鋰離子電池儲存安全標準國標

概述國內外動(dòng)力鋰離子電池在性能及安全測試方面的標準，從適用范圍、測試項內容及嚴格程度等幾個(gè)方面進(jìn)行分析和比較。對國內動(dòng)力鋰離子電池標準體系的構建和發(fā)展進(jìn)行總結和展望。

　　電池產(chǎn)品的標準，尤其是安全標準是約束質(zhì)量的重要依據，也是規范市場(chǎng)秩序和推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的重要手段。本文作者針對國內外現有的常見(jiàn)標準，進(jìn)行介紹和歸納分析，并對這些標準體系中存在的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

　　一、國外動(dòng)力鋰離子電池標準

　　表1列舉了國外常用的鋰離子電池測試標準。標準頒發(fā)機構主要有國際電工委員會(huì ) ( IEC) 、國際標準化組織( ISO) 、美國保險商實(shí)驗室 ( UL) 、美國汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )( SAE) 以及歐盟相關(guān)機構等。

　　表1 國外常用的動(dòng)力鋰離子電池標準

　　

　　1 國際標準

　　IEC發(fā)布的動(dòng)力鋰離子電池標準主要有IEC 62660-1∶2010《電動(dòng)道路車(chē)輛用鋰離子動(dòng)力蓄電池單體第1部分：性能測試》和IEC 62660-2∶2010《電動(dòng)道路車(chē)輛用鋰離子動(dòng)力蓄電池單體第2部分：可靠性和濫用性測試》。聯(lián)合國運輸委員會(huì )頒布的UN 38. 3《聯(lián)合國關(guān)于危險貨物運輸的建議書(shū)標準和試驗手冊》，對鋰電池測試的要求是針對電池在運輸過(guò)程中的安全性。

　　ISO在動(dòng)力鋰離子電池方面制定的標準有ISO 12405-1∶2011《電驅動(dòng)車(chē)輛———鋰離子動(dòng)力電池包及系統測試規程第1部分：高功率應用》、ISO 12405-2∶2012《電驅動(dòng)車(chē)輛——鋰離子動(dòng)力電池包及系統測試規程第2部分：高能量應用》及ISO 12405-3∶2014《電驅動(dòng)車(chē)輛——鋰離子動(dòng)力電池包及系統測試規程第3部分：安全性要求》，分別針對高功率型電池、高能量型電池以及安全性能要求，目的是為整車(chē)廠(chǎng)提供可選擇的測試項和測試方法。

　　2 美國標準

　　UL 2580：2011《電動(dòng)汽車(chē)用電池》主要評估電池的濫用可靠性以及在濫用產(chǎn)生危害時(shí)對人員的保護能力，該標準于2013年進(jìn)行修訂。

　　SAE在汽車(chē)領(lǐng)域擁有龐大、完善的標準體系。2009年頒布的SAE J2464：2009《電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)可再充能量?jì)Υ嫦到y的安全和濫用性測試》是很早一批應用于北美和全球地區的車(chē)用電池濫用測試手冊，明確指出了每個(gè)測試項的適用范圍及需要采集的數據，也針對測試項目所需樣品數量給出建議。

　　2011年頒布的SAE J2929：2011《電動(dòng)和混合動(dòng)力電池系統安全標準》是SAE在總結之前頒布的各種動(dòng)力電池相關(guān)標準上提出的安全性標準，包括兩部分：電動(dòng)車(chē)在行駛過(guò)程中可能出現的常規情況測試和異常情況測試。

　　SAE J2380：2013《電動(dòng)車(chē)電池的振動(dòng)測試》是電動(dòng)車(chē)電池的振動(dòng)測試較經(jīng)典的標準，以實(shí)際車(chē)輛道路行駛的振動(dòng)載荷譜采集統計結果為基礎依據，測試方法更加符合實(shí)際車(chē)輛的振動(dòng)情況，具有重要的參考價(jià)值。

　　3 其他組織標準

　　美國能源部( DOE) 主要負責能源政策制定、能源行業(yè)管理及能源相關(guān)技術(shù)研發(fā)等。2002年美國政府成立了“自由車(chē)”( Freedom CAR) 項目，先后頒發(fā)了Freedom CAR功率輔助型混合電動(dòng)車(chē)電池測試手冊與電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)用儲能系統濫用性測試手冊。

　　德國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )( VDA) 是德國為統一國內汽車(chē)工業(yè)的各種標準而組成的協(xié)會(huì )，頒布的標準有VDA 2007《混合動(dòng)力汽車(chē)用電池系統測試》，主要是針對混合動(dòng)力汽車(chē)的鋰離子電池系統的性能及可靠性測試。

　　歐洲經(jīng)濟委員會(huì )( ECE) R100. 2《關(guān)于就電動(dòng)車(chē)輛特殊要求方面批準車(chē)輛的統一規定》是ECE針對電動(dòng)車(chē)制定的具體要求，整體分為兩部分：第一部分對整車(chē)在電機防護、可再充電儲能系統、功能安全和氫氣排放等4個(gè)方面進(jìn)行了規范，第二部分為新增的對可再充電儲能系統的安全可靠性作出的具體要求。

　　二、國內動(dòng)力鋰離子電池標準

　　2001年，汽車(chē)標準化委員會(huì )頒布了我國第一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的鋰離子電池測試指導性技術(shù)文件GB/Z 18333. 1：2011《電動(dòng)道路車(chē)輛用鋰離子蓄電池》。該標準制定時(shí)參考了IEC 61960-2∶2000《便攜式鋰電池和蓄電池組第2部分：鋰電池組》，用于便攜式設備的鋰離子電池及電池組，測試內容包括性能和安全，但只適用于21.6V和14.4V的電池。

　　2006年，工業(yè)和信息化部頒發(fā)了QC/T 743《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池》，被行業(yè)內廣泛使用，并于2012年進(jìn)行了修訂。GB/Z 18333. 1：2001 和 QC/T 743：2006 都是針對單體和模塊級別的標準，應用范圍較窄，且測試內容已不適應快速發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的需求。

　　2015年，國家標準化管理委員會(huì )頒布了一系列標準，GB/T 31484-2015《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗方法》、GB/T 31485-2015《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗方法》、GB/T 31486-2015《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池電性能要求及試驗方法》及 GB/T 31467. 1-2015《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統第1部分高功率應用測試規程、GB/T 31467. 2-2015《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統第2部分高能量應用測試規程、GB/T 31467. 3《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池系統測試規程第3部分安全性要求與測試方法。

　　GB/T 31485-2015及GB/T 31486-2015分別是針對單體/模塊的安全及電性能測試，GB/T 31467-2015系列參照了ISO 12405系列，適用于電池包或電池系統的測試，而GB/T 31484-2015是專(zhuān)門(mén)針對循環(huán)壽命的測試標準，對于單體和模塊采用標準循環(huán)壽命，對于電池包和系統采用工況循環(huán)壽命。

　　2016年，工信部發(fā)布了《電動(dòng)客車(chē)安全技術(shù)條件》，從人員觸電、水塵防護、火災防護、充電安全、碰撞安全、遠程監控等方面綜合考慮，充分借鑒了現有的傳統客車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)標準和上海、北京等地方標準，對動(dòng)力電池提出更高的技術(shù)要求，增加了熱失控和熱失控擴展兩個(gè)測試項，已于2017年1月1日正式實(shí)施。

　　表2 國內常用的動(dòng)力鋰離子電池標準

　　

　　三、國內外動(dòng)力鋰離子電池標準分析

　　國內外動(dòng)力鋰離子電池標準分析國際上的大部分標準是在2010年前后頒布的，重新修訂次數較多，且陸續有新的標準出臺。GB/Z 18333. 1：2001是在2001年頒發(fā)的，由此可見(jiàn)，我國的電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池標準在世界上起步并不算晚，但發(fā)展相對緩慢。自2006年QC/T 743標準發(fā)布后，我國有很長(cháng)一段時(shí)間里沒(méi)有標準更新，且在2015年新國標發(fā)布之前，沒(méi)有關(guān)于電池包或系統的標準。上述國內外標準在適用范圍、測試項內容、測試項嚴格程度及判定準則方面，都有所差別。

　　1 適用范圍

　　IEC 62660 系列、QC/T 743、GB/T 31486和GB/T 31485是針對電池單體和模塊級別的測試，UL2580、SAE J2929、ISO12405和GB/T 31467 系列則適用于電池組和電池系統的測試。國外除了IEC 62660，其他的標準基本都涉及電池組或系統級別的測試，SAE J2929及ECE R100. 2甚至提到了整車(chē)級別的測試。這說(shuō)明國外的標準制定更多地考慮到了電池在整車(chē)上的應用，更符合實(shí)際應用的需求。

　　2 測試項內容

　　所有的測試項從整體上來(lái)說(shuō)，可分為電性能和安全可靠性?xún)纱箢?lèi)，而安全可靠性又可分為機械可靠性、環(huán)境可靠性、濫用可靠性和電氣可靠性。

　　機械可靠性，模擬了車(chē)輛在行駛過(guò)程中受到的機械應力，如振動(dòng)模擬了車(chē)輛在路面上的顛簸；環(huán)境可靠性，模擬了車(chē)輛在不同氣候中的耐受力，如溫度循環(huán)模擬了車(chē)輛在晝夜溫差大或者在寒冷和炎熱地區來(lái)回行駛時(shí)的情況；濫用可靠性，如火燒，考察電池在遭受到不正當使用時(shí)的安全性；電氣可靠性，如保護類(lèi)測試項，主要是考察電池管理系統( BMS) 在關(guān)鍵時(shí)候能否起到保護作用。

　　在電池單體方面，IEC 62660分為兩個(gè)獨立的標準IEC 62660-1和IEC 62660-2，分別對應性能和可靠性測試。GB/T 31485和GB/T 31486是由QC/T 743演化而來(lái)，GB/T 31486中將耐振動(dòng)歸屬為性能測試，因為該測試項是考察電池振動(dòng)對電池性能的影響。相比于IEC 62660-2，GB/T 31485的測試項目更嚴苛，如增加了針刺和海水浸泡等。

　　在電池包和電池系統的測試方面，不論是電性能還是可靠性，美國標準涵蓋的測試項最多。在性能測試方面，DOE/ ID-11069比其他標準多出的測試項有混合脈沖功率特性( HPPC) 、運行設置點(diǎn)穩定性、日歷壽命、參考性能、阻抗譜、模塊控制檢驗測試、熱管理載荷及結合壽命驗證的系統水平測試等。

　　在標準的附錄中詳細介紹了電性能測試結果的分析方法，其中，HPPC 測試可用于檢測動(dòng)力電池的峰值功率，由此衍生的直流內阻測試方法，已廣泛用于電池的內阻特性研究。在可靠性方面，UL2580比其他標準多出的測試項有：非平衡電池組充電、耐壓、絕緣、連續性試驗及冷卻/加熱穩定系統故障試驗等，還包含了生產(chǎn)線(xiàn)上針對電池組零部件的基本安全測試，在 BMS、冷卻系統及保護線(xiàn)路設計方面，加強了安全性審查要求。SAE J2929提出要對電池系統的各個(gè)部分進(jìn)行故障分析，并保存相關(guān)的文檔材料，包括易識別故障的改進(jìn)措施。

　　ISO 12405系列標準同時(shí)包含電池的性能和安全兩方面，ISO 12405-1是針對高功率應用的電池性能測試標準，ISO 12405-2是針對高能量應用的電池性能測試標準，前者多了冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)兩項內容。GB/T 31467系列結合了我國動(dòng)力電池發(fā)展狀況，根據ISO 12405系列標準的內容修改而得。

　　與其他標準不同的是：SAE J 2929與 ECE R100. 2都涉及高壓防護的要求，屬于電動(dòng)汽車(chē)安全范疇。我國的相關(guān)測試項在GB/T 18384中，GB/T 31467. 3中指出電池包和電池系統在進(jìn)行安全測試之前要滿(mǎn)足GB/T 18384. 1和GB/T 18384. 3的相關(guān)要求。

　　3 嚴格程度

　　對于相同的測試項，不同標準中規定的測試方法和判定準則也不盡相同。例如對于測試樣品的荷電狀態(tài)( SOC)，GB/T 31467. 3中要求樣品為滿(mǎn)電態(tài)；ISO 12405中要求功率型電池SOC為50% ，能量型電池SOC為100%；ECE R100. 2要求電池的SOC在50%以上；UN38. 3對于不同的測試項有不同的要求，某些測試項還需要循環(huán)過(guò)的電池。

　　另外，還要求高度模擬、熱試驗、振動(dòng)、沖擊和外短路必須用同一個(gè)樣品進(jìn)行測試，相對更嚴格。對于振動(dòng)測試，ISO 12405要求樣品在不同的環(huán)境溫度下振動(dòng)，建議的高溫和低溫溫度分別為75℃和－40℃，其他的標準沒(méi)有此項要求。

　　對于火燒試驗，GB/T 31467. 3中的實(shí)驗方法和參數設置與 ISO 12405. 3相差不大，都是采用點(diǎn)燃燃料的方式進(jìn)行預熱、直接火燒和間接火燒，但 GB/T 31467. 3要求樣品若有火苗必須在2 min內熄滅，ISO 12405則沒(méi)有要求火苗熄滅的時(shí)間，SAE J2929中的火燒試驗與前兩者不同，它要求將樣品放置于熱輻射容器中，90s內迅速升溫至890℃ 并保持10 min，并且不得有任何組件或物質(zhì)穿過(guò)置于測試樣品外部的金屬網(wǎng)罩。

　　四、現有國內標準的不足

　　雖然相關(guān)國標的制定和發(fā)布填補了我國在動(dòng)力鋰離子電池組合系統方面的空白，并被廣泛采用，但仍有不足。

　　測試對象方面：所有的標準都只規定了新電池的測試，對使用過(guò)的電池沒(méi)有相關(guān)規定和要求，電池在出廠(chǎng)時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，不代表使用一段時(shí)間后仍然安全，因此有必要對使用不同時(shí)間的電池進(jìn)行同樣的測試，相當于定期體檢。

　　結果判定方面：目前的判定依據較寬泛和單一，只有無(wú)泄露、無(wú)外殼破裂、不起火和不爆炸的規定，缺少可量化的評判體系。歐洲汽車(chē)研究與技術(shù)發(fā)展委員會(huì )( EUCAR) 將電池的危害程度劃分成8個(gè)等級，具有一定的借鑒意義。

　　測試項方面：GB/T31467. 3缺少電池包和電池系統在熱管理和熱失控方面的測試內容，而熱安全性能對電池至關(guān)重要，如何控制單體電池的熱失控，使熱失控的情況不蔓延，具有重要意義，《電動(dòng)客車(chē)安全技術(shù)條件》的強制實(shí)施也說(shuō)明了這一點(diǎn)。另外，從整車(chē)應用層面來(lái)說(shuō)，對于非破壞性的可靠性測試，如環(huán)境可靠性，在試驗結束之后有必要增加電性能測試，模擬車(chē)輛在經(jīng)歷了環(huán)境變化后，性能受到的影響。

　　測試方法方面：電池包和電池系統的循環(huán)壽命測試耗時(shí)太長(cháng)，影響產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，難以很好地執行，如何開(kāi)發(fā)合理的加速循環(huán)壽命測試是個(gè)難點(diǎn)。

　　五、總結

　　近年來(lái)，我國在動(dòng)力鋰離子電池的標準制定和應用方面已取得了很大的進(jìn)步，但與國外的標準還存在一定的差距。除了檢測標準以外，我國鋰離子電池在其他方面的標準體系也在逐漸完善。2016年11月9日，工信部在發(fā)布了《鋰離子電池綜合標準化技術(shù)體系》，指出未來(lái)的標準體系包括基礎通用、材料與部件、設計與制造過(guò)程、制造與檢測設備、電池產(chǎn)品等5大部分，其中，安全標準關(guān)系重大，隨著(zhù)動(dòng)力電池產(chǎn)品的更新和發(fā)展，測試標準也需要提升相應的驗檢測技術(shù)，進(jìn)而增強動(dòng)力電池的安全性水平。