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上海机动车检测中心谢先宇：新能源汽车动力电池系统检测与评价体系
2019-04-27 00:22:35· 来源：NE时代 作者：谢先宇
建立这套体系整个思路是因为电池用到这个车上，肯定要满足比如从安全性，从续航里程、爬坡性能、经济性、便捷性、全天候使用、回收利用。最终厂家可以依据这个方
建立这套体系整个思路是因为电池用到这个车上，肯定要满足比如从安全性，从续航里程、爬坡性能、经济性、便捷性、全天候使用、回收利用。最终厂家可以依据这个方法，选择合适的产品。
本文为励展博览集团及NE时代于4月25日联合主办的 "第三届AWC2019新能源汽车三电系统开发与测试技术大会" 演讲嘉宾的现场实录。
演讲人：谢先宇 上海机动车检测认证技术研究中心，汽车整车及零部件检测中心副总工
演讲主题：新能源汽车动力电池系统检测与评价体系
动力电池这块，作为第三方的检测机构主要服务于政府，从这个角度来讲，可能主要面上还是以强检为主，包括事前事后。国家产品质量中心甚至一些行业的一些机构，包括3C等等，它会定期对市场上的产品进行抽查或者一次性核查。这个情况下，会碰到很多问题。你的产品作为新产品满足基本要求，但是在使用过程中，甚至最后全产业链这块，对于电池如何建立合理的评价，新产品可能满足国家强制要求，但是像前面韩总提到，真正很多企业做开发实验时，强制实验是其中一部分，比如它在选择电池供应商时，或者它的产品在做开发认证过程中，包括各种实验。结合前期我们给一些大的汽车集团做的开发认证的实验，再结合我们国家目前对于动力电池后期的新的要求，我们也建立了这样一套类似于动力电池的测试评估的一套方案。这个方案我们在三年前就已经做出来了，给一些主流企业也做过测试评价。
今天报告主要从以下三方面介绍：第一，目前国内外动力电池目前存在的主流标准。第二，基于这个标准和前期对于这个行业的信息做的测试评价体系。第三在这个评价体系基础上做一些典型案例分析。
我们国家的电动汽车专门有管理机构的，从标准角度来讲有专门的电动汽车分标组，整车一个是电动汽车整车工作组，还有一个是燃料电池汽车工作组。对于部件级别，主要关注在动力电池和电机。像目前在电控这块，相关强检标准是没有的。包括充电桩国家有一些协议的强制标准，但是大部分充电安全是通过汽车协会制定相关的标准。从动力电池范围来讲，按照基础标准，比如三元电池或者磷酸铁锂电池，有一些术语相关的要求。现在提的比较多的是锂离子电池，锂离子电池分为三元电池，磷酸铁锂电池等等，国内外相关电池标准制定机构包括国内、国外都有一些标准。国内电动汽车分标委有一个工作组，每年会有定期的相关会议。国外的动力电池组织里面，行业里面比较关注的现在用的比较多的像SAE，目前采用了很多标准，国内很多标准制定都是参照主流的国际组织标准，包括ISO、ECE、IEC、UL，甚至包括日本的。这里面列出来了国外的主流的电池的研究机构、标准制定机构，他们目前颁布的主流标准。这些标准内容根据测试对象不同，你是单体还是模块还是系统，同时根据测试的项目不同，它分为安全性的、可靠性的、性能的等等相关的要求。
国内在2015年以前，相关的电动汽车甚至动力汽车相关的标准是比较欠缺的。这个行业加入比较早的话，最早的动力电池是用在汽车行业的标准。电动汽车以及关键部件的标准制定，国家近几年做了很大的工作，而且有一部分走在了世界前列。比如GB的标准，其中涉及到火烧实验由我们国家相关单位牵头制定的。下面列出来的标准，根据它的单体系统，甚至根据不同类型，功率型、能量型，还有动力电池全生命周期，到它退役以后相关的动力电池的回收利用等等，包括目前在研的标准体系里面也有接近20几项。
这里面是31484电池基本循环寿命的测试。30KWh这样的电池包，五年之后衰减到80%，新的电池包衰减速度更快。这里面在评测时，一个是单体要满足基本要求，这里面定义了很多要求。对于性能来讲，它的高低温性能，为什么到了夏天或者到了春天存在续航里程的问题？开空调对容量系统影响很大，所以这里面都有相关的要求。对于电池系统，这里面提到了包括系统级别的也是分功率型和能量型的测试要求，有容量损失、效率等等。
另外，从安全性角度来讲，模块之间有相应的要求，挤压、针刺等等都有相关实验。基本上每个车型如果轻的电池包都要完成所谓的T31467.3，里面有16项内容，包括振动、可靠性、耐用挤压、针刺等等，包括后面的过温保护等等相关实验。
刚才我提到了结合动力电池的安全性，有一个新的国标，在2020年7月1日全国可能会实施，涉及到动力电池厂。目前这个标准已经报批到WTO，因为它属于国家的强制性标准，需要WTO申报。目前，这个标准已经完全制定完成。它把原来电气化和系统化级别的标准结合在一起。里面有22项，蓝色项是新增和变化的项目，同时也做了整个试验项目从样品利用率和实验逻辑、先后关系，推荐了一个方法。
应该说，我们国家已经陆陆续续通过近几年大力研究，制定了相关的标准，也相对比较完善。大家可以看一下，安全性基本没什么我就不赘述了。对于性能，比如电池循环寿命，现在定义的是单体寿命在1400次的情况下，按照标准去看，你的寿命不小于1000次左右，这是作为门槛准入条件。如果真正按照国家给你的你的车要求5年12万公里，或者部件8年12万公里，按照实际去算的话，可能1400次的标准不一定能达到，看你怎么使用。比如特斯拉它有它的说法，比如充电量次数可以相对减少，但是我们国家制定的标准有安全性标准作为强制要求，但是有很多循环寿命也好，可靠性实验也好。
建立这套体系整个思路无非是电池用到这个车上，肯定要满足比如从安全性，从续航里程、爬坡性能、经济性、便捷性、全天候使用、回收利用。比如安全有安全标准，续驶里程满足动力电池能量密度足够高的情况下，要足够多的电量。爬坡性能与功率有关系，包括经济性，包括寿命的要求，你是三年五年退下来还是八年十年退下来，对你来说都有可能成为负担。包括全天候，它的温度范围在低温下影响不大，还有如何做到快充，整个电池最后它的寿命终止之后它要可持续发展的话，整个电池回收，环境友好这块，等等从这几大方面考虑。
电池评价总则，首先建立评价内容和评价方法，根据关键参数指标以星级的方式对测试产品进行分项评价。测试对象包括关键材料、电芯、模块、系统、BMS。单体、模块从性能和安全性角度，关键项主要是安全技术要求。但对于模块级别的循环寿命这块，标准比较欠缺。国家在推电池管理系统的相关标准，智能网联汽车在电动汽车上开发更有优势，是发展方向，相应的对电气化和电子部件的测试要求也更多，更严格。
一个完整的动力电池系统，一个大企业开发动力电池系统时，做的实验至少上百项，这里面说的各方面，比如电性能、热性能、外部环境、机械应力、EMC、低压电源、滥用安全等等都有相应的要求，时间有限不一一赘述。比如电性能里面，比如它的容量、功率、一致性、寿命等等。比如在安全这块，我们国家标准所要求的做完相关的滥用实验以后是要求不起火、不爆炸。真正的动力电池做实验时它就要起火爆炸，比如时间要求是什么样的。今天一个老朋友问我，作为一个高容量的东西，让它在极端情况下不起火是不可能的，但是起火了不涉及到人身安全。动力电池完全做到完全不起火应该说这是一个概率事件，正在起火以后有什么措施能够做到保护人，或者要人能够有足够的防身时间，这个是关键。还有机械可靠性，我们在国标里面提到这是在常温下的实验，我们会结合不同温度的变化，不同湿度的变化，结合在模拟车辆实际运动中它的情况，比如温、湿度的实验，环境可靠性实验。包括EMC实验，现在应该说越来越重要，国家在电动车领域，相关的标准正在进一步完善过程中。有很多厂家说做完振动实验，不起火不爆炸，但是做完振动实验要求它还能用，这是两个不同的安全标准，涉及到绝缘也好，耐压也好等等要求。我大概把主要的测评的思路和标准里面的要求有所不同的地方讲了一下。
现在我们比较关注动力电池的能量密度，这几年大家在谈。今年要求160Wh/kg以上才能拿到1.1倍的补贴系数。能量密度提高，能够适当地节省电池包的重量或者布置空间。同样一个电芯的寿命，单体做到三千次、五千次没问题。寿命不仅仅是循环寿命，电动汽车，电池就算放在那里不用，一年以后电池寿命也会有点衰退。电池寿命是一个日历寿命加循环寿命的概念，结合起来看。包括EMC，在实际过程中你的部件单独做实验，EMC可以过，但是集成到车上以后，因为涉及到动力集成等原因，实验结果可能不太一样。包括动力电池面临的安全挑战，在安全性里面，电动汽车起火很多问题可能是在充电桩；在充电过程中可能没有起火，还有动力电池的原因，包括其他装置起火原因。你是绝缘失效也好，热管理失效也好，甚至因为系统层面上你的接头也好，等等有各种各样的因素。
针对这些情况，比如企业做针刺实验时，可能国标强调针刺完了不起火不爆炸就可以了，但是真正做研究时我们可以看，对于其中某些部件就是模拟实际情况的失效，这种情况下其他部件比如电芯的相应温度、电压变化情况，这些强制性以外的这种性能的可靠性、安全性测试，这些实验应该说是目前企业越来越关注的，而且实验量越来越多的。还有电芯过充，同样是三元电池，你是采用软包的，或者磷酸铁锂的电池，每个都是不一样的，通过这些研究可以指导前期的设计都有很大的帮助。
目前电池包振动实验用的标准比国标的标准更加严格，这里面包括挤压实验。比如安装在挤压方向上的话，并不是电池受到挤压以后起火，而是在高压接插件里面引起了起火。有很多车厂说，车身一部分本身就是作为我的电池壳体的一部分，真正情况下我们考虑的是，车身做实验过程中可以做本身的保护装置，一起做这个实验。再比如电池包火烧实验，这个火烧实验过程中，现在国标两分钟就ok了，很多企业远远不止两分钟，就是看它起火。可能它起火的并不是电芯材料起火了，有可能电池外壳材料起火了。所以在委托开发实验时会碰到很多问题，甚至火烧设置包括实验条件对实验结果也是有很大的影响。包括模拟碰撞实验，因为它是模拟在车上受到撞击之后，比如电芯结构在冲击情况下是否会冲散，比如很多接插件等等会不会断开。包括电池包的浸水实验，很多车企都会比较熟悉，包括配套层，现在上海主流的实验都会做，上海这个标准比国标的基本标准更早，目前我们一直在追寻。应该说对很多电池厂有很大的改进作用，通过这样的实验，无论是它的设计，包括整车的防护要求，都有指导意义。
因为时间关系，没法一一赘述。我们建立这个方法无非是讲在门槛基础上选择一套方法，让厂家可以依据这个方法，比如选好的或者更好的，最终选择它合适的。这个方法是全面的方法，但是看你怎么用。比如你的电池后备厢防水达到了要求，这种情况下对它电池安全性就没那么严格。比如厂家认为这个电池只要满足两件事就ok了，但是有的说终身质保，你最后的选择是基于适用的条件，选择你合适的，可能选3C就足够了，这个方法有待我们进一步完善。新技术出来以后，我们会根据新的技术方向，包括一些关键指数项目的确定，关键参数的确定，把方案进一步地完善。
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