新旧版电动汽车用动力蓄电池安全要求标准剖析_胡凯.pdf

170环境技术/Environmental Technology标准应用与解读tandard Application&InterpretationS摘要：新能源汽车快速取代传统燃油汽车的趋势日益明显。动力电池是新能源汽车中关键的其中一部分，其续航能力、容量、安全性能等受到整车厂、消费者乃至政府相关部门的高度关注。本文就目前最新的标准 GB 38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求1与被取代的国标 GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第 3 部分：安全性要求与测试方法2、GB/T 31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法3进行详细剖析，旨在为试验人员能够更清晰地理解新旧版本之间对试验要求的差异，以便更快速准确地掌握试验的关键要素。关键词：汽车；电池单体；电池包或系统；安全试验；差异；剖析中图分类号：TM912.9 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2023)02-0170-06新旧版电动汽车用动力蓄电池安全要求标准剖析Analysis of Safety Requirements of Power Batteries for New and Old Versions of Electric Vehicles胡凯（威凯检测技术有限公司，广州 510663）HU Kai(Vkan Certification and Testing Co.,Ltd.,Guangzhou 510663)A b s t r a c t：The trend of new energy vehicles rapidly replacing traditional fuel vehicles is becoming increasingly obvious.Power battery is one of the key parts of new energy vehicles.Its endurance capacity,capacity and safety performance are highly concerned by vehicle manufacturers,consumers and even relevant government departments.In this paper,the current latest standard GB 38031-2020 power battery safety requirements for electric vehicles and replaced GB/T 31467.3-2015 lithium-ion power battery packs and systems for electric vehicles Part 3:Safety requirements and test methods,GB/T 31485-2015 Power battery safety requirements and test methods for electric vehicles for detailed analysis,aimed at testers can more clearly understand the differences between the new and old versions of the test requirements,in order to more quickly and accurately grasp the key elements of the test.K e y w o r d s：car;battery cell;battery pack or system;safety test;difference;analysis引言新能源汽车产业的不断发展，动力电池包作为新能源汽车的核心部件之一，让人触目惊心的自燃、爆炸等安全问题也日益突出。为此，工业和信息化部组织制定的 G B 3 8 0 3 1-2 0 2 0 电动汽车用动力蓄电池安全要求于 2 0 2 1 年 1 月 1 日起开始实施并代替 G B/T 3 1 4 6 7.3-2 0 1 5 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第 3 部分：安全性要求与测试方法和 G B/T 3 1 4 8 5-2 0 1 5 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法。新国标在优化电池单体、模组安全要求的同时，重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求。本文结合新旧版电动汽车用动力蓄电池安全要求标准剖析进行详细的差异化对比。希望通过对新旧标准之间的比较和剖析，提高试验人员对新版标准的理解。1新国标 G B 3 8 0 3 1-2 0 2 0与 G B/T 3 1 4 6 7.3-2 0 1 5、G B/T 3 1 4 8 5-2 0 1 5的差异概述动力电池包是能力存储装置，典型的动力电池包都1712023 年 2 月/February 2023tandard Application&InterpretationS标准应用与解读一般包括电池单体（模组）、外壳保护部件、高压电路、过流保护装置及其它外部系统的接口（如冷却液、高压、辅助低压和通信等），如图 1 所示。根据电池包的结构，新国标 G B 3 8 0 3 1 相对于 G B/T 3 1 4 6 7.3 和 G B/T 3 1 4 8 5 进行了 1 6 个条款修改、7 个条款删除和增加 2 个条款，如表 1 所示。从标准整体看，新标准根据现实中电池包的模组形式的不一致且没有强关联性所以相继删除模组测试，根据试验考核主要目的是使用过程中的安全问题也删除了跌落试验、针刺、海水浸泡、低气压和安装在悬试验对象修改条款删除条款增加条款电池单体过放电的安全要求过充电的试验方法挤压的试验方法跌落的安全要求和试验方法针刺的安全要求和试验方法海水浸泡的安全要求和试验方法低气压的安全要求和试验方法电池包或系统振动的安全要求和试验方法机械冲击的试验方法模拟碰撞的试验方法挤压的试验方法浸水的安全要求和试验方法外部火烧的安全要求和试验方法温度冲击的试验方法盐雾的安全要求和试验方法高海拔的安全要求和试验方法过温保护的安全要求和试验方法外部短路保护的试验方法过充电保护的试验方法过放电保护的试验方法电池模块的安全要求和试验方法电池包或系统电子装置振动的安全要求和试验方法电池包或系统跌落的安全要求和试验方法电池包或系统翻转的安全要求和试验方法热扩散的安全要求和试验方法过流保护的安全要求和试验方法图 1 典型的动力电池结构表 1 新旧标准之间的差异条款概述架之上的部件振动试验。但是根据近年来的众多纯电动汽车自燃起火甚至爆炸问题，标准从安全角度更是增加了热扩散和电池系统过流保护试验，目的是希望能够更加全面地把握电池包或系统在实际使用中，例如电池包在发生碰撞、快充快放、过充过放等的高风险实际使用场景。2电池单体安全试验差异剖析2.1电池单体的环境安全要求G B 3 8 0 3 1 将加热和温度循环试验归纳到电池单体的试验前准备，也侧面表明了标准对电池单在极端温度影响下的内部材料的稳定性，试验方法依旧与标准G B/T 3 1 4 8 5-2 0 1 5 的要求一致。2.2电池单体的电气安全要求G B 3 8 0 3 1仍然沿用 G B/T 3 1 4 8 5-2 0 1 5的试验方法，要求对其分别进行过放电、过充电和外部短路试验，目的是模拟电池在实际工况中对单体造成的内部结构破坏、内部短路的安全性能。但对于过放电试验，G B 3 8 0 3 1-2 0 2 0 的要求是不起火、不爆炸。而对于过充电试验，G B 3 8 0 3 1-2 0 2 0 要求对电池单体进行 1/3 I1充电，达到正常充电电压的 1.1 倍或 1 1 5%S O C即可。原因是172环境技术/Environmental Technology标准应用与解读tandard Application&InterpretationSI S O 6 4 6 9-1 4 中明确了系统层级的过充保护截止条件未1 1 0%S O C，因此对于电池单体满足 1 1 0%S O C过充亦可认为同样满足配合系统 1 1 0%S O C过充保护策略的安全要求。2.3电池单体的机械安全要求根据模拟仿真，电池包在收到 1 0 0 k N的外部挤压力时，有外壳保护的内部单体所受到的压力均小于1 0 0 k N。因此，新国标 G B 3 8 0 3 1 仅保留了唯一的一项机械试验-挤压，对于在整车布局上最容易受到挤压方向的电池单体实施不大于 2 m m/s 的加压速度，用于考核被模拟的电池单体在静态或准稳态下受到挤压后的结构安全。挤压方向、挤压速度、挤压程度都比 G B/T 3 1 4 8 5-试验类别修改参数GB 38031-2020GB/T 31467.3-2015湿热循环试验条件60 或制造商要求的更高温度80 浸水试验对象振动试验后的样品无要求试验方法方法一：置于 3.5%的 NaCl 溶液中，水深以淹没样品为止，观察 2 h方法二：按照 GB/T 4208-2017 种的 IPX7 等级进行防水试验置于 3.5%的 NaCl 溶液中 2 h水深以淹没样品为止，观察 2 h安全要求方法一：应不起火、不爆炸方法二：满足 IPX7 要求且无泄漏、外壳破裂、起火或爆炸现象，绝缘电阻大于 100/V无着火或爆炸现象外部火烧试验环境0 意思，风速不大于 2.5 km/h（255），未明确风速试验对象对电池包或系统起到保护作用的车身结构也可参与火烧试验蓄电池包或系统耐火隔板耐火隔板有成分、规格要求无要求安全要求删除“若有火苗，应该在火源已开后 2 min 内熄灭”，保留“不爆炸”规范性试验对象应居中放置，并对镍氢电池包或系统豁免盐雾试验条件（352）下喷雾 8 h 后，静置 16 h，为一个循环周期，一个循环的第（45）h 之间低压上电监控（(1535)下 喷 雾 2h+高 温 高 湿 下 存 储(2022)h）*4 次+室温 72 h 为一个循环周期试验周期6 天28 天安全要求新增绝缘电阻大于 100/V无泄漏、外壳破裂、起火、爆炸其他要求对于完全放置在乘客舱、行李舱或货仓的试验对象可不进行温度冲击试验条件（-402）602），或制造商要求的更严苛试验温度（-402）（852）低气压试验放电条件低气压搁置 5 h 后，在低气压下试验对象按制造商规定且不小于 1I3的电流放电至截止条件未明确放电环境条件，电流IC（不超过400 A）放电至截止条件安全要求将“无放电电流锐变、电压异常”修改为“有制造商提供的不触发异常终止条件”无放电电流锐变、电压异常，无泄漏、外壳破裂、起火、爆炸过温保护测试温度（2010）或更高温度开始逐渐升高测试对象最高工作温度测试电流电流在制造商规定的正常工作范围内，但尽可能快地升高电池温度测试对象允许的最大持续放电电流SOC 要求调整 SOC 至正常工作范围内的中间部分无要求结束条件限制试验对象自动终止或限制充电放电试验对象发出终止或限制充电放电信号温度变化在 2 h 内小于 4 超过最高工作温度 10 在 1h 内最高温度变化值小于 4 出现其他意外情况2 0 1 5 有了较大的降低。3电池包或系统安全试验差异剖析3.1电池包或系统的环境安全要求G B 3 8 0 3 1 分别对湿热循环、浸水、外部火烧、盐雾、温度冲击、低气压试验、外部火烧试验的试验方法和安全要求进行了修改，如表 2 所示。其中，外部火烧、湿热循环和温度冲击、低气压试验目的为了考核试验电池包或系统在极端恶劣环境条件下、温湿度和气压叠加应力作用下的安全性能；浸水试验沿用振动试验后的样品，更加贴近试验对象的实际使用环境，能够模拟电池包或系统在颠簸路况、车辆涉水的场景。盐雾试验目的为了表 2 电池包或系统的环境安全参数差异1732023 年 2 月/February 20