動(dòng)力電池系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)會(huì)場(chǎng)，中國(guó)汽車技術(shù)研究中心試驗(yàn)研究所新能源試驗(yàn)室主任王芳發(fā)表題為《動(dòng)力電池系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)估體系》的演講實(shí)錄。

 

　　王芳：

 

　　各位專家，各位同行，大家上午好。之前我的報(bào)告出題是動(dòng)力電池系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試評(píng)價(jià)相關(guān)的一些東西，昨天晚上我考慮了一下，我還是把單體一些東西稍微放在里面簡(jiǎn)單介紹一下，因?yàn)橄到y(tǒng)跟單體是分不開的，最近有很多的一些相關(guān)政策事情把電池一些標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)一些標(biāo)準(zhǔn)，也是大家關(guān)心關(guān)注的東西，我就一并簡(jiǎn)單給提一下。我的報(bào)告分成三個(gè)部分，第一是標(biāo)準(zhǔn)，第二是測(cè)試評(píng)價(jià)，第三是簡(jiǎn)單的小節(jié)。

 

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)這塊分為兩大部分，一塊是單體模塊，還有一塊是系統(tǒng)。簡(jiǎn)單提一下電池國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)情況，現(xiàn)有的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)跟電動(dòng)汽車用的電池相關(guān)的大概有15項(xiàng)，其中7項(xiàng)是電動(dòng)汽車上公告所需要強(qiáng)制檢測(cè)論證相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)，也是各個(gè)企業(yè)想要進(jìn)入規(guī)范管理的目錄需要測(cè)試的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。31484—2015是循環(huán)的，484、485、486這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是聯(lián)動(dòng)起來(lái)使用的，要一起使用，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里面對(duì)于壽命來(lái)說，目前只要測(cè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，工況循環(huán)也需要測(cè)試，建議企業(yè)必須先自測(cè)。測(cè)試的對(duì)象是單體或者模塊。486是性能的，里面主要測(cè)試對(duì)象是模塊，大概需要十組模塊需要測(cè)試。485因?yàn)樯婕暗桨踩珮?biāo)準(zhǔn)，把它跟系統(tǒng)放在一起。31467.1—2015里面有高低溫功率啟動(dòng)測(cè)試，31467.2—2015沒有。安全性標(biāo)準(zhǔn)，31485—2015，3146.3，從機(jī)械電和熱這幾個(gè)方面來(lái)考核，當(dāng)發(fā)生短路、內(nèi)部外部短路，產(chǎn)生大量熱量，或者最終導(dǎo)致熱失控情況發(fā)生的時(shí)候，電池會(huì)是什么樣的狀態(tài)，我們希望它能夠保持是什么樣的狀態(tài)。484、485、486這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)需要同時(shí)送樣，單體是24 4，模塊大概是22 2的數(shù)量。

 

　　因?yàn)楝F(xiàn)在測(cè)試系統(tǒng)很多，.1、.2基本送到3到5個(gè)樣品就可以，因?yàn)樽约旱倪x擇，.3有16項(xiàng)，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，如果達(dá)到IP6、7，5到6個(gè)樣品可以完全測(cè)試，我建議企業(yè)做.1、.2、.3項(xiàng)目，建議送5 6的組合，就是5個(gè)做.2，6個(gè)做.3，我們可以同時(shí)開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

 

　　第二部分測(cè)試評(píng)價(jià)，其實(shí)測(cè)試評(píng)價(jià)這塊，我是想把測(cè)試的過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題跟大家說一下。這塊主要分兩部分，一個(gè)是性能，一個(gè)是安全。電池的評(píng)價(jià)主要是幾個(gè)部分，一個(gè)電池本身，電池性能和安全性，加上BMS的管理，再加上電池外殼的特性，外殼主要是安全、防護(hù)、機(jī)械、阻燃以及防腐蝕等特性。最后組成電池系統(tǒng)后，我們對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)就會(huì)涵蓋這幾個(gè)方面，我覺得從評(píng)價(jià)來(lái)說不外乎分為三個(gè)方面，一個(gè)是基本性能，一個(gè)是循環(huán)性能，一個(gè)是安全性能。現(xiàn)在看看電池系統(tǒng)的性能很多程度上從電芯一致性體現(xiàn)出來(lái)，循環(huán)特性大家肯定很關(guān)注可靠性，電池耐久特性，這是毋庸置疑的。第三個(gè)安全性這塊，剛才已經(jīng)提到了，從電芯本身的熱、電安全特性，再加上系統(tǒng)BMS的保護(hù)，在不同層級(jí)有不同的要求。

 

　　這是我自己實(shí)驗(yàn)室做電池系統(tǒng)評(píng)價(jià)的流程，中間的是正式的測(cè)試項(xiàng)目，無(wú)論測(cè)哪個(gè)項(xiàng)目之前就要進(jìn)行外觀的檢查、安全的檢查等，對(duì)BMS功能進(jìn)行檢驗(yàn)，包括DBC文件協(xié)調(diào)，再調(diào)整試驗(yàn)狀態(tài)來(lái)做我們的試驗(yàn)。試驗(yàn)之后，我們還必須進(jìn)行檢查，試驗(yàn)結(jié)果的判斷和及時(shí)試驗(yàn)樣品的處理，這些都是非常重要的，在座有在各公司負(fù)責(zé)電池測(cè)試論證的，因?yàn)橄到y(tǒng)是高壓的系統(tǒng)，安全問題也有很多，也是值得大家非常關(guān)心的，做測(cè)試真的是無(wú)小事。電池系統(tǒng)測(cè)試的時(shí)候，這是我們同事畫的一張圖，不一定都全部集成在電池系統(tǒng)里，在這種情況下，我們需要這樣的一些原件去配合，跟測(cè)試設(shè)備形成良好的互動(dòng)，這樣才能更好的測(cè)試出電池系統(tǒng)本身所能發(fā)揮出來(lái)的一些性能。這塊如果說是調(diào)配不好的話，其實(shí)電池的一些特性也不能很好的表現(xiàn)出來(lái)。在測(cè)試性能這塊，簡(jiǎn)單的把我們關(guān)心和發(fā)現(xiàn)的一些問題跟大家簡(jiǎn)單提一下，一個(gè)是一致性，一致性非常重要，不單跟性能相關(guān)，跟安全性也非常相關(guān)，跟其他的各方面都有關(guān)系。這是我們做HPPC測(cè)試的時(shí)候，特意去關(guān)心了一下當(dāng)電池一致性差異會(huì)給電池的功率特性、內(nèi)阻特性帶來(lái)很大的變化，也做了在不同快充快放之后再看電池能量效率，電芯一致性有很多影響。不同體系的電池有不同的特點(diǎn)，系統(tǒng)在不同溫度下，在不同倍率的時(shí)候，所測(cè)試出來(lái)能量效率表現(xiàn)特征不一樣，另外我們也發(fā)現(xiàn)SOC不同狀態(tài)在每一種電池內(nèi)部對(duì)能量效率發(fā)揮到不是那么的大，相比較而言溫度是能量效率發(fā)揮最大的影響因素。剛才講的是能量效率，還有大家比較關(guān)注的功率特性，我做的是單體功率特性，系統(tǒng)也做了，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)做的時(shí)候功率特性跟內(nèi)阻一些變化，包括內(nèi)阻受溫度影響的一些變化還是非常大的。我還是想從單體角度去說說，因?yàn)槲覀儗?duì)單體功率特性也做了很多的評(píng)估。因?yàn)檎嚳刂撇呗?，我最后還會(huì)提到SOP的概念，功率狀態(tài)。功率狀態(tài)，相當(dāng)于電池充電功率和放電功率特性是什么，很大程度就決定了整車控制策略是什么樣，可用SOC范圍能夠設(shè)置多少，最大電流預(yù)值在什么范圍，這是我們做單體評(píng)價(jià)比較重要的一方面。

 

　　后面主要是提一下安全，匯總了幾款典型電池系統(tǒng)，單體比能量和系統(tǒng)比能量的差異，簡(jiǎn)單把比能量閉環(huán)做了羅列，三元電池成組率高一些，這43款自然冷卻有25款，占58%，液冷有5款，其他是風(fēng)冷。其他項(xiàng)目是我們做性能測(cè)試，包括做其他一些企業(yè)委托試驗(yàn)時(shí)，我覺得是非常重要也是非常有意思的試驗(yàn)。

 

　　我們統(tǒng)計(jì)了229個(gè)電池包樣本，可能會(huì)有同款同樣的類型，發(fā)現(xiàn)就國(guó)標(biāo)測(cè)試來(lái)說，前面16項(xiàng)測(cè)試來(lái)說，里面問題最大的是什么？根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，目前來(lái)看各種電池包在做系統(tǒng)測(cè)試的時(shí)候，最容易出現(xiàn)問題主要有三項(xiàng)，一個(gè)是振動(dòng)，一個(gè)是擠壓，一個(gè)是外部火燒，這三項(xiàng)出現(xiàn)的不合格率程度會(huì)稍微高一些。

 

　　機(jī)械這塊，有6大項(xiàng)測(cè)試，擠壓、振動(dòng)、翻轉(zhuǎn)測(cè)試、模擬碰撞、機(jī)械沖擊、跌落，外殼破裂，內(nèi)部支架損失，接插件松動(dòng)，高低壓溫度磨損，最嚴(yán)重短路的發(fā)生。我們把電池外殼打開以后，里面的模組連接的螺栓已經(jīng)松動(dòng)甚至脫落下來(lái)，機(jī)械沖擊最大的問題，我給大家展示的圖是機(jī)械沖擊加速度已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，達(dá)到了50個(gè)G以上的值，做這個(gè)試驗(yàn)的時(shí)候主要發(fā)現(xiàn)安裝點(diǎn)因?yàn)橐卸鴵p壞。擠壓，起火有兩方面，一個(gè)是空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷造成的，因?yàn)楦邏合到y(tǒng)的設(shè)計(jì)里種種因素，很多抗不住200遷流，還有空間排布不合理。環(huán)境試驗(yàn)這塊，相對(duì)來(lái)說比較簡(jiǎn)單一些，包括濕熱、溫度沖擊、高海拔，基本沒有出太多的問題。出問題主要是在火燒、炎熱這塊。海水浸泡簡(jiǎn)單說一下，鹽水能夠迅速進(jìn)入單體，可以迅速產(chǎn)生反應(yīng)。這是電池包放在水里幾天，還可以正常運(yùn)行的試驗(yàn)，還不完全是IP67的試驗(yàn)，因?yàn)橐蠼菰谒?米深的高度。還有鹽霧、濕熱、火燒一些實(shí)驗(yàn)。保護(hù)功能，在標(biāo)準(zhǔn)里只有4項(xiàng)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，充電安全大家是非常關(guān)心的，充電跟很多因素相關(guān)，包括充電設(shè)施這塊的充電監(jiān)測(cè)中心，充電設(shè)備，充電機(jī)也包括車量監(jiān)控，電動(dòng)汽車本身BMS要求，同時(shí)中間充電接口以及通訊協(xié)議也是非常重要的，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是環(huán)環(huán)相扣，每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致很嚴(yán)重的事故發(fā)生。這是我們做的過充實(shí)驗(yàn)，電池完全燒毀，對(duì)于電池系統(tǒng)本身來(lái)說應(yīng)該本身具有抗過充的能力，同時(shí)電池系統(tǒng)BMS一定要有過充電保護(hù)設(shè)計(jì)。國(guó)標(biāo)正在制定電池管理系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，下周三會(huì)在深圳開研討會(huì)。

 

　　最后想提一下剛才說到的除了16項(xiàng)安全測(cè)試以外的幾個(gè)項(xiàng)目，我們?cè)趯?shí)際測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)特意的留意了一下，一個(gè)風(fēng)冷電池管理系統(tǒng)，當(dāng)做一個(gè)風(fēng)冷設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)電池包如果在沒開起風(fēng)冷的時(shí)候，溫升比較高，但是內(nèi)部溫度比較均勻，開起風(fēng)冷之后有一定的溫差，當(dāng)你不了解電池?zé)崽匦院蜔釘U(kuò)散途徑的話，不正確的附加風(fēng)冷系統(tǒng)反而導(dǎo)致電池溫差，電池不一致性加劇，很快讓電池系統(tǒng)失效，這也是我比較擔(dān)心的，覺得大家應(yīng)該關(guān)心的一個(gè)方面。第二個(gè)是兩款電池，一個(gè)風(fēng)冷，一個(gè)熱冷，把冷卻系統(tǒng)都關(guān)閉了，處于自然的狀態(tài)，只是兩家設(shè)計(jì)方式不一樣，兩款電池溫差、溫升速度都不一樣，這是我測(cè)試的兩款產(chǎn)品，左邊的圖是大家非常主要的，國(guó)內(nèi)有很多款電池有這樣的特性，溫升在10度左右做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，溫差在5度左右，看到比較好的設(shè)計(jì)沒有看到散熱裝置起作用，溫差在2度，溫升在5度，可以評(píng)估下兩款的差異。這是剛才我最初提到SOP的概念，電池管理系統(tǒng)整個(gè)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說應(yīng)該根據(jù)電池電壓、溫度和所使用的環(huán)境，來(lái)制定電池充放電功率，把信息反饋給整車，讓電池用在比較舒適綠色區(qū)域里，可能會(huì)比較好一些。電動(dòng)汽車的安全怎樣弄，電池是電化元載體，電池在充上電的時(shí)候發(fā)生各種反應(yīng)，有這么多反應(yīng)，因?yàn)橥饨绲挠绊懹泻芏嗖淮_定因素存在，安全性怎么辦？我們必須了解電池的基本安全是在哪個(gè)等級(jí)，因?yàn)閲?guó)標(biāo)要求不起火不爆炸就可以，上面有很多等級(jí)，比如第二個(gè)和第一個(gè)都是屬于OK，但是表現(xiàn)不一樣，安全風(fēng)險(xiǎn)也不一樣，起火整個(gè)電動(dòng)汽車發(fā)生事故的概率也是不一樣的，在這種情況下，我們覺得必須在了解電芯基本情況下，了解綠色區(qū)域是什么，不能觸碰的紅點(diǎn)在哪里，然后附加電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終加上系統(tǒng)的保護(hù)。一個(gè)電芯發(fā)生失控的時(shí)候，系統(tǒng)發(fā)生熱失控速度都能減緩下來(lái)，不是要求電池最終不熱失控，只是在發(fā)生安全事故之前，車上的人能夠有足夠逃生時(shí)間，這是我們要求的安全理念。我們希望能夠盡量挑選高品質(zhì)的產(chǎn)品，滿足安全性能，充分電池性能，高水平的BMS管理。