电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求新能源.docx

1、电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求新能源电动汽车用锂离子动力蓄电池 安全要求-新能源电动汽车用锂离子蓄电池安全要求征求意见稿编制说明一、工作简况1、任务来源近几年，国务院节能与新能源汽车产业发 展规划（2012-2020年）、中国制造2025、工 信部汽车产业中长期发展规划 等文件陆续出 台，并提出新能源汽车将成为我国汽车行业未来 重点发展领域和建设汽车强国的突破口。2012年到2017年11月，新能源汽车年产销 由1.3万增长至60.9万，保有量已超1%的临界 点，超过日本和美国成为世界第一， 行业结束导 入期，稳步进入成长期。2016年7月6日，国 务院副总理马凯同志在西安召开的新能源汽车

2、 产业发展座谈会做出重要指示，强调要抓好新能 源汽车五大安全体系建设：一是要加强安全技术 支撑体系，要加强技术攻关，以技术来保障安全。 二是要建立安全标准的规范体系，结合技术和产 业化发展，要加快推进相关的标准制定。三是要 强化远程运行的监控体系，以建立体系、统一要 求、落实责任为重点，来加快覆盖国家、地区、 企业运行的一个监控平台。四是要健全安全责任 体系，要明确生产企业主体责任和政府监管责 任，要狠抓落实，做到全面覆盖、无缝连接。五 是要建立安全法规体系，围绕标准监管、处罚、 问责等环节，要建立起新能源汽车安全的法规体 系。锂离子动力电池作为动力电池最主要类型， 有必要建立相应的安全强制标

3、准。该标准基于 GB/T 31485-2015电动汽车用 动力蓄电池安全要求及试验方法和 GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包 和系统第3部分：安全性要求与测试方法，修 订并升级为强制性标准。标准制定计划已于2016 年9月正式下达，计划编号 20160967-Q-339。2、 主要工作过程 一根据有关部门对电动汽车领域标准体系建 设的要求，全国汽车标准化技术委员会电动车辆 分技术委员会组织 电动汽车电池工作组”系统 开展电动汽车用锂离子动力电池安全标准的制 定工作。表1主要技术会议及研究活动时间会议活 动主要工作2016年6月9月前期研究及工作组筹 建2016 年

4、10 月10日工作组 二届八 次会议 暨启动会就标准制疋计划、制疋 原则与目标、总体思路 开展讨论，确定后续研 究方向2016 年 11 月10日起草组 会议明确了制定原则和标 准基本框架2016 年 10 月20仃年2月对电池单体、模组、电 池包或系统安全要求 与试验方法进行系统 梳理，完成与最新国际 标准法规对标；数据收 集、试验摸底与分析； 完成第一版草案编写2017年3月 1日起草组 会议讨论第一版草案主要 修订内容，确定标准推 进计划，在起草组内征 求意见2017年3月 20日向工信部装备司汇报 标准项目进展2017年3月修改形成第二版草案2017年4月6日 工作组 二届九讨论第二版

5、草案主要 修订内容，确疋机械安次会议全、热扩散试验研究计 划，发布正式草案文件，并向工作组发出意 见征求和德国汽车工业协会2017年5月 18日（VDA）进行了标准交 流研讨2017年6月 2日和欧洲汽车工业协会（ACEA ）进行了标准 交流研讨2017年7月 11月和日本标准研究所（JARI ）和整车代表进 行了多轮标准交流研 讨2017年9月 25日EVS-GTR第14次会议介绍标准项目进展，并 与各国专家就电动汽 车安全议题进行了深 入讨论2017年4月 11月专项研 究及研 讨会草案意见征集，冋时成 立振动（TF1 ）和热扩 散（TF2）专项工作组， 对电池包振动和热扩 散展开深入研究

6、。TF1 完成20余款车型（乘 用车与商用车）路谱米 集与分析；TF2完成电 动客车安全技术条件 中关于热失控和热扩 散的执行情况广泛而 深入的调研，完成不同 型号、尺寸和能量密度 电池热失控触发方法 的系统研究。专项工作 组开展了多次技术研讨会，并达成了致意 见。2017 年 11月1日起草组 会议针对草案反馈意见进 行集中讨论，确定修订 方向，修改形成草案修订稿2017 年 11 月28日工作组 二届十 次会议讨论草案反馈意见及 依此形成的草案修订 稿内容，达成广泛共 识，进一步明确了标准 内容2017 年 12月7日向工信部装备司汇报 标准项目进展2017 年 12月根据会议讨论情况完

7、善草案并形成征求意 见稿草案2018年1月 16日起草组 会议对征求意见稿草案中 电池单体过充、电池包 或系统热扩散等部分 条款进行讨论，形成征 求意见稿二、标准编制原则和主要内容1、编制原则1)本标准编写符合GB/T 1.1标准化工作导 贝V规定；2)本标准基于 GB/T 31485 和 GB/T 31467.3, 对电池单体、模组、电池包或系统的试验方 法与安全要求进行系统梳理；基于对近几年 国内外电动汽车安全事故的经验总结；基于 对国内外电动汽车安全失效与防范机制进一 步理解；3)针对修订内容，在工作组内进行多次意见征 求，并在会上充分讨论；4)起草过程，充分考虑国内外现有相关标准的统一

8、和协调。2、 主要内容本标准规定了电动汽车用锂离子动力蓄 电池（以下简称锂离子电池）单体、电池包或 系统的安全要求和试验方法。本标准适用于装载在电动汽车上的锂离 子电池单体、电池包或系统，镍氢电池单体、 电池包或系统等可参照执行。本标准主要技术内容如下：标准中规定的电动汽车用锂离子动力电 池单体、电池包或系统需要进行的试验项目如 下表所示：表2锂离子电池单体试验项目序号试验项目适用范围试验方 法章条 号1 1过放电锂离子电池单体8.1.22过充电锂离子电池单体8.1.33短路锂离子电池单体8.1.44加热锂离子电池单体8.1.55温度循环锂离子电池单体8.1.66挤压锂离子电池单体8.1.7表

9、3离子电池包或统试验项目序号试验项目适用范围试验方 法章条 号1振动锂离子电池包或 系统8.2.1.12振动锂离子电池包或 系统的电子装置8.2.1.23机械冲击锂离子电池包或 系统8.2.24 :模拟碰撞锂离子电池包或8.2.3系统5挤压锂离子电池包或 系统8.2.46湿热循环锂离子电池包或 系统8.2.57浸水安全锂离子电池包或 系统8.2.68热稳定性 之外部火烧锂离子电池包或 系统8.2.7.19热稳定性 之热扩散整车或锂离子电 池包或系统827.210温度冲击锂离子电池包或 系统8.2.811盐雾锂离子电池包或 系统8.2.912高海拔锂离子电池包或 系统8.2.1013过温保护锂离

10、子电池系统8.2.1114过流保护锂离子电池系统8.2.1215外部短路 保护锂离子电池系统8.2.1316过充电保 护锂离子电池系统8.2.1417过放电保 护锂离子电池系统8.2.15其中沿用 GB/T 31485 和 GB/T 31467.3 试 验方法与要求的项目为：电池单体过放电、短 路、加热、温度循环；电池包或系统模拟碰撞、 湿热循环、温度冲击、高海拔。其他测试项目 中包括取消、修改以及新增加，具体如下：1) 取消项目1锂离子电池模组安全性试验工作组认为GB/T 31485-2015标准中模组 测试主要采用1P5S或xPxS （依据 GB/T-31485 631）为试验对象来进行试

11、验， 其与实际产品中的模组形式相差较大，测试 结果与产品的实际安全状况关联性不足。另 夕卜，经工作组讨论认为，模组并非电池包中 必须存在的一种形式。因此，工作组经讨论 决定，本标准不专门针对模组开展安全测试 试验。2锂离子电池单体针刺在2017年1月 仃号发布的新能源汽车 生产企业及产品准入管理规定中， GB/T31485-2015标准中针刺为暂不执行项目。起 草组调研 IEC 62660-2，IEC 62660-3 等标 准发现均未采用针刺试验来评价电池安全 性。经工作组讨论，一致认为针刺试验与实 际失效模式不相符。因此，决定在本标准中 取消针刺试验。3电池单体跌落、低气压工作组讨论确定，本

12、标准不包含生产、 运输过程中的安全问题，电池单体跌落和低 气压试验不符合本标准安全要求范围。4锂离子电池单体海水浸泡工作组讨论确定，海水浸泡（或浸水安 全）试验，主要从系统层级考察高电压下的 安全性，对于锂离子电池单体海水浸泡试 验，偏向于考察锂离子电池单体腐蚀可靠性 问题，不符合本标准安全要求范围。5锂离子电池包或系统跌落工作组讨论确定，本标准不包含生产、运 输过程中的安全问题，电池包或系统跌落试 验不符合本标准安全要求范围。6锂离子电池包或系统翻转考虑标准GB/T 31467.3的翻转试验无 法准确模拟实际车载状态下发生翻转事故时电池包或系统经受的真实情况， 且国际标 准法规尚未有成熟的试

13、验方法可直接借鉴 或转化，因此，本标准不包含电池包或系统 翻转试验。需要强调的是，汽车（包括电动 汽车）确实存在发生翻滚的事故场景，建议 各企业单位自行开展研究试验，关注 EVS-GTR第二阶段关于翻转试验的进展与 成果。2）修改项目1锂离子电池单体过充根据行业的发展趋势和材料开发状态，随 着锂离子电池单体的能量密度的提高，材料 中锂的脱出量已近极限。经工作组讨论，一 致同意“过充是需要从系统层级来进行保 护”，需要对锂离子电池单体的过充电要求 做出调整。单悔正常工作区间（HMioovsoc同比”单0%SOCff110%SOC锂离子电池单体过充试验，主要是为了配 合系统保护策略的执行而做出要求

14、，即电池 单体的过充需与系统层级的过充保护要求相协调，具体协调关系如上图所示。首先， 按照锂离子电池系统SOC与锂离子电池单 体SOC的关系，单体正常工作区间（0% f 100%SOC）已覆盖系统正常工作区间；其 次，在ISO WD 6469-1 6th中明确了系统层 级的过充截至条件为110%SOC ,同比，锂 电池单体满足110%SOC过充可实现配合 系统110%SOC过充保护策略的安全要求。 经讨论，起草组认为电池单体在满足上述安 全要求的基础上，需再探讨额外增加 SOC 要求的可行性。2018年1月16日，秘书处邀请行业专家 在天津针对电池单体过充、热扩散等条款举 行了专项讨论会。19

15、家参会单位及专家对“ 110% SOC、115% SOC、120% SOC 或“1.1倍电压、1.2倍电压”，以及IEC 62660-3相同的过充截止条件进行了较充分 的讨论并表决，其中14家参会单位及专家 认为1.1倍电压或115 %SOC更为合理。标 委会秘书处向主管部门汇报后，建议公开征 求意见稿环节，继续对该问题进行研究，并 充分听取行业意见。为引起大家关注，充分 反馈意见和数据，征求意见稿中保留了 “ 1.2 倍电压或120% SOC”、“ 1.1倍电压或 115%SOC ”两种截止条件。2锂离子电池单体挤压挤压试验主要采用静态/准稳态下的压缩 方式来测试车辆发生碰撞时锂离子电池单

16、体的受压形变后的安全状态，因此挤压速度 需要尽可能降低，以模拟准稳态下的情形。 工作组调研了，各大认证机构实际试验过程 中的设备能力，讨论决定将挤压速度修改为“不大于2mm/s ”。在实际应用中，锂离子电池单体受压形变 受到了电池包箱体的防护。工作组通过仿真 和试验验证，关联了多款电池包与锂离子电 池单体在模拟静态挤压场景下的受力与形 变关系。结果表明，电池包在受到 100kN 挤压力的情况下，锂电池单体所受挤压力均 低于100kN,其中电池单体受力最大者为 75kN，受压形变最大者约 仃。同时，ECE R100 （与EVS-GTR草案基 本一致）中规定：除特殊说明外，通过挤压 板施加在被测对

17、象的挤压力最低为 100kN，但不超过105kN ； ISO 12405-3中规定：挤 压力为（100 -0/+5） kN或者由从车辆碰撞 试验或仿真分析得到的数值，该数值需要有 合理的支撑数据和分析过程。因此，工作组 确定，将锂电池单体挤压力修订为 100kN。3锂离子电池包或系统振动根据GB/T 3146732015第1号修改单调 研数据，检测机构对多款锂离子电池包或系 统测试结果进行统计分析发现，锂离子电池 包或系统的振动试验通过率仅为 50%左右 （表4）。试验结果表明，GB/T 31467.3-2015 的试验方法过于严苛。表4 GB/T 31467.3-2015振动试验数据分析通过

18、请矗、EVFrtEV商用车合计133572S平师过173132-1百井比43.旅50%瓯3S丁 0%53.醜此表引自GB/T 31467 32015 第1号修改单编制说明第1号修改单参考ECE R100和EVS-GTR第一阶段提案，与我国试验场强 化道路实际激励环境有偏差、采集到的振动 载荷相差较大，存在不可预见的安全风险。 因此，有必要提出基于中国车辆实测数据的 振动测试条件。为了振动试验能够真实的考核电池包或 系统的安全风险，需建立振动试验与实际道 路的关联关系。标准工作组成立了振动专项 研究小组，开展了多个厂家3大类7个细分 平台共计22台车的路谱采集工作，数据能 够代表中国电动汽车行业

19、的发展水平。a） 参考ECE R 100,试验前，将测试对象的SOC 状态调至不低于制造商规定的正常 SOC工作 范围的50%。b） 测试对象的分类：测试对象区分为乘用车与商 用车。商用车的研究对象为客车行李舱和后 备舱的电池包，乘用车的研究对象为乘员舱 下部底盘的电池包和后排座椅下方的电池 包。c） 目标里程的确定：综合国内各大汽车试验场的 可靠性行驶规范，及各大主机厂的汽车定型 行驶规范，确定以交通部北京通县试验场行 驶规范作为此标准的数据采集基础。选取对 结构疲劳耐久有作用的强化道路作为数据来源，按照规范要求：乘用车 714个强化坏路 循环为目标里程，商用车 882个强化坏路循 环作为目

20、标里程。d） 路谱采集的条件：载荷工况分为满载和空载， 试验车辆是符合整车测试技术条件的车辆， 试验车速为试验场规范车速（不同路面车速 也不同）。每种工况采集3-5组数据来保证数 据的一致性。e） 数据的处理：按照 MIL-STD-810F 标准随机 振动等效疲劳加速强化理论为基础，采用偏 于严苛的加速系数5,将各种不同类型路面向 振动能量RMS值最大的路面进行归一化等 效处理，并计算等效坏路时间总和。并分别 按照21h和12h为目标测试时间进行加速强 化，得到综合的PSD谱。基于等效损伤理论， 通过试验应力采集验证、仿真分析与测试时 间优化可行性分析等多方面的论证，最终一 致认为将随机振动测

21、试时间定义为 12h可行。 同时，也与ISO WD 6469-1 6th保持了一致。f） 振动测试规范的创建：通过数据比较分析，对 综合后的PSD谱按照车型平台归类，并求取 此平台下各车辆综合PSD谱的平均值，得到 平台车型最终的PSD谱。并按照保留关键频 率点PSD值和RMS值等效的原则，平滑拟 合后作为最终的振动标准测试条件。g） 正弦定频试验：搓板路与其他路面的振动信号 不是一个类型，具有明显的受迫振动特征， 能量很高且集中在一个很小的频带范围。工 作组一致认为搓板路是典型的路面类型，应 纳入到规范中；经讨论决定，将搓板路按照 正弦定频处理，同时定频试验的频率及测试 时间均依照试验场搓板

22、路的数据分析得到， 解决了与其他路面振动类型不一致的问题。h） 商用车测试方向：考虑电池包或系统在整车上 可能存在不同的安装方向，在标准中说明： 对于测试对象存在多个安装方向（X Y/ Z） 时，取RMS大者。i） 本标准和GB/T 31467.3-2015标准文件中的PSD对比如下图。需要说明的是，本标准选 取车辆代表了国内主流车企的振动水平，并 进行平均化处理，是最低的振动测试条件， 符合安全性要求的基本测试。其中，工作组 经研究发现，商用车中顶置的电池包表现出 更强的PSD，企业在实际产品设计、验证中 当有更充分的考虑。4锂离子电池包或系统的电子装置振动经工作组讨论确定，将试验对象明确为

23、 “独立安装在整车上的电子电气装置， 属于锂离子电池系统的一部分”。含电子装置的 电池包或系统完成整包振动试验后，无需再 单独做电子装置振动试验。5锂离子电池包或系统机械冲击考虑机械冲击为短时高能量的脉冲信 号，会激发电池包或系统的瞬时动态响应。 当激励脉冲终了时，结构可能仍处于运动状 态，如果立即进行下一次冲击将带来过试验 风险。经工作组讨论确定，参考 GJB 150.18A-2009,新增冲击间隔时间要求：相 邻两次冲击的间隔时间以两次冲击在试验 样品上造成的响应不发生相互影响为准， 一 般不应小于5倍冲击脉冲持续时间。6锂离子电池包或系统挤压经工作组讨论确定，参考GB/T 3146732

24、015第1号修改单 挤压截止力修 改为100kN。考虑操作安全和实际应用可能 性，明确了两个方向的挤压测试可分开在两 个测试对象上执行。7锂离子电池包或系统浸水安全考虑电池包的密封性对防水安全有重要影响。振动试验后，可能引起螺栓的松动、 密封材料的永久变形等问题，这些问题会直 接导致电池包的密封性降低。原则上， 电池包或系统均需要通过“海水浸泡”试验才可 上市销售，但实际上市场屡次发生进水导致 的安全事件，有必要在振动试验通过后，进 行浸水安全试验。试验方法主要参考ISO WD 6469-1 6th，依据“进水后，要求不起火不爆炸” 及“确保不进水”两种技术思路，可以从对屮池也业冠喘贯廐网滋巒

25、测TZ法：赳缶K . 卜値方法：宵欢）应的泡盐水2h及IPX7两种试验方式中选 择一种，试验框架如下图。进一步，为了保护第一救援人员的安 全，经工作组讨论确定将“电池包取出水面 进行静置观察”来模拟此场景要求。8锂离子电池包或系统热稳定性第一部分：外部 火烧经工作组讨论确定，在标准 GB/T 3146732015的基础上，参考 EVS-GTR第 一阶段研究成果，对外部火烧试验进行修 订。主要变更点如下：a） 试验环境条件修改为：0 C以上，风 速不大于2.5km/h （软风）;b） 补充耐火隔板要求；c） 安全要求删除“若有火苗，应在火 源移开后2min内熄灭”，保留“不爆炸”;d） 考虑规范

26、性，增加“测试对象应居 中放置”，删除“或者为车辆空载状态下测 试对象底面的离地高度，或者由双方商疋；e） 对于镍氢电池包或系统豁免。9电池包或系统盐雾环境类试验标准对于电池包或系统盐 雾试验的考核为两个方向：耐盐雾腐蚀和耐 盐雾渗漏。其中，耐盐雾腐蚀侧重模拟产品 /部件（如汽车及其零部件）在实际含盐环 境及交变环境下的耐腐蚀性能，评价的是腐 蚀效应；耐盐雾渗漏侧重考察耐盐分渗漏、 渗漏造成的电气效应。经工作组讨论确定，锂离子电池包或系 统安全性的盐雾失效模式更倾向于耐盐雾 渗漏引起的电气安全。因此，试验方法参考 GB/T 28046.4中5.5.2。进一步，考虑到完 全放置在乘客舱、行李舱或

27、货舱的电池包或 系统，其所处环境较为密闭，无盐雾场景， 可不进行盐雾试验。10电池系统过温保护、外部短路保护、过充电保 护、过放电保护考虑标准GB/T 31467.3系统保护试验 方法（过温保护、外部短路保护、过充电保 护、过放电保护）未对保护执行的操作及截 止条件进行说明，部分语句存在歧义。工作 组讨论确定，系统保护章节转化自 EVS-GTR第一阶段研究成果，试验对象为 锂离子电池系统。3）新增项目锂离子电池包或系统热稳定性第二部分：热扩 散电池单体发生热失控时热量将会通过不同方式传递到相邻电池单体，单个电池热害我国领导的EVS-GTR热扩散专项小 组，在第一阶段就锂离子电池热扩散开展了 大

28、量的研究，并形成了第一阶段的结论。经 工作组讨论决定，本标准中的热扩散试验与 要求，主要参照EVS-GTR第一阶段形成的 热扩散试验成果，转化形成了本标准中的规 范性附录C和资料性附录D。进一步，本标 准过程中，工作组成立了热扩散专项研究小 组，期间开展了大量的工作，包括：对重 庆、天津、襄阳、上海和长春等主要检测机 构自电动客车安全技术条件执行以来的 热失控试验情况进行了统计分析，数据表明 电动客车安全技术条件中的热失控与热 扩散试验方法具有较好的可操作性，宏观结 果重现性较好；设计试验对不同能量密度 电池热失控行为进行了更深入研究，对各型 号电池单体分别采用针刺、过充及加热等触 发方法来触

29、发电池单体热失控，结果显示过 充触发热失控的成功率较低（见上图），明 确附录D的推荐方法中删除过充触发，保留 针刺及加热的触发方法，同时添加“制造商 也可自行选择热失控触发方法” 的表述； 国内外主要汽车制造商向专项小组分享了 企业各自的试验数据、结果及建议。基于上述说明，本着与EVS-GTR保持 协调的精神，结合中国国情及规范行业健康 发展的需要，本标准规定锂离子电池包或系 统制造商可选择以下两种方式之一进行热 扩散分析或验证。同时，需由检测机构提供 试验报告，但不作通过性判定。方式一，按照附录C（规范性附录），完 成热扩散乘员保护分析和验证，附录C对热 扩散乘员保护分析报告所需包含的内容进

30、 行了规定，主要内容完全吸收EVS-GTR第 一阶段的成果，通过由检测机构提供热扩散 乘员保护分析报告来约束并提咼制造商在 锂离子电池包或系统层级的热扩散安全能 力，有效降低乘员的潜在安全风险。方式二，参照附录D（资料性附录），完 成热扩散验证试验，附录D介绍了热扩散试 验对象、试验条件、试验方法及热扩散试验 报告所包含的信息。主要内容在吸收 EVS-GTR第一阶段的成果的基础上，结合 热扩散专项小组的工作成果进行了调整， 主 要包括：附录D.3试验方法中删除过充触发 热失控；附录D.4热扩散试验报告中规定如 果实验过程中乘客舱有危害乘客的事件发 生，则需记录系统预警和危害事件发生等关 键事件的时间信息。经过各方的努力，热扩 散有关的安全风险已得到国际社团和企业 的高度重视。EVS-GTR明确在第二阶段将 展开更广泛而深入的研究，方式二的实施， 有利于研究得到更全面的产品状态数据， 以 便将来对试验方法进行完善。锂离子电池系统过流保护考虑标准GB/T 31467.3外部短路保护 试验仅验证了由于外部短路造成的电流过 大情况，对于正常模式下的电流