的SOC估算精度提出了更高的要求。

總而言之，GB/T 38661-2020作為現(xiàn)行的BMS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件，在QC/T 897-2011行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大完善，試驗(yàn)項(xiàng)目更多，試驗(yàn)方法更加科學(xué)，試驗(yàn)結(jié)果要求更高，更適應(yīng)BMS市場(chǎng)的技術(shù)現(xiàn)狀與行業(yè)發(fā)展需求，能更好的推動(dòng)新能源汽車行業(yè)不斷前進(jìn)。