纯电动客车用锂动力电池组测试技术标准研究.docx

1、纯电动客车用锂动力电池组测试技术标准研究纯电动客车用锂动力电池组测试技术标准研究摘要：电动车用的动力电池组，由于需要大量的单体电池进行串联、并联成组，而且车辆运行条件、运行工况不同于普通的单体电池。大量的电池成组后将储存大量的能量。如果电池组在遇到短路、挤压、碰撞、高温、潮湿等极端情况下，有可能会出现燃烧爆炸等问题。因此，制定相关的标准来合理科学评价动力电池组的安全、可靠性能是非常有必要的。在我国，电动汽车用锂离子动力电池标准已涵盖了产品规格尺寸、基本性能要求、安全性要求以及测试方法等方面，基本满足了我国电动汽车产业的需求。但是锂离子动力电池组的相关标准却很少。使得电动汽车用锂动力电池组的研究

2、缺乏依据和规范。所以，本论文主要研究锂动力电池组的相关标准，强化标准修订和调研工作，提高标准的可操作性和有效性。标准问题是影响锂电池产业发展的一大掣肘，相对于其他国家，我国的电池技术处于落后的阶段，标准体系不健全。本文借鉴国内外相关的主要动力用锂离子电池标准，从标准发布情况和涉及领域进行了分析，并针对锂离子产品标准中涉及的安全、性能技术要求及测试方法进行了分析研究。得出锂动力电池组的标准。在此，总结了国内外锂离子动力电池近期的相关标准 ISO 12405 系列、IEC 62660 系列、SAE J 2929、UL 2580、VDA 2007 以及 QC/T 743-2006，并对各标准的测试内

3、容、测试范围、测试结果判定准则、暂存问题和展望等进行了归纳分析。得出电动客车用锂离子动力电池组测试标准研究。其中单体试验项目包括外观、极性、外形尺寸及质量、20放电容量、-20放电容量、55放电容量、20倍率放电容量、常温与高温荷电保持与容量回复能力、储存、循环寿命以及安全性等11项。模块试验项目包括外观、极性、外形尺寸及质量、20放电容量、简单模拟工况、耐振动性以及安全性等7项。标准中对安全性要求的规定较为全面和严格，对蓄电池模块的要求为每个模块由5只或以上单体电池串联组成，除不需要进行跌落试验外，其他安全性要求与单体电池相同。故电池组在进行过充电、短路、加热、挤压和针刺实验时，应不爆炸，不

4、起火；进行过放电试验时，应不爆炸、不起火、不漏液。关键字：锂动力电池组 安全测试标准 性能测试 电池标准化Pure electric passenger cars with lithium power battery testing technology standard researchAbstract： Power battery of electric vehicle, because need a lot of single cells in series, parallel group, and the vehicle running conditions, the operatio

5、n condition is different from ordinary monomer battery. After a lot of battery group is a large amount of energy will be stored. If the battery in case of short circuit, extrusion, collision, such as high temperature, damp extreme cases, possible combustion, explosion and other problems. There for,

6、formulate relevant standards to the reasonable scientific evaluation of the power battery is necessary to safe and reliable performance. In our country, the electric car with lithium ion power battery standard covers the product size, basic performance requirements, safety requirements and test meth

7、ods, etc., basically meet the needs of the electric car industry in our country. But lithium ion power battery related standard rarely. Makes the study of electric vehicles using lithium-ion power battery baseless and specifications. So, this thesis mainly studies the related standards of lithium-io

8、n power battery, strengthen the standard revision and research work, improve the feasibility and effectiveness of standards. Such as lithium ion power battery standard should fully consider the electric car of the actual operation condition and environmental conditions, rather than just under the en

9、vironment of laboratory test analysis. Standard question is a big constraint on affecting the development of lithium-ion battery industry, relative to other countries, our countrys battery technology behind the stage, standard system is not sound. At home and abroad, this paper related the main powe

10、r standard with lithium ion batteries, released from the standard situation and the involved field are analyzed, and for the safety of the lithium ion involved in the product standard, performance, technical requirements and test methods for the analysis and research. It is concluded that the standa

11、rd of lithium-ion power battery. The lithium ion power battery at home and abroad are summarized the recent related standard ISO 12405 series, IEC 62660 series, SAE J 2929, UL 2580, 2007 and QC/T 743-2006, VDA and scope of the standard test content, test, test results criteria, has carried on the in

12、duction analysis such as temporary problems and its prospect. It is concluded that the electric bus with lithium ion power battery testing standard research. Monomer test items include appearance, polarity, size and shape quality, 20 , the discharge capacity, 55 20 discharge capacity, discharge capa

13、city, 20 , discharge capacity, under normal temperature and high temperature charged to maintain and response ability, storage capacity, cycle life and safety, etc. 11.Module test items include appearance, polarity, size and shape quality, 20 discharge capacity, working condition of simple simulatio

14、n and vibration resistance and 7 items, such as security. Standard of security requirements in a more comprehensive and strict, monomer battery during charging, short circuit, heating, squeezing and prick test, should be no explosion, fire; During discharge and drop test, should be no explosion, no

15、fire, no leakage. The requirement of battery module for each module is composed of five or more monomer battery series, besides dont need to do a drop test, other security requirement is the same as single cells. So the battery during charging, short circuit, heating, squeezing and acupuncture exper

16、iment, should be no explosion, fire; Over discharge experiment was carried out, should not explosion, no fire, no leakage.Key words: Lithium power battery safety performance test battery standardized testing standards.目 录1 绪论 11.1研究背景及意义 11.2世界范围内主要的电池组标准组织以及标准 11.3我国有关锂离子动力电池组的相关标准 21.4不同标准的比较 4 1.

17、4.1 ISO 关于锂离子动力电池的相关标准 4 1.4.2 IEC 关于锂离子动力电池的相关标准 6 1.4.3 SAE 关于锂离子动力电池的相关标准 6 1.4.4 UL 关于动力电池的相关标准 7 1.4.5 VDA 关于锂离子动力电池的相关标准 81.5 对比 81.6研究的建议与展望 102 锂动力电池组性能测试要求 122.1锂动力电池组性能要求 122.2 锂动力电池组性能测试方案设计 122.3 室内测试 132.3.1 静态测试 132.3.2 电池的快速充电接受能力测试 132.3.3 3 h 率额定容量测试 142.3.4 大电流放电测试 142.3.5 循环耐久能力测试

18、 142.3.6 冲击、挤压测试 152.3.7 耐振动能力测试 152.3.8 荷电保持能力测试 152.4 道路测试 152.4.1 整车动力性测试 162.4.2 常温下续航里程测试 172.4.3 高低温行车测试 172.4.4 持续爬坡测试 182.4.5 城市客车四工况循环测试 182.5 常用动力电池组技术指标的测试方法 192.5.1电性能方面 202.5.2环境适应性方面 202.5.3安全性方面 202.6 小结 213 完善锂离子动力电池组安全测试标准 263.1 前言 263.2 完善锂离子动力电池组标准化工作 273.2.I完善锂离子动力电池组产品设计、生产制造标准化

19、 273.2.2完善锂离子动力电池组性能标准化 273.2.3完善锂离子动力电池组规格尺寸标准化 283.2.4完善锂离子动力电池组或系统的标准化 283.3实现锂离子动力电池组标准化的想法 283.3.1制定全面标准，满足常规产品 283.3.2完善标准体系，覆盖全产业链 283.3.3积极开展锂离子动力电池组标准化研究工作 293.3.4强化行业领头企业在贯标、制标中的主体地位 293.3.5积极参与国际标准化合作 29参考文献 31致 谢 341 绪论1.1研究背景及意义 随着石油资源的紧缺和环境污染的加重，新能源汽车被视为是新时代最理想的交通工具。新能源汽车包括电动车、混合动力车和太阳

20、能汽车等，其中电动车/混合动力车的研究与发展，被认为是目前解决能源危机和环境保护最现实、最有效的途径，因此电动车/混合动力车的开发和利用受到了世界各国的普遍重视。电池是电动车的能源，是影响电动车性能的关键部件，也是制约电动车发展的关键，其中锂离子动力电池被认为是近期内动力电池的发展方向。但是，锂离子动力电池组在使用和推广过程中暴露了一些问题，例如，2011 年 4 月杭州众泰电动出租车由于磷酸铁锂电池成组后不能完全满足车辆使用环境的要求，在应用过程中出现了电池漏液、绝缘受损以及局部短路的情况，从而在电池反复使用后引起自燃事故。2011 年 7 月，上海一辆纯电动825 路公交车在运行过程中发生

21、自燃，据电动车的制造商称，自燃原因是车辆上的磷酸铁锂电池出现了问题。因此近年来，锂离子动力电池组的安全性越来越被人们所关注，国内外针对锂离子动力电池也相继推出了多个安全性标准。在这里，我整理归纳了近期国内外锂离子动力电池的相关标准，并做了较深入的分析，希望借此制定出锂离子电池组的安全性标准。 1.2世界范围内主要的电池组标准组织以及标准 目前,全球各国均纷纷开展锂动力电池组标准的研究工作,例如国际标准化组织(IS0)、国际电工委员会(IEC)、美国机动车工程师协会（SAE)、德国汽车工业协会（VDA)、日本电动汽车协会（EJVA)、中国国家标准化管理委员会(SAC)等,其中ISO主张从电动车的

22、整体角度进行考虑,具体包括主要性能要求、测量方法、车体的非牵引装备等内容;IEC主张从电动车各电器的部分零件进行考虑,具体包括电力的牵引系统、控制盒的充电器械等。针对电动汽车的标准(标准的规模或者推出新标准的速率等方面)而言,SAE的贡献尤其突出,比如近两年,SAE进行过多次电动汽车标准的修改以及制定。EJVA设有专门的部门负责对电动汽车标准化进行研究以及对标准进行修改,同时也制定出针对电动汽车用锂离子电池组性能的测试方法。中国负责电动汽车相关标准制定的机构包括国家标准化管理委员会(SAC)、工业以及信息化部(MITI),其中前者负责管理全国的标准化工作,后者负责汽车行业标准的制定、修订以及备

23、案等。国际范围内现行的锂电池组测试草案标准。表1.1现行锂电池组测试草案及标准组织名称测试标准或草案FreedomCARElectrical Energy storage System Abuse Test Manual for Electric and Hybrid Electric Vehicle ApolocationsIATADangerous Goods RegulationsIEC60335-1,60335-2-29,60529,60950-1,61032,62133,62281IEEE1725ISO6489-1,6489-2,1400AISO/IEC17025UL1642,205

24、4UN3090,3091,VH-T soction38.3VDAInitiative “Energy storage system for Hev ”Release1.0SACQC/T 743-20061.3 我国有关锂离子动力电池组的相关标准2001 年，我国在汽车领域出台了第一个锂离子电池国家标准指导性文件 GB/Z 18333.1-2001电动道路车辆用锂离子蓄电池。 在 2006 年，颁布了汽车行业标准 QC/T 743-2006电动汽车用锂离子蓄电池2。此标准是在参考相关国际先进标准，并结合我国动力电池行业现状的基础上自主制定的，是目前我国电动汽车用锂离子蓄电池检测标准3。该标准对锂

25、离子单体蓄电池和锂离子蓄电池模块的安全性分别规定了测试要求，主要包括：过放电、过充电、短路、跌落、加热、挤压、针刺、耐振动等4。 电动车分标委中的动力电池工作组，关于电动车用动力锂离子电池已形成 1 项标准征求意见稿GB/T 电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程-第 1 部分 高功率应用，另外还有以下几项标准正处于草案阶段：电动汽车动力蓄电池安全性能要求；电动汽车动力蓄电池循环寿命；电动汽车用动力蓄电池箱通用要求。2001 年，中国第一届电动汽车标准化委员会制定了 4 项电动汽车用蓄电池标准：其中涉及锂离子动力电池的标准为：GB/Z 18333.1-2001电动道路车辆用锂离子蓄电池。为使锂

26、离子动力电池更加适应电动汽车行业的发展，且更符合中国当前的技术要求，全国汽车标准化技术委员会在参考相关国际先进标准的基础上，结合我国锂离子动力电池行业现状与电动汽车特定的安全要求，于 2006 年又发布标准QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池10-11，其中涉及到的电池测试项目如下： 单体蓄电池检测项目： (1) 性能测试：20放电容量、20放电容量、55放电容量、20倍率放电容量等； (2) 寿命测试：常温/高温荷电保持能力及容量恢复能力、储存、循环寿命等； (3) 电气安全测试：过充电、过放电、短路等； (4) 机械安全测试：跌落、加热、挤压、针刺 蓄电池模块检测项目： (1

27、) 性能测试：20放电容量等； (2) 寿命测试：耐振动等； (3) 电气安全测试：过充电、过放电、短路等； (4) 机械安全测试：跌落、加热、挤压、针刺等。 2011 年，根据国家发改委发布的行业标准制定计划，由机械研究总院和中国电子商会电源专业委员会牵头制定的关于锂离子电池的标准如下：JB/T11137-2011 锂离子蓄电池总成通用要求；JB/T11138-2011 锂离子蓄电池接口和通讯协议；JB/T11139-2011 锰酸锂蓄电池模块通用要求；JB/T11140-2011 磷酸亚铁锂蓄电池模块通用要求JB/T11141-2011 锂离子蓄电池模块箱通用要求；JB/T11142-20

28、11 锂离子蓄电池充电设备通用要求；JB/T11143-2011 锂离子蓄电池充电设备接口和通讯协议。 然而，我国的现行标准同国外的标准比较起来还很不完善。如上述介绍的ISO,IEC,SAE,UL,VDA等标准都是比较完备的。在电动车用锂动力电池组标准方面都是比较权威的。我们的标准虽然大体方向都是一样的，但在很多细节方面还很不完善，还有很大的发展空间。由国内现有的电池标准，不难得出，在今后的电池组测试标准研究中，也大体是围绕这些方面，主要包括性能测试、寿命测试、电气安全测试和机械安全测试等方面。也应包含锂离子电池组总成通用要求；锂离子电池组接口和通讯协议；锂离子电池模块箱通用要求；锂离子电池组

29、充电设备通用要求等等。然而，纵观世界上其他国家的相关标准，显然，中国在这方面的技术标准等环节都很薄弱，同其他国家相比，还有巨大的差距，所以，对锂离子动力电池组测试标准的研究就显得尤为迫切。总之，我国应积极开展制定电池组标准的各项工作，使我国电池组标准在与世界标准接轨的同时，不断推进产业的发展。1.4不同标准的比较1.4.1 ISO 关于锂离子动力电池的相关标准 国际标准化组织（ISO），是世界上最大的非政府性标准化专门机构，是国际标准化领域中一个十分重要的组织，近期 ISO 发布的关于锂离子动力电池的标准主要有：ISO12405-1：2011 Electrically propelled ro

30、ad vehicles-Test specification for lithium-ion traction battery systems - Part 1: High power applications（电动道路车辆-锂离子动力电池系统的试验规范-第1 部分：高功率应用），ISO/FDIS 12405-2：Electrically propelled road vehicles-Test specification for lithium-ion traction battery systems-Part 2：High energy applications（电动道路车辆-锂离子动力电

31、池系统的试验规范-第2部分：高能量应用），ISO/CD 12405-3: Electrically propelled road vehicles-Test specification for Lithium-ion traction battery packs and systems - Part 3: Safety performance requirements（电动道路车辆-锂离子动力电池包和电池系统的试验规范-第 3 部分：安全性能要求）7-8。 ISO 12405 系列对应的是动力锂离子电池组和锂离子电池系统，第 1 部分为功率型动力锂离子电池组和系统；第 2 部分为能量型动力锂离

32、子电池组和系统。两个标准分别完整地描述了两种类型电池组和系统的电性能、环境以及加严(安全)试验的方法和要求。具体如下： (1) 电性能测试 电池组/系统的电性能测试项目如表 1 和表 2 所示。电池芯的电性能测试项目如表 3 所示。表1.2充电器内置时电池系统的电性能测试项目类型测试项目能量型电池系统能量和容量、功率和内阻、快充能效、无载SOC损耗、储存中SOC损耗、循环寿命功率型电池系统能量和容量、功率和内阻、无载SOC损耗、储存中SOC损耗、低温启动功率、高温启动功率、能效、循环寿命表1.3充电器外置时电池系统的电性能测试项目类型测试项目能量型电池系统电池组能量和容量、功率和内阻能量型电池系统电池系统能量和容量、功率和内阻、快充能效、无载SOC损耗、储存中SOC损耗、循环寿命功率型电池系统电池