电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程doc.docx
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电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程
电动汽车用锂离子动力电池包和系统测试规程
1 范围
本标准规定了电动汽车用锂离子动力电池包和系统基本性能、可靠性和安全性的测试方法。
本标准适用于高功率驱动用电动汽车锂离子动力电池包和电池系统。
2 规范性引用文件（其中的一部分）
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2423.4-2008电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法试验Db交变湿热（12h＋12h循环）（IEC60068-2-30:
2005,IDT）
GB/T2423.43-2008电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法振动、冲击和类似动力学试验样品的安装（IEC60068-2-47:
2005,IDT）
GB/T2423.56-2006电工电子产品环境试验第2部分：
试验方法试验Fh：
宽带随机振动（数字控制）和导则（IEC60068-2-64:
1993,IDT）
GB/T18384.1-2001电动汽车安全要求第1部分:
车载储能装置（ISO/DIS6469-1:
2000,EQV）
GB/T18384.3-2001电动汽车安全要求第3部分:
人员触电防护（ISO/DIS6469-3:
2000,EQV）
GB/T19596-2004电动汽车术语（ISO8713:
2002,NEQ）
GB/Txxxx.1-xxxx道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分:
一般规定（Roadvehicles-EnvironmentalconditionsandtestingforelectricalandelectronicequipmentPart1:
General,MOD）
GB/Txxxx.3-xxxx道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：
机械负荷（Roadvehicles-EnvironmentalconditionsandtestingforelectricalandelectronicequipmentPart3:
Mechanicalloads,MOD）
GB/Txxxx.4-xxxx道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第4部分：
气候负荷（Roadvehicles-EnvironmentalconditionsandtestingforelectricalandelectronicequipmentPart4:
Climaticloads,MOD）
3 术语和定义
3.1
蓄电池电子部件
采集或者同时监测蓄电池单体或模块的电和热数据的电子装置，必要时可以包括用于蓄电池单体均衡的电子部件。
1注：
蓄电池电子部件可以包括单体控制器。
单体电池间的均衡可以由蓄电池电子部件控制，或者通过蓄电池控制单元控制。
3.2
蓄电池控制单元batterycontrolunit（BCU）
控制、管理、检测或计算电池系统的电和热相关的参数，并提供电池系统和其他车辆控制器通讯的电子装置。
3.3
额定容量ratedcapacityofbatterypack/syetem
制造商所宣称的电池包或系统按照6.2的方法确定的放电容量。
3.4
电池包batterypack
能量存储装置，包括单体或单体的集成，单体电子（部件），高压电路，包含电连接的过流保护装置，冷却接口，高压，辅助低压及通讯。
见附录A。
3.5
电池系统batterysystem
能量存储装置，包括单体或单体的集成，电池管理系统，高压电路（含电流接触器）、包含电连接的过流保护装置，冷却接口，高压，辅助低压及通讯。
见附录A。
3.6
高能量应用highenergyapplication
装置或应用特性，电池包或电池系统的最大允许输出电功率和室温下其在1C倍率放电的能量比值低于10。
注：
高能量电池包和电池系统应用于BEVs。
3.7
高功率应用highpowerapplication
装置或应用特性，电池包或系统的最大允许输出电功率和室温下其在1C倍率放电的能量比值大于等于10。
注：
高功率电池包和电池系统应用于HEVs和FEVs。
3.8
蓄电池电流符号leadingsignofbatterycurrent
蓄电池放电电流符号为正，充电电流符号为负。
3.9
电池管理系统batterymanagementsystem（BMS）
控制或管理电池系统电气的或热性能的电子装置，并提供电池系统和其他车辆控制器的通讯，包括单体电池电子部件和电池控制单元。
4 符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。
BCU：
蓄电池控制单元
nC：
电流倍率，等于1小时放电容量的n倍（单位A）
HV：
高压（B级电压，大于60V且小于等于1000V的直流系统，参照GB/T18384.3-2001）
LV：
低压（A级电压，不大于60V的直流系统，参照GB/T18384.3-2001）
PSD：
功率谱密度
RMS：
均方根
RT（roomtemperature）：
室温（25±2）℃
SOC：
荷电状态
：
效率
：
最大允许脉冲放电电流
5 通用测试条件
5.1 一般条件
5.1.1 高压安全设计需参照GB/T18384.1和GB/T18384.3的相关进行测试和验证。
5.1.2 受试装置交付时需要包括完整的系统和用户手册，包括所有必要的操作的文件，以及和测试设备相连的接口部件（如连接器，插头，包括冷却系统）。
制造商需要提供电池包或系统的工作限值，以保证整个测试过程的安全。
5.1.3 当测试的目标环境温度改变时，在进行测试前受试装置需要完成环境适应过程：
受试装置在新的试验环境温度下静置12h。
受试装置如果包含蓄电池控制单元，则环境适应过程需要将其关闭。
如果在1h内所有测试点的温度变化小于4℃，则环境适应过程的静置时间可以缩短。
5.1.4 如果电池包或系统由于某些原因（如尺寸或重量）不适合进行某些测试，那么供需双方协商一致后可以用电池包或电池系统的子系统代替作为受试装置，进行全部或部分试验，但是作为受试装置的子系统应该包含和整车要求相关的所有部分，如进行机械性能测试所要求的机械或电连接的连接点。
5.1.5 调整SOC至试验目标值n%的方法是：
按生产商提供的充电方式将电池包或系统充满电，静置1h，以1C恒流放电（100-n）/100h。
每次SOC调整后，新的测试开始前受试装置需要静置30min。
5.1.6 测试过程中，为了电池包或系统的内部反应及温度的平衡，某些测试步骤之间需要静置一定的时间。
静置过程中切断电池包或系统的主接触器，电池包或系统的低压电控单元正常工作，如蓄电池电子部件和BCU等；冷却系统根据制造商的规定或BCU的指令工作。
5.1.7 测试过程中的放电倍率大小按照本标准的规定执行，充电机制和放电截至条件由制造商提供，但是这些条件应前后统一，如循环性能测试过程的充电机制和放电截至条件应该和循环寿命等其他试验的规定相同。
5.1.8 电池包或系统的额定容量对于测试过程具有重要影响。
如果蓄电池实际可用容量（7.1.2.2）与蓄电池额定容量之差的绝对值超过额定容量的5%，则在测试报告中要明确说明，并用实际可用容量代替额定容量用于充放电电流及SOC计算的依据。
5.1.9 电池包和电池系统需要进行的测试项目、测试方法章条号、测试条件等信息见附录B。
5.2 准确度要求
5.2.1 测量仪器、仪表准确度的要求如下：
1——电压测量装置：
不低于0.5级；
2——电流测量装置：
不低于0.5级；
3——温度测量装置：
±1K；
4——时间测量装置：
±0.1%；
5——尺寸测量装置：
±0.1%；
6——质量测量装置：
±0.1%。
5.2.2 测试过程中，控制值或测试值的总误差（相对于期望值或实际值）最低要求如下：
7——电压：
±1%；
8——电流：
±1%；
9——容量：
±1%；
10——温度：
±2K。
5.3 数据记录间隔
除非在某些具体测试项目中另有说明，否则在预计的充电或放电时间的每5%间隔处记录测试数据，如时间、温度、电流和电压等。
5.4 试验准备
5.4.1 电池包的准备
除非特殊说明，否则电池包的高压和低压要和测试平台设备相连。
根据电池包生产商的要求和实验测试规程，由测试平台控制电流接触器、可获取的电压、电流和温度参数。
电池包的被动过流保护需要开启。
测试平台需要保证主动过流保护，如果需要，可以通过断开电池包的主接触器来实现。
冷却装置可以连接到测试平台，根据电池包生产商的要求进行控制操作。
5.4.2 电池系统的准备
除非特殊说明，否则电池包的高压和低压要和测试平台设备相连。
电池系统由BCU控制，平台测试设备将遵循BCU通过总线通讯传递来的工作限值。
平台测试设备要保证主接触器开关的工作，保证电压电流和温度剖面和测试规程的要求一致。
电池系统冷却装置及平台测试设备相对应的冷却回路将根据测试规程和BCU的控制而工作。
BCU要使平台测试设备能够在电池系统工作限值内完成规定的测试。
如果需要，BCU的程序将根据测试规程由电池系统生产商进行更改。
电池系统的主被动过流保护需要开启。
主动过流保护同时也需要由平台测试设备保证，如果需要的话通过断开电池系统的主接触器实现。
注1：
电池包测试过程中，电池包和测试平台之间没有信息交换，电池包的参数限值由测试平台直接控制；而电池系统测试过程中，电池系统通过总线和测试平台通讯，将蓄电池状态参数和工作限值实时传输给测试平台，再由测试平台根据电池状态和工作限值控制测试过程。
注2：
电池包和电池系统测试中，都是由测试平台控制受试装置的充电、静置、放电等过程的具体参数及其切换，由测试平台检测电池包和电池系统电流、电压、容量或能量等参数，并将这些数据作为检测结果或计算依据。
6 通用测试循环
6.1 预处理循环
6.1.1 电池包的预处理循环
电池包的高压和低压要和测试平台设备相连，在室温下进行测试，电池充满电，冷却系统保持工作，电池处于正常的工作条件下（主电流接触器关闭，电池系统由测试平台控制）。
使用被动电路保护的集成设备完成实验。
断开主动充电控制。
测试规程按如下要求进行：
a）室温下进行测试。
b）除非制造商在交货前另有建议，否则使用2C放电。
充电按照制造商的推荐进行。
c）进行五次预处理循环。
消费者和厂商之间还可以达成一致意见减少预处理循环次数。
d）电池包或系统的放电截止电压不可低于生产商推荐的最小电压值（最小电压是未造成不可恢复损坏的放电电压最低值）。
e）如果在连续两次电池包或系统的放电容量变化不高于额定容量的3%（高功率电池用2C放电倍率，高能量电池用1C放电倍率，或都根据电池制造商的建议而采取的放电其他放电机制），则认为电池包或电池系统完成了预处理。
如果对于同一个电池包或电池系统，而且采用的放电机制和电池厂内部测试相同，第二个循环可以直接和厂家的数据进行对比。
6.1.2 电池系统的预处理循环
电池包的高压和低压要和测试平台设备相连，在室温下进行测试，电池充满电，冷却系统保持工作，电池处于正常的工作条件下（主电流接触器关闭，电池系统由BCU控制）。
使用被动电路保护的集成设备完成实验。
断开主动充电控制。
测试规程按如下要求进行：
a）室温下进行测试。
b）除非制造商在交货前另有建议，否则使用2C放电。
充电按照制造商的推荐进行。
c）进行五次预处理循环。
消费者和厂商之间还可以达成一致意见减少预处理循环次数。
d）电池包或系统的放电截止电压不可低于生产商推荐的最小电压值（最小电压是未造成不可恢复损坏的放电电压最低值）。
如果在连续两次电池包或系统的放电容量变化不高于额定容量的3%（高功率电池用2C放电倍率，高能量电池用1C放电倍率，或都根据电池制造商的建议而采取的放电其他放电机制），则认为电池包或电池系统完成了预处理。
如果对于同一个电池包或电池系统，而且采用的放电机制和电池厂内部测试相同，第二个循环可以直接和厂家的数据进行对比
6.2 标准循环
6.2.1 标准循环在测试过程中本标准指定的测试步骤进行，以确保电池包和系统在测试时处于相同的状态。
标准循环在室温下进行，按照先后顺序包括一个标准放电过程和标准充电过程，其步骤如下：
a）标准放电：
使用1C放电至制造商规定的放电截至条件；
b）静置30min；
c）标准充电：
根据蓄电池制造商提供的充电机制充电；
6.2.2 如果标准循环和一个新的测试之间时间间隔长于24小时，则需要重新进行一次标准循环。
7 基本性能测试
7.1 容量和能量测试
7.1.1 通用条件
7.1.1.1 电池包或系统需要测试室温、高温和低温下的容量和能量。
7.1.1.2 每次充电前受试装置将静置30min，或者达到室温。
7.1.1.3 测试过程使用恒流放电，放电过程在制造商制定的截至条件下停止。
7.1.1.4 放电电流对放电时间的积分为电池包或系统的容量，放电电流和电压的乘积对放电时间的积分为电池包或系统的能量。
7.1.2 室温下的容量和能量测试
7.1.2.1 测试在室温下按照表1的测试步骤进行。
7.1.2.2 步骤3的放电容量为蓄电池的实际可用容量。
如果实际可用容量与蓄电池额定容量之差的绝对值超过额定容量的5%，则在测试报告中要明确说明，并用实际可用容量代替额定容量用于充放电电流及SOC计算的依据。
表1 室温下能量和容量测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
1.
环境适应*
5.1.3
RT
2.
标准循环
6.2
RT
3.
1C放电
7.1.1.3
RT
4.
标准充电
6.2C）
RT
5.
10C放电
7.1.1.3
RT
7.1.3 高温下的能量和容量测试
电池包和系统需要测试40℃环境温度下的能量和容量。
试验在环境箱内完成，按照表2的测试步骤进行试验。
表2 高温下能量和容量测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
1.
环境适应
5.1.3
RT
2.
标准充电
6.2C）
RT
3.
标准循环
6.2
RT
4.
环境适应
5.1.3
40℃
5.
1C放电
7.1.1.3
40℃
7.1.4 低温下的能量和容量测试
电池包和系统需要测试0℃和-18℃环境温度下的能量和容量。
试验在环境箱内完成，按照表3的测试步骤进行试验。
表3 低温下能量和容量测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
6.
环境适应
5.1.3
RT
7.
标准充电
6.2C）
RT
8.
标准循环
6.2
RT
9.
环境适应
5.1.3
0℃
10.
1C放电
7.1.1.3
0℃
11.
环境适应
5.1.3
RT
12.
标准充电
6.2C）
RT
13.
标准循环
6.2
RT
14.
环境适应
5.1.3
-18℃
15.
1C放电
7.1.1.3
-18℃
7.2 功率和内阻测试
7.2.1 通用条件
7.2.1.1 电池包或系统需要测试室温、高温和低温及不同SOC下的功率和内阻，某一具体环境温度和SOC下的功率和内阻测试工况见7.2.2，整个测试过程按照7.2.4进行。
7.2.1.2 按照表5给定的时间测量电池包或系统的端电压，按7.2.4计算充放电功率和内阻。
7.2.2 功率和内阻测试工况
7.2.2.1 功率和内阻测试工况按照表4和图1进行，测试过程中需要记录的数据如表5和图2所示。
7.2.2.2 放电过程的放电电流保持为恒流，电流大小为电池包或系统的最大允许脉冲放电电流
。
不同环境温度和SOC下
可以不同，
由制造商提供。
如果放电过程电池包或系统端电压达到制造商指定的放电电压限值，停止放电，适当降低
后重新进行试验。
7.2.2.3 充电过程充电电压保持为恒流，电流大小为0.75
。
如果电池包或系统的最大允许脉冲充电电流小于0.75
，则充电过程按照制造商规定的最大允许脉冲充电电流进行。
如果充电过程中电池包或系统端电压达到制造商指定的充电电压限值，停止充电，适当降低
后重新进行试验。
表4 功率和内阻测试工况步骤时间
时间增加量
s
累计时间
s
电流
A
18
18
40
58
0
10
68
-0.75
40
108
0
图1 脉冲功率特性曲线-电流示例
图2 脉冲功率特性曲线-电压示例
表5 需要测试的电压和电流
时间
S
电压
V
电流
A
对应电流值
A
0
U0
I0
0
0.1
U1
I1
Imax
2
U2
I2
Imax
10
U3
I3
Imax
18
U4
I4
Imax
58
U5
I5
0
58.1
U6
I6
-0.75Imax
60
U7
I7
-0.75Imax
68
U8
I8
-0.75Imax
108
U9
I9
0
7.2.3 功率和内阻计算
7.2.3.1 放电内阻计算
放电内阻计算按式
（1）-（5）计算：
0.1s放电内阻
…………………………………………
（1）
2s放电内阻
………………………………………
（2）
10s放电内阻
…………………………………………（3）
18s放电内阻
…………………………………………（4）
全过程放电内阻
…………………………………………（5）
7.2.3.2 充电内阻计算
充电内阻计算按式（6）-（9）计算：
0.1s充电内阻
………………………………………（6）
2s充电内阻
…………………………………………（7）
10s充电内阻
………………………………………（8）
全过程充电内阻
………………………………………（9）
7.2.3.3 放电功率计算
放电功率计算按式（10）-（13）计算：
0.1s放电功率
……………………………………（10）
2s放电功率
……………………………………（11）
10s放电功率
……………………………………（12）
18s放电功率
……………………………………（13）
7.2.3.4充电功率计算
充电功率计算按式（14）-（16）计算：
0.1s充电功率
……………………………………（14）
2s充电功率
………………………………………（15）
10s充电功率
……………………………………（16）
7.2.4 测试步骤
室温、高温及低温下的功率和内阻测试分别按照表6、7、8进行，其中高温和低温下的测试在环境箱内进行。
表6 室温下电池包或系统功率和内阻测试测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
1.
环境适应
5.1.3
RT
2.
标准循环
6.2
RT
3.
标准放电
6.2a）
RT
4.
静置30min
5.1.6
RT
5.
调整SOC至80%或制造商允许的最高SOC
5.1.5
RT
6.
静置30min
5.1.6
RT
7.
功率和内阻测试工况
7.2.2
RT
8.
标准循环
6.2
RT
9.
标准放电
6.2a）
RT
10.
静置30min
5.1.6
RT
11.
调整SOC至50%
5.1.5
RT
12.
静置30min
5.1.6
RT
13.
功率和内阻测试工况
7.2.2
RT
14.
标准循环
6.2
RT
15.
标准放电
6.2a）
RT
16.
静置30min
5.1.6
RT
17.
调整SOC至20%或制造商允许的最高SOC
5.1.5
RT
18.
静置30min
5.1.6
RT
19.
功率和内阻测试工况
7.2.2
RT
表7 高温下电池包或系统功率和内阻测试测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
1.
环境适应
5.1.3
RT
2.
标准循环
6.2
RT
3.
标准放电
6.2a）
RT
4.
静置30min
5.1.6
RT
5.
调整SOC至50%
5.1.5
RT
6.
环境适应
5.1.3
40℃
7.
功率和内阻测试工况
7.2.2
40℃
表8 低温下电池包或系统功率和内阻测试测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
1.
环境适应
5.1.3
RT
2.
标准循环
6.2
RT
3.
标准放电
6.2a）
RT
4.
静置30min
5.1.6
RT
5.
调整SOC至50%
5.1.5
RT
6.
环境适应
5.1.3
0℃
7.
功率和内阻测试工况
7.2.2
0℃
8.
环境适应
5.1.3
RT
9.
标准循环
6.2
RT
10.
标准放电
6.2a）
RT
11.
静置30min
5.1.6
RT
12.
调整SOC至50%
5.1.5
RT
13.
环境适应
5.1.3
-18℃
14.
功率和内阻测试工况
7.2.2
-18℃
7.3 无负载容量损失
7.3.1 无负载容量损失是指电池系统长期搁置状态下的容量损失，包括可恢复容量损失和不可恢复容量损失两部分。
测试在室温下按照表9进行。
7.3.2 搁置过程中断开电池系统的高压连接、低压连接，关闭冷却系统及其他必要的连接装置。
7.3.3 搁置周期为720h，容量损失计算如下：
a）步骤4、8、11、15的放电容量分别记为
、
、
、
；
b）168h搁置周期内的无负载容量损失率为：
；
c）168h搁置周期内的不可恢复的无负载容量损失率为
。
表9 动力电池系统无负载容量损失测试步骤
序号
电池包或系统状态
试验方法章条号
环境温度
1.
环境适应
5.1.3
RT
2.
标准循环
6.2
RT
3.
静置30min
5.1.6
RT
4.
标准放电
6.2a）
RT
5.
静置30min
5.1.6
RT
6.
调整SOC至80%
5.1.5
RT
7.
静置30min
5.1.6
RT
8.
标准放电，放电容量记为
6.2a）
RT
9.
调整SOC至80%
5.1.5
RT
10.
搁置720h
7.3.2
RT
11.
标准放电，放电容量记为
6.2a）
RT
12.
标准充电
6.2c）
RT
13.
标准循环
6.2
RT
14.
静置30min
5.1.6
RT
15.
标准放电
6.2a）
RT
7.4 低温启动功率测试
7.4.1 低
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