“目前国家正在制订的电池单体及系统的标准,将GB/T31467.3和GB/T31485合二为一,标准正在制订中,将增加热失控扩展试验项目,新标准实施后,所有车型均要进行热失控扩展试验。”7月27日,在由重庆车辆检测研究院有限公司、电动汽车资源网联合主办的“2017中国新能源汽车测试评价技术发展高峰论坛”上,重庆车辆检测研究院有限公司国家客车质量监督检验中心新能源汽车中心主任凌泽透露。
国家客车质量监督检验中心新能源汽车研究中心主任 凌泽
车载能源系统和电动车的安全密切相关,是电动汽车里面最关键的部分。此次高峰论坛,凌泽从国家有关标准及有关规定对车载能源系统的要求、检测过程或实际使用过程中发生的问题两个方面与会者分享了他的经验和看法。
一、车载能源系统要求
为规范和促进新能源汽车产业健康发展,工信部(工信部令第39号)发布了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》,已于7月1日正式实施,同时(工产业〔2009〕第44号)废止。新《规定》正式实施后,对新能源汽车的生产和准入审核方面更加严格。
1.电动汽车准入的要求(整车企业)
首先,生产整车企业目前都需要必备的检测设备。充放电测试系统方面,电压、电流、充电倍率等满足上限要求,与CAN总线通讯功能。环境测试系统方面,(1)高低温试验系统:内部空间、温度、升降温速率、均匀性、稳定性都必须满足;(2)振动试验系统:三综合振动试验系统(温度、湿度),要求激振力和安装、闭环控制、振动曲线;(3)盐雾试验系统:内部空间、底部承载质量;(4)此外,绝缘耐压、绝缘电阻等方面的测试仪。
目前,中国对于车辆能源系统标准主要是GB/T 31467,分为三部分:GB/T 31467.1-2015《电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第1部分:高功率应用测试规程 》,GB/T 31467.2-2015《电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第2部分:高能量应用测试规程》,GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第3部分:安全性要求与测试方法 》。
第一部分和第二部是电性能方面的要求,安全要求在第三部分。7月1日后,GB/T 31467.3正式实施,如果在进入工信部公告的产品不满足GB/T 31467.3电池包检测要求报告,补齐后同样可投入使用。
2.车载能源系统的安全性要求(GB/T31467.3)
机械方面,主要是考核电池包的内部结构的合理性、可靠性,箱体的结构强度的合理性,箱体与车连接部分的强度。
振动方面,从7月1日起,振动时间从63小时改为9小时;振动频率减少、强度增加了。无电压锐变、泄漏、破裂,着火、爆炸,连接可靠、结构完好、无松动;机械冲击:无泄漏、破裂、着火、爆炸;跌落:无泄漏、着火、爆炸;翻转:无泄漏、破裂、着火、爆炸,连接可靠、结构完好;模拟碰撞:无泄漏、破裂、着火、爆炸;挤压:从7月1日起,挤压力从20t改为10t;不起火、爆炸。
环境方面,主要是考核系统的防火、防水性能,电池及连接器等的性能。
温度冲击方面,要求无泄漏、破裂、着火、爆炸;湿热循环:无泄漏、破裂、着火、爆炸;海水浸泡:无着火、爆炸;外部火烧:无爆炸,若有火苗移开后2分内熄灭;盐雾:无泄漏、破裂、着火、爆炸;高海拔:无电流锐变、电压异常、泄漏、破裂,着火、爆炸。
电性能方面,主要是考核管理系统的保护功能(BMS)。
过温保护方面,要求无喷气、破裂,着火、爆炸;短路保护:无泄漏、破裂、着火、爆炸;过充电保护:无破裂、着火、爆炸;过放电保护:无破裂、着火、爆炸。
GB/T31467.3目前无视同条件。
3.推荐目录
要进入新能源汽车推荐目录,单体及模块和系统除必须满足QC/T 741-2015、GB/T 31484-2015、GB/T 31485-2015、GB/T 18333.2-2015和GB/T3467.3的要求外,还必须满足能量密度或充电倍率等要求。
电动客车方面,有《电动客车技术条件》,主要增加了电池包热失控和热失控扩展,以及IP67等要求,目前除客车外,其它的车型没有此要求。“IP67是一个很重要的项目,对电池包至关重要。”凌泽表示。
4.电池目录
此前有《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录,目前已发布4批,现已暂停,目前在修订并征求意见中。凌泽透露,目前电池目录可能交联盟进行管理,工信部可能不再发布电池目录。
二、存在的问题
1.一致性方面(电芯)
动力电池单体(电芯)的一致性直接影响电池成组(或成包)的电性能和可靠性能,单体电池串、并联组成电池包后,在充电情况下可能会造成系统中局部电芯或模块出现过充的情况,电动车在正常使用情况下可能会造成系统中局部电芯或模块出现过放情况;除影响电源系统的可靠性能外,还可能造成安全隐患。
电池管理系统(BMS)方面,从原标准的定义来看是一个监视系统,只监视系统中的电压或电流、温度等参数;GB/T31467.3增加了过充、过放、过温和短路四个保护功能。目前的主要问题是可靠性问题和整车控制器的协调问题。
2.安全性方面
单体和模块是系统的根本,是否安全与系统安全密不可分。从检测项目上看,出现问题较多的是过充、短路、挤压;特别是电池模块。从材料上看,钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、复合锂、三元材料(镍钴锰NCM、镍钴铝NCA)的安全性是递减的。从生产工艺上看(相同容量下),软包、方形、圆柱,安全性是递减的。从容量上看(外形尺寸),容量越大,安全性就差。
电池包方面,振动在未改之前是通过率较低的项目之一,主要出现的问题有连接片断裂、电解液漏液、软包极片断裂等,改后通过率大幅提高。挤压也是通过率不高的项目之一,主要是问题中起火燃烧,从车型上分,客车的通过率较高,轿车和物流车通过率低一些;从箱体来看,出问题的主要是长度方向。海水浸泡通过率高,出现的问题是起火燃烧,一般情况下试验过程出问题的可能不大,但试验后几天内出问题的可能较大,主要是物流车。火烧方面,如果箱体内部进行了隔热和阻燃处理,出现问题的概率不大。模拟碰撞出现的问题主要是有电电解液喷出的现象。
3.系统方面
系统方面主要问题有二个,一是BMS与电池包的通讯问题,二是所配的BMS的保护功能不起作用或没有保护功能。热管理系统是中国在四年前提出的概念,目前国内有热管理系统的电动汽车还相对较少。热管理系统简单来说,就是温度高时给电池降温,温度低时给电池升温。凌泽认为,热管理系统可以提高电池包和系统的可靠性、适应性和安全性。
4.补贴方面
3月以前,工信部没有对检测方法做强制的、统一的规定,统一规定之后,必须带有高压箱和连接线。厂家可选择能量密度测试方式,由于系统密度高一些,凌泽建议使用系统测试。如果用单包测并联的方式,容量是相同的,以单包代系统,要以最小的代系统。要求是总容量正负5%,质量也是正负5%。
5.电动客车
电动客车方面主要增加了电池包热失控和热失控扩展,以及IP67的要求。热失控方面,最小控制单元,方形电池磷酸铁锂电池容易通过,三元材料或多元复合锂、锰酸锂、圆柱电池不易通过。热失控扩展方面,主要通过加热、过充、针刺三种方式进行测试,钛酸锂不易通过(针刺方式)。
凌泽最后透露,目前国家正在制订的电池单体及系统的标准,将GB/T31467.3和GB/T31485合二为一,标准正在制订中,将增加热失控扩展试验项目,新标准实施后,所有车型均要进行热失控扩展试验。如果将热失控扩展试验覆盖至所有的新能源车型,三元材料电池通过将会比较困难。