張馨予，劉學(xué)良，吳金輝，陳澤彥，張思瑤，黃鯤

（威凱檢測技術(shù)有限公司廣州 510000）

引言

鋰電池因其自放電率低、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長、輕便等優(yōu)點，作為動力來源更多的應(yīng)用到電動自行車上。將來電動自行車使用智能鋰電池是大勢所趨。鋰電池作為電動自行車的重要能量來源，是最重要的關(guān)鍵部件之一。近年來隨著電動自行車的智能化，鋰電池技術(shù)的迭代，發(fā)展速度加快，電動自行車鋰電池在充電或正常使用過程中發(fā)生起火爆炸的事故頻繁出現(xiàn)。電池產(chǎn)品的質(zhì)量，直接影響到消費者的使用體驗及人身安全。為了規(guī)范電動自行車鋰電池產(chǎn)品市場，北京市自行車電動車行業(yè)協(xié)會發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)《電動自行車用鋰離子動力電池組技術(shù)規(guī)范》，并于2022 年04 月01 日正式實施。為了適應(yīng)電動自行車對鋰電池最新要求，《電動自行車用鋰離子動力電池組技術(shù)規(guī)范》圍繞市場需要和監(jiān)管需求，重點對電池型號命名與電池組永久性唯一編碼標(biāo)識、充放電接口防觸電保護、電池組安裝電池管理系統(tǒng)（BMS），以及電器輸出接口安全性、充電器分類和充電器防護等級等進行了明確要求，填補了電動自行車用鋰電池及充電器產(chǎn)品安全技術(shù)要求的空白。為了更好的學(xué)習(xí)和研究T/BBIA 4-2022 團體新標(biāo)準(zhǔn)，本文對比原有的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36972-2018，并簡要分析標(biāo)準(zhǔn)差異背后的原因。

1 標(biāo)準(zhǔn)差異概述

國標(biāo)GB/T 36972-2018 于2018 年正式發(fā)布實施，鋰電池技術(shù)經(jīng)過幾年的發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)無法全面覆蓋市場電動自行車對鋰電池的要求。團體標(biāo)準(zhǔn)T/BBIA 4-2022 的制定，基于GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)，測試內(nèi)容有所區(qū)別，并新增了一些測試項目。T/BBIA 4-2022 可以將測試分為技術(shù)要求、電性能測試、安全要求、保護能力要求、組合外殼安全要求、電池管理系統(tǒng)（BMS）六個部分，如圖1。下面對技術(shù)要求、電性能測試、安全測試、保護能力測試、電池管理系統(tǒng)（BMS）的5 個方面存在的差異點進行對比分析。

圖1 T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)組成部分

1.1 技術(shù)要求方面

團標(biāo)T/BBIA 4-2022 比GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)新增了兩個測試，分別是標(biāo)識要求和充放電接口測試。首先從電池組標(biāo)識的規(guī)范性切入，明確電池組參數(shù)及使用、警示事項、環(huán)保回收等；并增加了標(biāo)識耐腐蝕，耐熱試驗，要求標(biāo)識具有永久性。再就是對易于出問題的充放電接口給予要求，保證電池組的安全使用；進一步強化電池組的安全管控，確保使用安全。具體如下：

1）新增了標(biāo)識的要求，并針對標(biāo)識制定試驗方法耐腐蝕、耐熱試驗，要求其具有永久性。同時具備環(huán)保標(biāo)志（回收標(biāo)志），對標(biāo)識有更嚴(yán)格的要求，有利于產(chǎn)品合格更好的驗證。

2）對充放電接口提出防觸電保護、端子和端頭、插座的結(jié)構(gòu)、插頭和連接器的結(jié)構(gòu)、絕緣電阻、電氣強度、爬電距離、電氣間隙應(yīng)符合GB/T 11918.1-2014 的規(guī)定，其它特殊要求見標(biāo)準(zhǔn)附錄A。

1.2 電性能測試方面

團標(biāo)T/BBIA 4-2022 沒有了內(nèi)阻測試，主要針對電池組生產(chǎn)工藝、焊接方式等進行考核。

1.3 安全要求方面

在過充電測試中，團標(biāo)T/BBIA 4-2022針對電池單體，而GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)針對電池組進行測試。測試對象不同，考核點不同。團標(biāo)側(cè)重單體電芯，對企業(yè)選擇電芯的質(zhì)量提出了更高的要求。

1.4 保護能力測試方面

在保護能力要求測試方面，團標(biāo)T/BBIA 4-2022 沒有靜電放電測試。

1.5 電池管理系統(tǒng)（BMS）方面

由于近幾年電池產(chǎn)品更新迭代，新產(chǎn)品在電池管理方面上得到更大的優(yōu)化，在產(chǎn)品狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控與保護、SOC 精度估算的優(yōu)化等方面得到很大的提升。團標(biāo)T/BBIA 4-2022 新增了5.6 電池管理系統(tǒng)（BMS），要求了電池組應(yīng)安裝電池管理系統(tǒng)（BMS），且應(yīng)具有以下功能：

1）數(shù)據(jù)實時采集功能，電池組在充電、放電的狀態(tài)下應(yīng)能夠?qū)崟r采集電池單體電壓、電池組總電壓、溫度、電流、SOC 數(shù)值、充放電次數(shù)，其中電池單體電壓、電池組總電壓、溫度、電流采集頻次不應(yīng)低于1 次/s，并能夠有限度保存；

2）故障報警功能，電池管理系統(tǒng)（BMS）應(yīng)具有過溫報警、過電流報警，和電池單體過電壓報警功能，且報警信號能夠正確指示或輸出到整車信息顯示接口；

3）保護功能，具有短路保護、過流保護和電池單體電壓保護功能；

4）通訊功能，應(yīng)具有與整車控制系統(tǒng)、電機控制器、充電裝置（充電器/充電柜）的通訊功能；

5）數(shù)據(jù)上傳功能，應(yīng)具有將1）中采集到的數(shù)據(jù)上傳的功能。

表1 T/BBIA 4-2022 與GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)差異概述

2 部分典型測試分析

2.1 過充電測試

過充電是鋰離子電池需要面臨的最危險的濫用工況之一。當(dāng)電池發(fā)生過充電時，鋰離子無法嵌入已經(jīng)飽和的負(fù)極，會在負(fù)極表面析出鋰枝晶，沉積的鋰枝晶可能會刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路，在短路點附近產(chǎn)生局部高溫；此外，正負(fù)極之間過高的電勢差會導(dǎo)致電解液大量分解，產(chǎn)生大量的熱，并釋放出包括氧氣在內(nèi)的各種氣體，使電池內(nèi)部積聚大量的熱量與壓力。

T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中，過充電測試的測試對象是電池單體，測試方法是以I2（A）恒流充電至制造商規(guī)定的充電終止電壓的1.5 倍后停止充電，在試驗溫度下觀察1 h。

GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)中，過充電測試的測試對象是電池組，測試方法是以I2（A）恒流，限壓n×5 V（n 為電池組內(nèi)單體電池或單體電池并聯(lián)塊的串聯(lián)級數(shù)）充電90 min，之后擱置6 h，目檢蓄電池組外觀。

由于電芯一致性或工藝等原因，在GB/T 36972-2018標(biāo)準(zhǔn)的測試條件下，部分電芯可能會先于電池組內(nèi)其他電芯發(fā)生失效，使其他電芯需要承受高于1.5 倍上限電壓的測試電壓。如圖2 所示，在對一個3 串電池組參照GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進行測試時，由于3#電芯先于其他電芯發(fā)生失效，導(dǎo)致1#和2#電芯承受的測試電壓明顯增加，其中1#電芯在失效前最高承受了1.9倍上限電壓。由此可見，GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重考核的是電芯產(chǎn)品的一致性問題，在一致性不良的情況下，采用GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)測試方法會對電池構(gòu)成更嚴(yán)酷的考驗。而T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中的過充電測試側(cè)重考核的是單個電芯的過充承受能力，加強對單體電池的考核，對電芯制造商來說需要對產(chǎn)品設(shè)計等方面有更高的技術(shù)要求（圖3、4）。

圖2 GB/T 36972-2018 過充電測試數(shù)據(jù)曲線圖

圖3 T/BBIA 4-2022 過充電測試實物圖

注1：I2為2 h 率放電電流，其數(shù)值等于0.5C2（A）

2.2 相關(guān)放電測試

當(dāng)電池組處在BMS 失效、低SOC 狀態(tài)下長期存儲等極端工況時電池組中的電池有可能會發(fā)生過放電。當(dāng)鋰電池發(fā)生過放電時，負(fù)極的鋰離子過度脫嵌，導(dǎo)致負(fù)極材料的層狀結(jié)構(gòu)崩塌，進而導(dǎo)致電池容量發(fā)生不可逆的衰減；此外，過放電還有引起負(fù)極的銅箔溶解等風(fēng)險，溶解的銅元素在充電的過程中會在負(fù)極表面析出，產(chǎn)生的金屬銅枝晶可能會刺穿隔膜，引起正負(fù)極短路，進而導(dǎo)致鋰離子電池徹底失效。

T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中，安全測試中的相關(guān)放電試驗項是過放電測試，測試對象是電池組，拆除保護裝置，并充滿電后，將電池組以2I2（A）恒流放電90 min，觀察1 h，目檢電池組外觀。

GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)中，安全測試中的相關(guān)放電試驗項是強制放電測試，測試對象是電池組。拆除保護裝置，并充滿電后，將電池組中的任何一個單體電池進行放電至終止電壓，其余單體電池均為充滿電狀態(tài)，之后對電池組2I2（A）恒流放電60 min，目檢電池組外觀。

相比之下，GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過放電試驗方法更貼近實際的濫用工況，模擬樣品在實際使用過程中，因電芯產(chǎn)品質(zhì)量一致性較差的情況，導(dǎo)致某顆電芯電壓出現(xiàn)低于其他電芯的異常情況下，和保護裝置失效情況下，考核電池組在過度放電極端條件下是否有異常情況出現(xiàn)。GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)強制放電相對極端。相比之下，T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中，在保護裝置失效情況下，過放電是否會引起異常情況發(fā)生，該情況在實際使用中較常出現(xiàn)。團標(biāo)T/BBIA 4-2022在放電時間超過60 min后，隨著過放電對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，電池組的電壓會快速下降，電池內(nèi)阻也會明顯上升，電池表面溫度急劇上升，T/BBIA 4-2022 標(biāo)準(zhǔn)中的過放電在后半段測試中，對產(chǎn)品的承受能力要求較高（圖5）。

圖5 T/BBIA 4-2022 與 GB/T 36972-2018 相關(guān)放電測試溫度曲線圖

2.3 過充電保護測試/過放電保護測試

圖4 GB/T 36972-2018 過充電測試實物圖

兩個標(biāo)準(zhǔn)對過充電保護測試及過放電保護測試的測試方法基本相同，僅是在試驗結(jié)束條件略有不同。團標(biāo)T/BBIA 4-2022 的結(jié)束條件為持續(xù)充/放電直至電池保護裝置起作用或充/放電時間達(dá)到24 h，相比于GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)，多了一個電池保護裝置起作用的結(jié)束條件。

團標(biāo)T/BBIA 4-2022 側(cè)重是產(chǎn)品能夠起到一次安全保護即可，而GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)考核的范圍更廣，除了考核產(chǎn)品是否能夠起到保護作用，還考核了產(chǎn)品在24 h 長時間內(nèi)，保護功能是否會失效情況，對保護元器件的要求較高。一般情況下，產(chǎn)品的保護功能是可自動恢復(fù)的，24 h 內(nèi)在啟動保護和啟動恢復(fù)的切換中，保護功能是否能夠依舊保持正常運行，關(guān)鍵元器件是否會因發(fā)熱過溫而失效，這是GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)考核點的其中之一。相比之下，GB/T 36972-2018 標(biāo)準(zhǔn)更貼近實際生活使用中的濫用場景，相對來說要求較為嚴(yán)格。

3 結(jié)論

團標(biāo)T/BBIA 4-2022《電動自行車用鋰離子動力電池組技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布對電動自行車用鋰離子動力電池有一個全新的要求。進一步完善北京市電動自行車鋰電池標(biāo)準(zhǔn)體系，為全鏈條管控提供理論依據(jù)，填補了行業(yè)此類標(biāo)準(zhǔn)的空白。

針對充放電接口測試，對其絕緣電阻、耐久測試、電氣強度、阻燃測試、防護等級等方面進行全面考量。完善了充電接口的技術(shù)要求和試驗方法。明確了接插件的電壓、電流選用要求；提出了接插件的使用壽命要求；規(guī)定了接插件應(yīng)用安全性；增加了鋰離子電池組充電時應(yīng)有握手信號的要求。該項測試的增加，不單是對充放電接口產(chǎn)品質(zhì)量的考核，同時也是對電動自行車使用過程的全方位思考?？紤]到電動自行車充電過程、使用過程、技術(shù)質(zhì)量等各方面的質(zhì)量管理。堅持按照“建設(shè)、治理、服務(wù)”一體化原則進行標(biāo)準(zhǔn)制定。

其次關(guān)于標(biāo)識也提出新的要求，例如電池組應(yīng)包含唯一編碼標(biāo)識、制造廠名或商標(biāo)、產(chǎn)品名稱型號、電池關(guān)鍵使用參數(shù)、正負(fù)極標(biāo)識、安全警示說明等，對廠家的標(biāo)識管理提出了更為詳細(xì)的要求，以防止消費者在使用過程中出現(xiàn)誤用、濫用等情況。同時詳細(xì)的標(biāo)識信息為日后產(chǎn)品整體使用監(jiān)管提供更好的信息可溯源性。對企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)管提出了更高的要求。

最后團標(biāo)T/BBIA 4-2022 根據(jù)目前市場上電動自行車產(chǎn)品的更新迭代，多維度探討電動自行車用鋰離子電池應(yīng)遵循的最新產(chǎn)品技術(shù)要求。使行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品能夠平穩(wěn)過渡，為行業(yè)健康發(fā)展做貢獻，提供一個公平競爭的市場環(huán)境逐步提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。新技術(shù)規(guī)范的出臺能促進鋰離子電池在電動自行車市場上更好的應(yīng)用，也對于電池技術(shù)等各方面的要求更加提高。本標(biāo)準(zhǔn)的制定符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展原則、市場需求原則、突出重點原則；本著先進性、科學(xué)性、合理性和可操作性的原則以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、協(xié)調(diào)性、適用性和規(guī)范性原則。希望本文通過將T/BBIA 4-2022 與GB/T 36972-2018 對比，能幫助我們更好的學(xué)習(xí)新技術(shù)規(guī)范。