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电池现有标准体系及安全性测试评价
- 2018-03-02 -
第一部分内容,电池的标准、法规的要求,这部分内容分六个部分介绍,第一是概述,第二是基本的性能要求是什么样的,第三是耐久可靠性的要求,第四是安全性,第五是关于BMS的要求,第六是现有的一些正在报批中的标准和正在制定当中的标准和这样的计划。
电池现有的标准体系,在制定整个电池标准的时候,是按照这样的几个方面的性能来这样分类的,第一是电性能,第二是寿命,第三是安全性,第四是互换性,第五是回收利用,第六是一些关键的附件。
对于484、485、486这三个单体的标准,目前跟整车的公告还有先进乘用车的准入要求也好,相应的条件里面都要求测这三项单体的标准。只是里面有一条,对于单体和模块的测试目前是暂不执行。467.1、467.2的单体的性能,目前只有乘用车的准入标准里面有要求测试。对于467.3,因为现在正处于一个转折点的阶段,467.3在7月1号之前,车上公告是不需要测的,但是上推荐目录是需要3167.3这个公告的,但是7月1号再要上公告,这个也成为一个强制的测试了。但是里面会有两项测试有一些特殊的要求,就是振动和挤压,振动和挤压前几天刚刚发布了一个修改单,振动和挤压7月1号开始,会按照修改单的内容来执行。
对于客车来说,在上公告的时候要附加客车的安全条件必须同时提交,还有能量密度、功率密度和燃料电池的汽车的功率的测试,如果在上推荐目录拿补贴的时候是要进行测试的。对于31467.1、31467.2只是乘用车准入的时候需要测试,功率型的电池要多测一个高低温的启动功率,这就是两者的区别。
这是关于能量密度的测试、功率密度以及输出功率的测试。去年4月份的时候在百人会的研讨会中国汽车技术研究中心首席专家王芳做了一个汇报,当时三元的能量密度从单体到系统是50%到55%之间,最高应该没有到60%。
今年4月份王芳统计了在测的电池的水平。对于系统来说,它的能量密度看右边的这样一个表格可能会更清晰一点,能量密度在90到115瓦时每公斤占比达到41%,另外一个占的比较多的比例是115%到130%这样的一个范围内。所以相对来说低于90瓦时每公斤的电池已经很少了。
31484在这个里面,要求我们目前只是对单体循环测试。在行业专家和政府的有关的领导的意思里面,是希望大家进行工况寿命的测试的,因为它跟我们的电动汽车的实际的运用是密切相关的。其实在有条件的情况下,也希望整车和电池的企业多做这样的工况的性能的评价,多积累这样的数据,也对相关测试机构后期将来再做这样的寿命评价标准的时候,能够有一定的数据积累的支撑的作用。
31467.3,目前有16项,包括机械的、电的、环境的三大类,这是我们4月份的时候的一个统计数据,当时在测的600多个电池包的样本,机械安全类的通过率相对来说比较低一些,通过率最高的是电安全保护的过充、过放、短路的保护功能。机械安全类的通过率过低也是我们提交修改单的重要的原因,机械的测试有这样的三项,包括振动和机械冲击主要是我们日常在路上的行驶过程当中对电池包的可靠性的基本的要求,而挤压和模拟碰撞则是路上发生这种碰撞事故的时候,电池受到的这种静态挤压和动态的加速度的可靠性和安全性,而电路和翻转则是极端的安全性事故了。
它的失效模式有几大类,第一大类是电池外壳发生破裂,影响它的整体的密封性。第二大类是各个部件的断裂,包括外面支架的断裂,包括上下壳体的连接的断裂,也包括箱体内部模组之间的断裂和高压线的连接的断裂,以及管理系统内部的连接的松动,还有就是冷却系统的断裂。这些断裂带来这样的振动的事项。第三大类是内部的高压性的连接性的绝缘层的破坏带来的短路。第四大类是电池内部的电压和温度等等的这样一些传感器的连接的松动导致采集的变形。第五大类是管理系统内部元器件的破坏,造成功能的损坏。
总结起来主要的项目是这样的,但是实际上在测试过程中也发现它的振动的路谱确实比路上实际行驶过程中电池的振动强度高得多,这也是为什么当提出来了这个标准1号修改单,修改单里面把振动是按照现今国际上对于振动的一些要求,依据国内外的这样的状况,先定下来的是一个振弦的振动,但实际上它是不完善的办法,也不是特别合理的办法。只是现在还没有更多的数据去支撑,能够得到一个更合适的振动的路谱,因为原来的这个路谱其实是比较合理的,是一个随机的振动,是更契合实际的,现在的修改单是三个小时的振动,不太合理,目前按照这个执行,新的标准也在紧锣密鼓的制定当中。
修改单里还有一项内容是对挤压的修改,从200千牛变成100千牛的挤压力。
对于环境更多容易出问题的是火烧和延误。火烧,有两个因素,一个是IP等级比较低带来的失效,比如说插电式混合动力车,它的电池包就是IP55这样的设计,电池特别是风冷的风道设计,在做火烧设计的时候,火很容易进入电池内部发生起火,另外对于IP67纯电动汽车更多的是上下盖密封胶的阻燃性带来的起火。
过充过放更多的是与MSD和其它的设计环节带来的失效。目前QCD897就是电池管理系统,里面有一些基本的诊断的项目和故障诊断功能的扩展项目的要求。在这个基础上,新的国标也在制定当中,。
关于客车的安全条件,对于客车来说,在上公告的时候,除了满足之前的这种普遍性的要求以外还需要完成电池单元的热失控的实验和热扩展的实验,热扩展的测试方法它也成为EPSGER的测试实验,目前正在进行当中。
第六方面现在正在报批或者制定当中的标准,一个是规格尺寸和编码的制度,这两个标准正在报批当中。第二个是比较重要的是电池GB的强标,这个电池的强标是依据31485和31467.3单体和系统的标准,做一个融合,最终形成一个对于电池的强势性标准,也就意味着它出来以后是一定会强制执行的。
电池的回收利用的标准,有四项标准,包括拆卸、包装运输、梯次利用和材料回收这几个标准也都在制定当中。
第二大块,是关于电池的安全性的测试评价,分为三个方面,一个是安全性分级,一个是全生命周期的概念,另外一个是电化学耦合的评价。
电池有那么多的标准,对于单体模块系统来说,是完成这个标准以后,但其实完成了这个标准也不是意味着电池绝对安全,它是一个能量的载体,它是一个相对安全的能量载体。要制造的它会发生很多的热机械和电的耐用而导致失效。
重点关注两方面的内容,第一是电池的安全是相对的,所以一定要对各种的测试的项目,对它有一个分级的概念,也就是说你在做电池系统的设计的时候,一定要知道电池是处于安全的什么样的一个区域,它的哪些项目是有它的薄弱点的,这样的话系统在设计的时候,在这个薄弱点也要多加一些系统层面的保护,才能保证整个系统是一个良好的能够避免到他的一些缺点的一个系统。
第二个方面的概念,电池本身的这种热特性。电池在充放电的过程中有很多的正常反应和极化反应,也会产生很多的热,电池本身的这种热的产生的机理和方式,它的从一个电池传到另一个电池的传热的模式,在系统设计的时候,能够更好地利用整个系统集成的理念,把电芯变成一个非常非常合格的好的系统。
电池安全应从材料源头出发,把材料的这种安全性机理的分析,到电池的安全行为的研究,再到电池模块和系统整个安全的管理和控制,能够形成一个闭环的安全设计理念,从测试分析的角度来出发,把整个系统做好。
总之一个是热的方面、安全的方面,另外是它的本能的性能衰减方面,两个方面都能从材料、电芯到系统形成闭环的评价体系。