中汽中心王芳：动力电池系统测试评价标准与评估体系

　　动力电池系统测试评价技术会场，中国汽车技术研究中心试验研究所新能源试验室主任王芳发表题为《动力电池系统测试评价标准与评估体系》的演讲实录。

 

　　王芳：

 

　　各位专家，各位同行，大家上午好。之前我的报告出题是动力电池系统的标准和测试评价相关的一些东西，昨天晚上我考虑了一下，我还是把单体一些东西稍微放在里面简单介绍一下，因为系统跟单体是分不开的，最近有很多的一些相关政策事情把电池一些标准、系统一些标准，也是大家关心关注的东西，我就一并简单给提一下。我的报告分成三个部分，第一是标准，第二是测试评价，第三是简单的小节。

 

　　国家标准这块分为两大部分，一块是单体模块，还有一块是系统。简单提一下电池国家标准情况，现有的国家和行业标准跟电动汽车用的电池相关的大概有15项，其中7项是电动汽车上公告所需要强制检测论证相关的一些标准，也是各个企业想要进入规范管理的目录需要测试的一些相关标准。31484—2015是循环的，484、485、486这三个标准是联动起来使用的，要一起使用，这三个标准里面对于寿命来说，目前只要测标准循环，工况循环也需要测试，建议企业必须先自测。测试的对象是单体或者模块。486是性能的，里面主要测试对象是模块，大概需要十组模块需要测试。485因为涉及到安全标准，把它跟系统放在一起。31467.1—2015里面有高低温功率启动测试，31467.2—2015没有。安全性标准，31485—2015，3146.3，从机械电和热这几个方面来考核，当发生短路、内部外部短路，产生大量热量，或者最终导致热失控情况发生的时候，电池会是什么样的状态，我们希望它能够保持是什么样的状态。484、485、486这三个标准需要同时送样，单体是24 4，模块大概是22 2的数量。

 

　　因为现在测试系统很多，.1、.2基本送到3到5个样品就可以，因为自己的选择，.3有16项，根据我们的经验，如果达到IP6、7，5到6个样品可以完全测试，我建议企业做.1、.2、.3项目，建议送5 6的组合，就是5个做.2，6个做.3，我们可以同时开展相应的实验。

 

　　第二部分测试评价，其实测试评价这块，我是想把测试的过程中发现的一些问题跟大家说一下。这块主要分两部分，一个是性能，一个是安全。电池的评价主要是几个部分，一个电池本身，电池性能和安全性，加上BMS的管理，再加上电池外壳的特性，外壳主要是安全、防护、机械、阻燃以及防腐蚀等特性。最后组成电池系统后，我们对系统的评价就会涵盖这几个方面，我觉得从评价来说不外乎分为三个方面，一个是基本性能，一个是循环性能，一个是安全性能。现在看看电池系统的性能很多程度上从电芯一致性体现出来，循环特性大家肯定很关注可靠性，电池耐久特性，这是毋庸置疑的。第三个安全性这块，刚才已经提到了，从电芯本身的热、电安全特性，再加上系统BMS的保护，在不同层级有不同的要求。

 

　　这是我自己实验室做电池系统评价的流程，中间的是正式的测试项目，无论测哪个项目之前就要进行外观的检查、安全的检查等，对BMS功能进行检验，包括DBC文件协调，再调整试验状态来做我们的试验。试验之后，我们还必须进行检查，试验结果的判断和及时试验样品的处理，这些都是非常重要的，在座有在各公司负责电池测试论证的，因为系统是高压的系统，安全问题也有很多，也是值得大家非常关心的，做测试真的是无小事。电池系统测试的时候，这是我们同事画的一张图，不一定都全部集成在电池系统里，在这种情况下，我们需要这样的一些原件去配合，跟测试设备形成良好的互动，这样才能更好的测试出电池系统本身所能发挥出来的一些性能。这块如果说是调配不好的话，其实电池的一些特性也不能很好的表现出来。在测试性能这块，简单的把我们关心和发现的一些问题跟大家简单提一下，一个是一致性，一致性非常重要，不单跟性能相关，跟安全性也非常相关，跟其他的各方面都有关系。这是我们做HPPC测试的时候，特意去关心了一下当电池一致性差异会给电池的功率特性、内阻特性带来很大的变化，也做了在不同快充快放之后再看电池能量效率，电芯一致性有很多影响。不同体系的电池有不同的特点，系统在不同温度下，在不同倍率的时候，所测试出来能量效率表现特征不一样，另外我们也发现SOC不同状态在每一种电池内部对能量效率发挥到不是那么的大，相比较而言温度是能量效率发挥最大的影响因素。刚才讲的是能量效率，还有大家比较关注的功率特性，我做的是单体功率特性，系统也做了，我们发现系统做的时候功率特性跟内阻一些变化，包括内阻受温度影响的一些变化还是非常大的。我还是想从单体角度去说说，因为我们对单体功率特性也做了很多的评估。因为整车控制策略，我最后还会提到SOP的概念，功率状态。功率状态，相当于电池充电功率和放电功率特性是什么，很大程度就决定了整车控制策略是什么样，可用SOC范围能够设置多少，最大电流预值在什么范围，这是我们做单体评价比较重要的一方面。

 

　　后面主要是提一下安全，汇总了几款典型电池系统，单体比能量和系统比能量的差异，简单把比能量闭环做了罗列，三元电池成组率高一些，这43款自然冷却有25款，占58%，液冷有5款，其他是风冷。其他项目是我们做性能测试，包括做其他一些企业委托试验时，我觉得是非常重要也是非常有意思的试验。

 

　　我们统计了229个电池包样本，可能会有同款同样的类型，发现就国标测试来说，前面16项测试来说，里面问题最大的是什么？根据我们的经验，目前来看各种电池包在做系统测试的时候，最容易出现问题主要有三项，一个是振动，一个是挤压，一个是外部火烧，这三项出现的不合格率程度会稍微高一些。

 

　　机械这块，有6大项测试，挤压、振动、翻转测试、模拟碰撞、机械冲击、跌落，外壳破裂，内部支架损失，接插件松动，高低压温度磨损，最严重短路的发生。我们把电池外壳打开以后，里面的模组连接的螺栓已经松动甚至脱落下来，机械冲击最大的问题，我给大家展示的图是机械冲击加速度已经超过了标准规定值，达到了50个G以上的值，做这个试验的时候主要发现安装点因为引力集中而损坏。挤压，起火有两方面，一个是空间结构设计缺陷造成的，因为高压系统的设计里种种因素，很多抗不住200迁流，还有空间排布不合理。环境试验这块，相对来说比较简单一些，包括湿热、温度冲击、高海拔，基本没有出太多的问题。出问题主要是在火烧、炎热这块。海水浸泡简单说一下，盐水能够迅速进入单体，可以迅速产生反应。这是电池包放在水里几天，还可以正常运行的试验，还不完全是IP67的试验，因为要求浸泡在水里1米深的高度。还有盐雾、湿热、火烧一些实验。保护功能，在标准里只有4项保护标准，充电安全大家是非常关心的，充电跟很多因素相关，包括充电设施这块的充电监测中心，充电设备，充电机也包括车量监控，电动汽车本身BMS要求，同时中间充电接口以及通讯协议也是非常重要的，每一个环节都是环环相扣，每一个环节出现问题都会出现导致很严重的事故发生。这是我们做的过充实验，电池完全烧毁，对于电池系统本身来说应该本身具有抗过充的能力，同时电池系统BMS一定要有过充电保护设计。国标正在制定电池管理系统的相关标准，下周三会在深圳开研讨会。

 

　　最后想提一下刚才说到的除了16项安全测试以外的几个项目，我们在实际测试过程中发现特意的留意了一下，一个风冷电池管理系统，当做一个风冷设计的时候，发现有一个电池包如果在没开起风冷的时候，温升比较高，但是内部温度比较均匀，开起风冷之后有一定的温差，当你不了解电池热特性和热扩散途径的话，不正确的附加风冷系统反而导致电池温差，电池不一致性加剧，很快让电池系统失效，这也是我比较担心的，觉得大家应该关心的一个方面。第二个是两款电池，一个风冷，一个热冷，把冷却系统都关闭了，处于自然的状态，只是两家设计方式不一样，两款电池温差、温升速度都不一样，这是我测试的两款产品，左边的图是大家非常主要的，国内有很多款电池有这样的特性，温升在10度左右做这个实验的时候，温差在5度左右，看到比较好的设计没有看到散热装置起作用，温差在2度，温升在5度，可以评估下两款的差异。这是刚才我最初提到SOP的概念，电池管理系统整个电池系统设计来说应该根据电池电压、温度和所使用的环境，来制定电池充放电功率，把信息反馈给整车，让电池用在比较舒适绿色区域里，可能会比较好一些。电动汽车的安全怎样弄，电池是电化元载体，电池在充上电的时候发生各种反应，有这么多反应，因为外界的影响有很多不确定因素存在，安全性怎么办？我们必须了解电池的基本安全是在哪个等级，因为国标要求不起火不爆炸就可以，上面有很多等级，比如第二个和第一个都是属于OK，但是表现不一样，安全风险也不一样，起火整个电动汽车发生事故的概率也是不一样的，在这种情况下，我们觉得必须在了解电芯基本情况下，了解绿色区域是什么，不能触碰的红点在哪里，然后附加电池管理系统的设计，最终加上系统的保护。一个电芯发生失控的时候，系统发生热失控速度都能减缓下来，不是要求电池最终不热失控，只是在发生安全事故之前，车上的人能够有足够逃生时间，这是我们要求的安全理念。我们希望能够尽量挑选高品质的产品，满足安全性能，充分电池性能，高水平的BMS管理。