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.doc

1 附 录 AICS 43.140 T 84 中华人民共和国国家标准GB/T xxxxxxxxx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 Electrically propelled road vehicles Test specification for lithium-ion traction battery systems Part 1: High power applications ISO/DIS 12405-1:2009 Electrically propelled road vehicles Test specification for lithium-ion traction battery systems Part 1: High power applications NEQ 征求意见稿 本稿完成日期20100707 ××××-××-××发布 ××××-××-××实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 发布 国家质监督检验检疫总发布 I GB XXXXX20XX I 目 次 前 言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 符号和缩略语 . 3 5 通用测试条件 . 3 5.1 一般条件 . 3 5.2 测试仪器准确度要求 . 4 5.3 数据记录 . 4 5.4 试验准备 . 4 6 通用测试循环 . 5 6.1 预处理循环 . 5 6.2 标准循环 . 5 7 基本性能 . 5 7.1 容量和能量 . 5 7.2 功率和内阻 . 7 7.3 无负载容量损失 . 11 7.4 低温启动功率 . 12 7.5 能量效率 . 12 7.6 循环寿命 . 13 8 可靠性 . 13 8.1 湿热交变循环 . 13 8.2 热冲击 . 14 8.3 振动试验 . 15 8.4 机械冲击 . 17 9 安全性 . 17 附 录 A 资料性附录 蓄电池包和蓄电池系统的典型结构 . 18 附 录 B 规范性附录 蓄电池包和蓄电池系统的测试项目 . 20 2 GB XXXXX20XX III 前 言 GB/T XXXXX电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程分为两个部分 第1部分高功率应用 第2部分高能量应用。 本部分为GB/T XXXXX的第1部分。 本部分按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本部参照ISO/DIS 12405-1电动道路车辆 锂离子动力蓄电池系统测试规程 第1部分高功率应用根据我国实际情况制定。 本标准的附录为资料性附录。 本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。 本标准由归口。 本标准起草单位。 本标准主要起草人。 GB XXXXX20XX 1 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 1 范围 GB/T XXXXX的本部分规定了高功率锂离子动力蓄电池包和系统基本性能、可靠性和安全性的测试方法。 本部分适用于装载在电动汽车上主要以高功率应用为目的的锂离子动力蓄电池包和蓄电池系统。 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所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/T 2423.4-2008 电工电子产品环境试验 第2部分试验方法 试验Db 交变湿热12h12h循环IEC 60068-2-30:2005IDT GB/T 2423.43-2008 电工电子产品环境试验 第2部分试验方法 振动、冲击和类似动力学试验样品的安装IEC 60068-2-47:2005IDT GB/T 2423.56-2006 电工电子产品环境试验 第2部分试验方法 试验Fh宽带随机振动数字控制和导则IEC 60068-2-64:1993IDT GB/T 18384.1-2001 电动汽车 安全要求 第1部分:车载储能装置ISO/DIS 6469-1:2000EQV GB/T 18384.3-2001 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护ISO/DIS 6469-3:2000EQV GB/T 19596-2004 电动汽车术语ISO 8713:2002NEQ GB/T xxxx.1- xxxx 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第1部分:一般规定ISO 16750-1: 2006MOD GB/T xxxx.3- xxxx 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分机械负荷ISO 16750-3: 2007MOD GB/T xxxx.4- xxxx 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第4部分气候负荷ISO 16750-4:2010MOD 3 术语和定义 GB/T 19596 中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 蓄电池电子部件 battery electronics 采集或者同时监测蓄电池单体或模块的电和热相关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 GB XXXXX20XX 2 蓄电池控制单元 battery control unit BCU 控制或管理或检测或计算蓄电池系统的电和热相关的参数并提供与蓄电池系统和其他车辆控制器通讯的电子装置。 3.3 蓄电池包 battery pack 能量存储装置包括单体或模块通常还包括蓄电池电子部件、高压电路、过流保护装置蓄电池箱以及与其他外部系统如冷却、高压、辅助低压和通讯等的接口。见附录A。 3.4 蓄电池系统 battery system 能量存储装置包括单体、模块或电池包还包括电路和电控单元如电池控制单元电流接触器等。见附录A。 3.5 受试装置 device under test DUT 在GB/T XXXXX的本部分是指电池包或电池系统。 3.6 能量密度 energy density 电池包或电池系统可以存储的能量和其体积之比单位Wh/L。 3.7 比能量 specific energy 电池?虻绯叵低晨梢源娲哪芰亢推渲柿恐泉籛h/kg。 3.8 功率密度 power density 电池包或电池系统可以输出的功率和其体积之比单位W/L。 3.9 比功率 specific power 电池包或电池系统可以输出的功率和其质量之比单位W/kg。 3.10 充放电循环能量效率 energy round trip efficiency 受试装置放电过程释放的直流能量和将其充电至初始SOC所需的直流能量之比充电过程使用标准充电。 3.11 高能量应用 high energy application 室温下蓄电池包或系统的最大允许持续输出电功率和其在1C倍率放电能量的比值低于10的装置特性或应用特性。 3.12 GB XXXXX20XX 3 高功率应用 high power application 室温下蓄电池包或系统的最大允许持续输出电功率和其在1C倍率放电能量的比值大于等于10的装置特性或应用特性。 3.13 额定容量 rated capacity 由供应商宣称的充满电的蓄电池包或系统在一定条件下所能释放的容量单位Ah。技术条件包括放电倍率、温度、放电截止电压等。 3.14 蓄电池电流符号 leading sign of battery current 蓄电池放电电流符号为正充电电流符号为负。 4 符号和缩略语 下列符号和缩略语适用于本文件。 BCU蓄电池控制单元 nC电流倍率等于1小时放电容量的n倍单位A HV高压B级电压大于60V且小于等于1000V的直流系统参照GB/T 18384.3-2001 LV低压A级电压不大于60V的直流系统参照GB/T 18384.3-2001 PSD功率谱密度 RMS均方根 RT室温25±5 SOC荷电状态 效率 maxI最大允许持续放电电流 maxI最大允许脉冲放电电流脉冲时间18s。 5 通用测试条件 5.1 一般条件 5.1.1 除非特殊说明否则测试环境条件为温度2030相对湿度2585大气压力86kPa106kPa环境中进行。 5.1.2 蓄电池包和系统的安全设计应满足GB/T 18384.1和GB/T 18384.3的相关要求。受试装置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接口部件如连接器插头冷却接口等。供应商需要提供蓄电池包或系统的工作限值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受试装置需要完成环境适应过程受试装置在新的试验环境温度下静置12h。受试装置是蓄电池系统则环境适应过程需要关闭电池控制单元。如果在1h内所有测试点的温度变化小于4则环境适应过程的静置时间可以缩短。 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受试装置进行全部或部分试验但是作为受试装置的子系统应该包含和整车要求相关的所有部分如进行机械性能测试所要求的机械或电连接。 GB XXXXX20XX 4 5.1.5 调整SOC至试验目标值n的方法是按供应商提供的充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/100 h。每次SOC调整后新的测试开始前受试装置需要静置30min。 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。静置过程中切断蓄电池包或系统的主接触器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等冷却系统根据供应商的规定或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至条件由供应商提供。充电机制和放电截止条件应前后统一如循环性能测试过程的充电机制和放电截至条件应该和循环寿命等其他试验项目的规定相同。 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 送检的受试装置的数量由用户和供应商之间协商确定如果受试装置的数量多于1个则每个受试装置都需要进行容量和能量测试7.1、功率和内阻测试7.2。 5.1.10 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。 5.2 测试仪器准确度要求 5.2.1 测量装置准确度的要求如下 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±1K 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 测试过程中对充放电装置、温控箱等控制仪器的控制精度要求如下 电压±1 电流±1 温度±2。 5.3 数据记录 除非在某些具体测试项目中另有说明所有测试步骤需要等间隔的采集和记录不低于20次需要记录的数据包括时间、温度、电流和电压等。 5.4 试验准备 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过流保护功能。根据蓄电池包供应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过流保护必要时可以通过断开蓄电池包的主接触器来实现。冷却装置根据供应商的要求工作。 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过流保护。测试平台和BCU之间实现正常通讯测试平台保证测试参数、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GB XXXXX20XX 5 工作。必要时BCU的程序可以由蓄电池系统供应商根据测试规程进行更改。主动过流保护同时也需要由测试平台保证必要时可以通过断开蓄电池系统的主接触器实现。 注1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而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。 注2蓄电池包和蓄电池系统测试中都是由测试平台控制受试装置的充电、静置、放电等过程的具体参数及其切换由测试平台检测电池包和电池系统电流、电压、容量或能量等参数并将这些数据作为检测结果或计算依据。 5.4.3 受试装置的质量和体积 用量具测量受试装置的外形尺寸计算出受试装置的体积单位L。用衡器测量受试装置的质量单位kg。如受试装置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重量也应计算在内。 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以确保测试时蓄电池包和系统的性能处于激活和稳定的状态。预处理循环在室温下进行其步骤如下 a 按照供应商推荐的充电机制充电 b 静置30min c 使用2C放电至供应商规定的放电截至条件 d 静置30min e 重复步骤a至步骤d五次。 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 标准循环在指定的测试步骤进行以确保蓄电池包和系统在测试时处于相同的状态。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放电至供应商规定的放电截至条件 b 静置30min c 标准充电根据蓄电池供应商提供的充电机制充电 注GB/T XXXXX的本部分所提到的“标准循环”的环境温度是室温而单独提到的“标准放电”和“标准充电”的环境温度按具体条款的规定执行。 6.2.2 如果标准循环和一个新的测试之间时间间隔长于24小时则需要重新进行一次标准循环。 7 基本性能 7.1 容量和能量 7.1.1 通用条件 GB XXXXX20XX 6 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 每次充电前受试装置将静置30mi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供应商制定的截至条件下停止。 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。 7.1.2 室温下的容量、能量测试 7.1.2.1 测试在室温下按照表1的测试步骤进行。 7.1.2.2 步骤3的放电容量为蓄电池的实际可用容量。如果实际可用容量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。 7.1.2.3 记录步骤3和5结束时受试装置的各单体电池电压计算单体各电压极差和标准差。 表1 室温下能量和容量 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 1. 环境适应 5.1.3 RT 2. 标准循环 6.2 RT 3. 1C放电 7.1.1.3 RT 4. 标准充电 6.2 C RT 5. 10C放电 7.1.1.3 RT 7.1.3 高温下的能量和容量测试 蓄电池包和系统应测试40环境温度下的能量和容量。试验在环境箱内完成按照表2的测试步骤进行试验。为消除前一试验对受试装置的影响使受试装置达到稳定状态步骤2允许重复一次。 表2 高温下能量和容量 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 1. 环境适应 5.1.3 RT 2. 标准循环 6.2 RT 3. 环境适应 5.1.3 40 4. 1C放电 7.1.1.3 40 7.1.4 低温下的能量和容量测试 蓄电池包和系统应测试0和-20环境温度下的能量和容量。试验在环境箱内完成按照表3的测试步骤进行试验。为消除前一试验对受试装置的影响使受试装置达到稳定状态步骤2和6各允许重复一次。 表3 低温下能量和容量 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 1. 环境适应 5.1.3 RT 2. 标准循环 6.2 RT 3. 环境适应 5.1.3 0 4. 1C放电 7.1.1.3 0 GB XXXXX20XX 7 5. 环境适应 5.1.3 RT 6. 标准循环 6.2 RT 7. 环境适应 5.1.3 -20 8. 1C放电 7.1.1.3 -20 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给定的时间测量受试装置的端电压按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由放电脉冲、充电脉冲及静置过程组成工况如表4和图1所示测试过程中需要记录的数据如表5和图2所示。 7.2.2.2 充放电脉冲过程的电流保持为恒流其中放电电流为受试装置的最大允许脉冲放电电流maxI。不同环境温度和SOC下maxI可以不同maxI由供应商提供。充电过程的电流大小为0.75maxI。除非测试平台有超过400A的测试能力且具备安全保护措施否则maxI不宜超过400A。 7.2.2.3 如果进行某温度和SOC下的功率和内阻测试过程中时受试装置电压达到供应商指定的放电电压限值则停止放电应适当降低maxI后重新进行该温度和SOC下的功率和内阻测试包括必要的试验准备和温度适应等。 表4 功率和内阻测试工况 步骤时间 时间增加量 s 累计时间 s 电流 A 0 0 0 18 18 maxI 40 58 0 10 68 -0.75maxI 40 108 0 GB XXXXX20XX 8 图1 脉冲功率特性曲线-电流 示例 图2 脉冲功率特性曲线-电压 示例 表5 需要测试的电压和电流 时间 S 电压 V 电流 A 对应电流值 A 0 U0 I0 0 0.1 U1 I1 Imax 2 U2 I2 Imax 10 U3 I3 Imax 18 U4 I4 Imax 58 U5 I5 0 58.1 U6 I6 -0.75Imax 60 U7 I7 -0.75Imax 68 U8 I8 -0.75Imax 108 U9 I9 0 GB XXXXX20XX 9 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1-5计算 .