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电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统

第2部分：

高能量应用测试规程

前言

GB/T31647《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统》分为以下3个部分：

第1部分：

高功率应用测试规程；

第2部分：

高能量应用测试规程；

第3部分：

安全性要求与测试方法。

本部分为GB/T31647的第2部分。

本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本部分使用重新起草法参考GB/T31647《电动道路车辆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》编制，与ISO12405-2：

2012的一致性程度为非等效。

本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出。

本部分山全国汽车标准化技术委员会（SAC/TC114）归口。

本部分起草单位：

中国汽车技术研究中心、中国电子科技集团公司第十八研究所、天津力神电池股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司技术中心、重庆长安新能源汽车有限公司、中国北方车辆研究所、比亚迪汽车工业有限公司、奇瑞新能源汽车技术有限公司、北京交通大学、惠州市亿能电子有限公司、普天新能源有限责任公司、哈尔滨光宇电源股份有限公司、合肥国轩高科动力能源有限公司、上海大众汽车有限公司、广东精进能源有限公司、上海卡耐能源有限公司。

本部分主要起草人:

王芳、肖成伟、刘仕强、孟祥峰、张娜、高洪波、姜久存、江文峰、陆柯玮、邵浙海、徐兴无、袁昌荣、刘震、文峰、阮旭松、曾祥兵、王占国、杨聪娇、马立双、吴志强、张彩萍、和祥运。

1范围

GB/T31647的本部分规定了电动汽车用高能量锂离子动力蓄电池包和系统电性能的测试方法。

本部分适用于装载在电动汽车上，主要以高能量应用为目的的锂离子动力蓄电池包和蓄电池系统，以高能量应用为目的的镍氢动力蓄电池包和系统等可参照执行。

2规范性引用文件

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/T19596电动汽车术语

3术语和定义

GB/T19596界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

蓄电池电子部件batteryelectronics

采集或者同时监测蓄电池单休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。

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、检测或计算蓄电池系统的电和热相关的参数，并提供蓄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/system

在规定条件下测得的并由制造商宣称的蓄电池包或系统的放电容量值。

3.4

蓄电池包batterypack

通常包括蓄电池组、蓄电池管理模块（不包含BCU），蓄电池箱以及相应附件，具有从外部获得电能并可对外输出电能的单元。

3.5

蓄电池系统batterysystem

一个或一个以上蓄电池包及相应附件（管理系统、高压电路、低压电路、热管理设备以及机械总成等）构成的能量存储装置。

3.6

高能最应用highenergyapplication

室温下蓄电池包或系统的最大允许持续输出电功率（W）和其在1c倍率放电能量（Wh）的比值低于10的装置特性或应用特性。

3.7

高功率应用highpowerapplication

室温下蓄电池包或系统的最大允许持续输出电功率（W）和其在1C倍率放电能量（Wh）的比值大于或等于10的装置特性或应用特性。

3.8

高能量蓄电池highenergytractionbattery

设计目的为高能量应用的动力蓄电池。

3.9

高功率蓄电池highpowertractionbattery

设计目的为高功率的动力蓄电池。

3.10

高压highvoltage

最大工作电压大于30Va.c.（rms）且小于或等于1000Va.c.（rms），或大于60Vd.c.且小于或等于Vd.c.的电压。

3.11

低压lowvoltage

最大工作电压不大于30Va.c.（rms），或不大于60Vd.c.的电压。

4符号和缩略语

下列读好和缩略语适用于本文件。

nC：

电流倍率，等于1h放电容量的n倍

I’max（SOC，T，t）：

某SOC，试验环境温度T，脉冲持续时间t下的最大允许放电电流。

I’max（T，）：

某试验环境温度下最大允许持续放电电流。

η：

效率。

RT：

室温（roomtemerature）。

SOC：

荷电状态（stateofcharge）。

5通用测试条件

5.1一般条件

5.1.1除非在某些具体测试项目中另有说明，测试工作在温度为室温25℃±2℃，湿度为15%~90%环境下进行。

5.1.2测试样品交付时需要包括必要的操作文件，以及和测试设备相连所需的借口部件，如连接器、插头，包括冷却接口，蓄电池包和蓄电池系统的典型结构参见附录A。

制造商需要提供蓄电池包或系统的工作限制，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，在进行测试前测试样品需要完成环境适应过程：

在低温下静置不少于24h；在高温下静置不小于16h；或单体电池温度与目标环境温度差值不超过2℃。

测试样品如果包含蓄电池控制单元，则环境适应过程需要将其关闭。

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测试样品，进行全部或部分试验，但是作为测试样品的子系统应该包含和整车要求相关的所有部分。

5.1.5调整SOC至试验目标值n%的方法是：

按制造商提供的供电方式将蓄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，新的测试开始前测试样品需要静置1h。

5.1.6测试过程中，为了蓄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。

静置过程中蓄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部分的规定执行，充电机制和放电截止条件由制造商提供。

但足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机制应该和其他试验的规定相同。

5.1.8蓄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蓄电池包和蓄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。

5.1.10蓄电池放电电流符号为正，充电电流符号为负。

5.2准确度要求

5.2.1测量仪器、仪表准确度的要求如下：

电压测量装置：

不低于0.5级；

电流测量装置：

不低于0.5级；

温度测量装置：

±0.5℃；

时间测量装置：

±0.1%；

尺寸测量装置：

±0.1%；

质量测量装置：

±0.1%。

5.2.2测试过程中，控制值（实际值）和目标值质检的误差要求如下：

电压：

±0.1%；

电流：

±0.1%；

温度：

±2℃。

5.3数据记录和记录间隔

除非在某些具体测试项目中另有说明，否则在顶计的充电或放电时间的至少每1%间隔处记录测试数据，如时间、温度、电流和电压等。

5.4实验准备

5.4.1蓄电池包的准备

蓄电池包的高压、低压及冷却装置要和测试平台设备相连，开启蓄电池包的被动保护功能。

根据蓄电池包制造商的要求和试验测试规程，测试平台检测和控制电池包的工作状态和工作参数，并保证主动保护开启，必要时可以通过断开蓄电池包的主接触器来实现。

冷却装置根据制造商的要求工作。

蓄电池包测试过程中，蓄电池包和测试平台之间没有信息交换，蓄电池包的参数限值由测试平台直接控制。

测试平台检测蓄电池包的电流、电压、容量或能量等参数，并将这些数据作为检测结果和计算依据。

5.4.2蓄电池系统的准备

蓄电池系统的高压、低压、冷却装置及BCU要和测试平台设备相连，开启蓄电池系统的主动和被动保护。

测试平台保证测试参数和条件与测试规程的要求一致，并保证电池系统工作在合理的限值之内，这些限值由BCU通过总线传输至测试平台。

BCU控制冷却装置的工作。

必要时BCU的程序可以由蓄电池系统制造商根据测试规程进行更改。

主动保护同时也需要由平台测试设备保证，必要时可以通过断开蓄电池系统的主接触器实现。

蓄电池系统测试过程中，蓄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。

测试平台检测蓄电池系统的电流、电压、容量或能量等参数，并将这些数据作为检测结果和计算依据。

蓄电池系统上传的参数不作为检侧结果或测试依据。

5.4.3测试样品的质量和体积

用量具测量测试样品的外形尺寸，计算出测试样品的体积，单位L。

用衡器测量测试样品的质量，单位kg。

如测试样品包含有强制冷却系统，则测量或计算其质量和体积时，应将冷却系统包括在内，如冷却管路等。

如果冷却系统使用液冷方式，则冷却液的质量也应计算在内。

若测试样品的冷却系统和整车或其他系统冷却集成在一起，则仅考虑和测试样品相关部分的质量和体积。

难以测量时，可采用制造商提供的数据和数据测一试依据。

6通用测试循环

6.1预处理循环

6.1.1正式测试开始前，蓄电池包或系统需要先进行预处理循环。

预处理循环在室温下进行，其步骤如下：

a）以1C或按照制造商推荐的充电机制充电至制造商规定的充电截止条件；

b）静置30min；

c）使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件；

d）静置30min；

e）重复步骤a）~b）5次。

6.1.2如果蓄电池包或系统连续两次的放电容量变化不高于额定容量的3%}，则认为蓄电池包或蓄电池系统完成了预处理，预处理循环可以中止。

6.2标准循环

6.2.1测试过程中按照本部分指定的测试步骤进行。

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或按照制造商推荐的放电机制充电至制造商规定的放电截止条件，静置30min；

b）标准充电：

使用1C或按照制造商推荐的充电机制充电至制造商规定的充电截止条件，静置30min；

6.2.2如果标准循环和一个新的测试之问时间问隔长于24h，则需要重新进行一次标准充电。

6.2.3本部分提到的“标准循环”的环境温度是室温（RT），而单独提到的“标准放电”和“标准充电”的环境温度按具体条款的规定执行。

7基本性能

7.1容量和能量

7.1.1通用条件

7.1.1.1蓄电池包或系统宜测试室温、高温和低温下的容量和能量。

7.1.1.2每次充电前测试样品将静置30min，或者达到室温。

7.1.1.3测试过程使用恒流放电，放电过程在达到制造商制定的截止条件时停止。

7.1.1.4放电电流对放电时间的积分为蓄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蓄电池包或系统的能量。

7.1.1.5根据7.1.1.4计算1C、Imax（T）倍率下的放电容量和能量。

7.1.2室温下的容量和能量测试

7.1.2.1在室温下按照表1的测试步骤进行

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准循环

6.2

1C放电

7.1.1.3

标准充电

6.2.1b）

Imax（T）放电

7.1.1.3

7.1.2.2步骤3的放电容量为测试对象的实际可用容量。

7.1.2.3记录步骤3和步骤5结束时测试样品的最小监控单元的电压。

7.1.3高温下的能量和容量测试

蓄电池包和系统需要测试40℃环境温度下1C和Imax（T）的能量和容量。

按照表2的测试步骤进行试验。

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

40℃

1C放电

7.1.1.3

40℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

40℃

Imax（T）放电

7.1.1.3

40℃

7.1.4低温下的能量和容量测试

蓄电池包和系统需要测试0℃和-20℃下的1/3C。

1C和Imax（T）能量和容量。

按照表3的测试步骤进行试验。

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

0℃

1/3C放电

7.1.1.3

0℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

0℃

1C放电

7.1.1.3

0℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

0℃

Imax（T）放电

7.1.1.3

0℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

-20℃

1/3放电

7.1.1.3

-20℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

-20℃

1C放电

7.1.1.3

-20℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

环境适应

5.1.3

0℃

Imax（T）放电

7.1.1.3

0℃

7.2功率和内阻

7.2.1通用条件

7.2.1.1蓄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给定的时间测量蓄电池包或系统的端电压，按7.2.3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。

时间增加量s

累计时间s

电流A

I’max（SOC，T，t）

102

120

0.75I’max（SOC，T，t）

160

180

-0.75I’max（SOC，T，t）

220

时间s

电压V

电流A

对应电流值A

0.1

I’max（SOC，T，t）

18.1

0.75I’max（SOC，T，t）

U10

I10

0.75I’max（SOC，T，t）

120

U11

I11

0.75I’max（SOC，T，t）

160

U12

I12

160.1

U13

I13

-0.75I’max（SOC，T，t）

162

U14

I14

-0.75I’max（SOC，T，t）

170

U15

I15

-0.75I’max（SOC，T，t）

180

U16

I16

-0.75I’max（SOC，T，t）

220

U17

I17

7.2.2.2放电过程的放电电流保持为恒流，电流大小为蓄电池包或系统的最大允许脉冲放电电流I’max（SOC，T，t）。

不同环境温度和SOC下I’max（SOC，T，t）可以不同，I’max（SOC，T，t）由制造商提供。

如果放电过程蓄电池包或系统端电压或单体电压达到制造商制定的放电电压限值，停止放电，适当降低I’max（SOC，T，t）后重新进行试验。

7.2.2.3充电过程充电电流保持为恒流，电流大小为0.75I’max（SOC，T，t）。

如果蓄电池包或系统的最大允许脉冲充电电流小于0.75I’max（SOC，T，t），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。

如果充电过程中蓄电池包或系统端电压或单体电压达到制造商指定的充电电压限值，停止充电，适当降低I’max（SOC，T，t）后重新进行试验。

7.2.2.4功率和内阻测试分别在4个不同温度下进行，分别为40℃、室温、0℃、-20℃。

7.2.2.5功率和内阻测试工况分别在3个不同SOC下进行，分别为90%（或制造商规定的最高允许状态）、50%、20%（或制造商规定的最低允许状态）。

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）~式（12）计算：

0.1s放电内阻

2s放电内阻

5s放电内阻

10s放电内阻

18s放电内阻

18.1s放电内阻

20s放电内阻

30s放电内阻

60s放电内阻

90s放电内阻

120s放电内阻

全过程放电内阻

7.2.3.2充电内阻计算按式（13）~式（16）计算：

0.1s充电内阻

2s充电内阻

10s充电内阻

全过程充电内阻

7.2.3.3放电功率计算

放电功率计算按式（17）~式（27）计算：

0.1s放电功率P0.1，dch=U1×I1

2s放电功率P2，dch=U2×I2

5s放电功率P5，dch=U3×I3

10s放电功率P10，dch=U4×I4

18s放电功率P18，dch=U5×I5

18.1s放电功率P18.1，dch=U6×I6

20s放电功率P20，dch=U7×I7

30s放电功率P30，dch=U8×I8

60s放电功率P60，dch=U9×I9

90s放电功率P90，dch=U10×I10

120s放电功率P120，dch=U11×I11

7.2.3.4充电功率计算

充电功率计算按式（28）~式（31）计算：

0.1s充电功率P0.1，cha=U13×I13

2s充电功率P2，cha=U14×I14

5s充电功率P5，cha=U15×I15

10s充电功率Uocv=U16

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、表7、表8进行，其中高温和低温下的测试在环境箱内进行。

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

调整SOC至目标值

5.1.5

环境适应

5.1.3

功率和内阻测试工况

7.2.2

表6室温下蓄电池包或系统功率和内阻测试的测试步骤

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

调整SOC至目标值

5.1.5

环境适应

5.1.3

40℃

功率和内阻测试工况

7.2.2

40℃

表7高温下蓄电池包或系统功率和内阻测试的测试步骤

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

调整SOC至目标值

5.1.5

环境适应

5.1.3

0℃

功率和内阻测试工况

7.2.2

0℃

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

调整SOC至目标值

5.1.5

环境适应

5.1.3

-20℃

功率和内阻测试工况

7.2.2

-20℃

表8低温下蓄电池包或系统功率和内阻测试的测试步骤

7.3无负载容量损失

7.3.1无负载容量损失是指蓄电池系统在车载状态下，长期搁置时的容量损失，包括可恢复容量损失和不可恢复容量损失两部分。

测试按照表9和表10进行。

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

搁置168h（7天）

7.3.6

标准循环2次

6.2

0℃

搁置720h（30天）

7.3.6

0℃

标准循环2次

6.2

表9动力蓄电池系统室温下无负载容量损失测试步骤

序号

蓄电池包或系统状态

试验方法章条号

环境温度

环境适应

5.1.3

标准充电

6.2.1b）

标准循环

6.2

搁置168h（7天）

7.3.6

40℃

环境适应

5.1.3

标准循环2次

6.2

搁置720h（30天）

7.3.6

40℃

环境适应

5.1.3

标准循环2次

6.2

表10动力蓄电池系统40℃下无负载容量损失测试步骤

7.3.2该测试仅适用于蓄电池系统。

7.3.3搁置过程中蓄电池管理系统由辅助电源供电，工作状态由制造商规定。

7.3.4无负载容量损失测试中被测电池系统处于制造商规定的满电态。

7.3.5无负载容量损失在两个不同温度下测得，分别为室温和40℃。

7.3.6测试周期为168h（7天）,720h（30天）。

7.3.7搁置结束后，测试无负载容量和能量损失。

7.4存储中容量损失

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