汽车研发：纯电动汽车电池的测试内容与要求解析!

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纯电动汽车电池的测试内容与要求解析

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我国已将电动汽车为主的新能源汽车产业列入七大战略性新兴产业之一，科技部的电动汽车“十三五”规划力争到2020年实现各类电动汽车的产业化。电动汽车的“油箱”——动力电池起着举足轻重的作用。电池的成本、比能量、循环寿命、安全性和可靠性等是影响电动汽车发展的重要因素，纯电动汽车电池的测试及其标准都将是至关重要的。

一、电性能测试

电性能是衡量一个电池或者电池组工作性能的最重要的指标，电性能测试则是判断电池或电池组是否能达到要求的工作状态的必要条件之一。

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测试项目

一般纯电动汽车电池是能量型应用（BEV），电性能项目考核重点是电池的基本电性能，一方面用于产品选型、配组和设计开发，另一方面用于产品性能的横向比较，促进整车筛选、匹配及应用。

总体而言，电池基本电性能测试评价主要分为4个部分：

安全性测试具体为以下几个项目：

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试验方法

2014年1月全国标准化技术委员会在电动车辆标准审查会上审核通过了前两部分标《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程——第1部分：高功率应用》与《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程——第2部分：高能量应用》。此外，还有《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》也已发布。以下是部分电性能试验方法：

1）充电试验

实验前准备：室温下，蓄电池模块先以1I₁(A)电流放电至任一单体蓄电池电压达到放电终止电压。搁置1h(或企业提供的不高于1h的搁置时间)，然后按企业提供的充电方法进行充电，若企业未提供充电方法，则依据以下方法充电：

A. 对于理离子蓄电池

以1I₁(A)电流恒流充电至企业技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电，至充电电流降0.05(A)时停止充电，若充电过程中有单体蓄电他电压超过充电终止电压0.1V时则停止充电。充电后搁置1h（或企业提供的不高于1h的摘置时间）。

B. 对于金属氢化物镍蓄电池

以1I₁(A)电流恒流充电1h，然后再以0.2(A)充电1h，充电后静置1h(或企业提供的不高于1h的静置时间)。

2）标准循环寿命试验

标准循环寿命试验步骤及内容如下：

3）室温倍率充放电性能试验

室温倍率充放电性能试验如下：

室温下的充电试验是先将电池按照放电步骤进行放电，然后再进行充电实验。

4）比功率测试试验

比功率测试试验步骤及内容如下：

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试验要求

二、安全性测试

安全性测试是对纯电动汽车电池的安全性的检测。电池包处于不同的外界环境，其电性能和稳定性都会发生改变，要确保电池的安全工作，不造成损失，必须对电池包进行安全性测试。

众多的安全性能测试实验保证了电池包在各种极端环境下的正常稳定工作，进而使整车的安全性和适应性达到实际行车要求。安全性能测试试验项目如下图：

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振动试验

振动试验的条件如下：

振动试验的步骤及内容如下：

振动试验要求：

1）测试过程中，蓄电池包或系统的最小监控单元无电压锐变(电压差的绝对值不大于0.15 V)，蓄电池包或系统保持连接可靠、结构完好，蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验后的绝缘电阻值不小于100Ω/V。

2）蓄电池包或系统的电子装置：试验过程中，连接可靠，结构完好，无装机松动，且试验后状态参数测量精度满足原始参数要求。

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模拟碰撞实验

测试对象为蓄电池包或系统。测试对象水平安装在带有支架的台车上，根据测试对象的使用环境给台车施加下表和下图中规定的脉冲(汽车行驶方向为x轴，另一垂直于行驶方向的水平方向为y轴)，观察2h。

碰撞试验要求：

1）蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象；

2）试验后的绝缘电阻值不小于100Ω/V。

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湿热循环试验

湿热循环试验流程如下图所示：

1）环境准备

按下图1的规定，使工作空间内的温度在24 h内循环变化。

2）升温阶段

在3±0.5h内，将工作空间的温度连续升至80℃，升温速率应限定在图2的阴影范围内。

在该阶段,除最后15 min相对湿度可不低于90%外，其余时间的相对湿度都应不低于95%，以便使试验样品产生凝露。

3）高温高湿恒定阶段

将工作空间的温度维持在40±2℃(或55±2℃)的范围内，直到从升温阶段开始算起满12±0.5h为止。

在该阶段，除最初和最后15min相对湿度应不低于90%外，其余时间均应为93±3%。

4）降温阶段

将工作空间的温度在3至6h内由40±2℃(或55±2℃)降至25±3℃。降温速率应限定在下图2规定的阴影范围内。

在该阶段，相对湿度有两种变化方式：

变化1：除最初15 min相对湿度应不低于90%外，其余时间均应不低于95%。

变化2：允许相对湿度不低于85%。

5）低温高湿恒定阶段

将工作空间的温度维持在25±3℃，相对湿度应不低于95%，直至从升温阶段开始算起满24h为止。

其中最高温度+80℃，循环次数5次。室温下观察2h。

湿热试验要求：

蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验后30min内的绝缘电阻值不小于100Ω/V。

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过热保护试验

测试时测试对象中所有控制系统处于工作状态。测试温度为测试对象最高工作温度，以测试对象允许的最大持续充放电电流进行充放电试验，直至电池管理系统起作用，或达到以下条件时停止试验：

1）超过最高工作温度10 C；

2）在1 h内最高温度变化值小于4 C；

3）出现其他意外情况；

过温保护试验要求：

蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验后30min内的绝缘电阻值不小于100Ω/V。

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短路保护试验

1）测试对象为蓄电池系统；

2）测试对象的所有控制系统应处于工作状态；

3）将测试对象的接线端短路10min；

4）短路电阻不大于20mΩ，由双方共同商定。观察2h。

短路保护试验要求：

保护装置起作用蓄电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验后30min内的绝缘电阻值不小于100Ω/V。  

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过充放电保护实验

1）测试对象为蓄电池系统；

2）测试中测试对象中所有控制系统应处于工作状态；

3）标准放电至放电截止条件，继续以1C(不超过400 A)放电(充电时，充电电流倍率为1C或者有双方协定），直至电池管理系统起作用；或达到下表条件时停止实验；

4）试验后，观察2 h。

过充放电保护试验要求：

电池管理系统起作用，蓄电池系统无外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验后的绝缘电阻值不小于100Ω/V。

三、国家电动汽车电池标准

电动汽车早期的发展过程中，国内的动力电池标准还存在标准体系覆盖面不广、与国内市场形势不适应、标准的可操作性与有效性不强和检测标准偏低等不足。动力电池系统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现象。

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较完整的标准体系，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。

电动汽车动力电池标准汇总如下表所示：

目前的国家标准《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程》共3部分，对应参考ISO-12405系列标准，分别为高功率应用、高能量应用和安全要求，是锂离子电池包和电池系统的基本性能、安全及可靠性测试方法标准。其中基本性能测试规定了测试方法，基本性能测试包括预处理循环、标准循环、容量和能量测试、功功率和内阻测试、无负载容量损失、能量效率以及循环寿命测试；安全及可靠性测试对测试方法和要求进行了规定，包括振动、机械冲击、跌落、模拟碰撞、挤压、温度冲击等。新标准的实施，对整个电动汽车电池行业的进步起到了十分积极的作用。

四、结语

国内外动力蓄电池测试标准法规体系已经初步形成，标准测试评价方法也趋于统一，但是还存在诸多不足，今后动力蓄电池标准法规发展需要在各个方面进行突破和创新。

此外，目前我国在动力蓄电池回收和梯次利用等方面的标准还仍未有建树。因此，制定全面的电池回收标准和梯次利用标准是促进电动汽车健康发展的当务之急。