电动汽车用动力蓄电池循环性能要求和试验方法

GB/T -实施-发布电动汽车用动力蓄电池循环性能要求和试验方法Cycle life requirements and test methods of traction battery for electric vehicles（征求意见稿）（本稿完成日期：2011.12.25）GB/T -中华人民共和国国家标准1GB/T -目 次前 言II1 范围32 规范性引用文件33 术语和定义34 试验条件45 要求46 试验方法57 检验项目及样品数量15前 言本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。本标准由归口。本标准起草单位：本标准主要参加起草单位：本标准主要起草人：I 电动汽车用动力蓄电池循环性能要求和试验方法1 范围本标准规定了电动汽车用动力蓄电池的标准循环寿命和工况循环寿命的要求和试验方法。本标准适用于电动汽车用金属氢化物动力蓄电池和锂离子动力蓄电池，铅酸动力蓄电池可参照执行。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2900.41-2008 电工术语：原电池和蓄电池GB/T xxxxxxxxx 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程第一部分 高功率应用GB/T xxxxxxxxx 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程第一部分 高能量应用3 术语和定义GB/T2900.41-2008中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1 蓄电池单体 secondary cell直接将化学能转化为电能的基本单元装置，包括电极、隔膜、电解质、外壳和极端，并被设计成可充电。3.2 蓄电池模块 battery module将一个或多个蓄电池按照电压、尺寸、极端排列、容量和倍率特性连接作为电源使用的组合体。3.3 蓄电池系统 battery system能量存储装置，包括单体、模块，还包括电路和电控单元（如蓄电池控制单元，电流接触器）。见附录A。3.4 测试样品device under test DUT本标准中是指动力蓄电池单体、模块或系统。3.5 电池控制单元 battery control unit BCU控制或管理电池系统电气或热性能的电子装置，并提供电池系统和其他车辆控制器的通讯。3.6 电池管理系统 battery management system BMS控制或管理电池系统电器的或热性能的电子装置，并提供电池系统和其他车辆控制器的通讯，包括单体电池电子部件和电池控制单元。3.7 额定容量nominal capacity制造商产品说明书中规定的测试样品在一系列确定的条件下（如放电倍率、温度、放电截止电压等）所能放出的总容量，单位Ah。3.8 放电能量 discharge energy在252温度下，测试样品以一定倍率（能量型0.5I1(A)，功率型1I1(A)）电流放电，达到终止电压时所放出的能量(Wh)4 试验条件4.1 一般条件4.1.1 除另有规定外,试验应在温度252，相对湿度25%85%、大气压力86kPa106kPa环境中进行。4.1.2 蓄电池系统应满足GB/T 18384.1和GB/T 18384.3的相关要求。4.1.3 对于蓄电池系统，交付时需要包括完整的用户手册，包括所有必要的操作的文件，以及和测试设备相连的接口部件。 (如连接器，插头，冷却系统等)4.1.4 当测试的目标环境温度改变时，在进行测试前受试装置需要完成环境适应过程：受试装置在新的试验环境温度下静置12h。受试装置如果包含蓄电池控制单元，则环境适应过程需要将其关闭。如果在1h内所有测试点的温度变化小于4，则环境适应过程的静置时间可以缩短。4.1.5 调整SOC至试验目标值n%的方法是：按生产商提供的充电方式将测试样品充满电，静置1h，功率型蓄电池以1C恒流放电（100-n）/100 h，能量型蓄电池以0.5C恒流放电（100-n）/50 h。每次SOC调整后，新的测试开始前需要静置30min。4.2 测量仪器、仪表准确度的要求电压测量装置：不低于0.5级，；电流测量装置：不低于0.5级；温度测量装置：1K；时间测量装置：0.1%；尺寸测量装置：0.1%；质量测量装置：0.1%。在任何一份测试结果的记录报告中都应提供所使用测试设备的详细资料。4.3 测试过程中，控制值（实际值）和目标值之间的误差要求电压：1%；电流：1%；温度：2。5 要求5.1 容量测试样品按照6.3进行容量测试时，测试容量与额定容量的差值不能超过额定容量的5%。如果实际可用容量与蓄电池额定容量之差的绝对值超过额定容量的5%，则在测试报告中要明确说明，并用实际可用容量代替额定容量用于充放电电流及SOC计算的依据。5.2 标准循环寿命测试样品按照6.4进行标准循环寿命测试时，标准循环次数达到500次后容量保持率应不低于90%。5.3 工况循环寿命5.3.1 HEV混合动力轿车用功率型动力蓄电池测试样品按照6.5.1进行工况循环测试时，总放电能量与电池实际放电能量的比值达500时，容量保持率不低于90%，功率保持率不低于85%。5.3.2 HEV混合动力客车用功率型动力蓄电池测试样品按照6.5.2进行工况循环测试时，总放电能量与电池实际放电能量的比值达500时，容量保持率不低于90%，功率保持率不低于85%。5.3.3 EV纯电动轿车用动力蓄电池测试样品按照5.3.3.3进行工况循环测试时，总放电能量与电池实际放电能量的比值达500时，容量保持率不低于90%。5.3.4 EV纯电动客车用动力蓄电池测试样品按照5.3.3.4进行工况循环测试时，总放电能量与电池实际放电能量的比值达500时，容量保持率不低于90%。6 试验方法6.1 预处理循环正式测试开始前，测试样品需要先进行预处理循环，以确保测试时测试样品的性能处于激活和稳定的状态。预处理循环在室温下进行，该测试适用于蓄电池单体、模块和系统。测试规程如下：a) 采用1C（功率型）/0.5C（能量型）放电至厂商规定的放电截至电压；b) 静置30min；c) 按照厂商推荐的充电方式充电；d) 静置30mine) 使用2C（功率型）/1C（能量型）放电至厂商规定的放电截至条件；f) 静置30min；g) 重复步骤c）至f）五次。消费者和厂商之间还可以达成一致意见减少预处理循环次数。h) 如果测试样品连续两次的放电容量变化不高于额定容量的3%，则认为测试样品完成了预处理。如果对于同一个测试样品，而且采用的放电机制和厂商内部测试相同，第二个循环可以直接和厂商的数据进行对比。6.2 标准循环该测试包括一个标准放电和一个标准充电过程，适用于蓄电池单体、模块和系统。测试规程如下：a) 标准放电：使用1C（功率型）/0.5C（能量型）放电；直至达到厂商规定的放电截至条件；b) 静置30min；c) 标准充电：根据厂商提供的充电机制充电（充电机制应该规定充电截至条件和整个充电过程时间限制）；注：如果标准循环和一个新的测试之间时间间隔长于24h，则需要重新进行一次标准循环。6.3 室温下的容量测试该测试适用于电池单体、模块和系统。6.3.1 测试过程使用恒流放电至制造厂商制定的截至条件下停止。 6.3.2 测试在室温下按照表1的测试步骤进行。 6.3.3 步骤3的放电容量为蓄电池的实际可用容量。表1 室温下容量测试步骤步骤程序试验方法章条号1环境适应4.1.42标准循环6.231C放电6.3.16.4 标准循环寿命测试该测试适用于纯电驱动用能量型动力蓄电池单体，具体测试方法如下：经过标准充电并搁置30min后的测试样品，先进行标准放电至截止电压（由测试机构与测试样品制造厂商协商一致确定），开始标准循环寿命试验：a) 根据厂商提供的充电机制充电（充电机制应该规定充电截至条件和整个充电过程时间限制）；b) 搁置30min；c) 以1C（功率型）/0.5C（能量型）放电至荷电态为0%；d) 重复步骤a）至c）。循环寿命截至条件如下当发生以下情况时则终止实验：a) 充放电循环中的放电环节中，电池单体电压低于企业技术条件中规定的放电终止电压；b) 容量衰减到额定容量的80%。6.5 工况循环寿命测试该测试适用于电池模块和系统。6.5.1 HEV轿车用功率型动力蓄电池试验中通过冷却设备维持蓄电池温度在室温到40C范围内（试验阶段保持室温，运行时某个阶段温度可能较高）。如果厂商有要求，为控制蓄电池在指定温度范围，需要在循环中附加搁置周期。循环测试由两个测试程序组成，一个是“主放电工况”，其放电量略多于充电量；另一个是“主充电工况”，其充电量略多于放电量，分别如图1和表2以及图2和表3所示。图1 HEV轿车用电池主放电工况表2 时间和电流工况-主放电工况时间增量s累计时间s电流C-率SOC%55-8-1.1115100-1.111515-8-2.2225200-2.22220421.5-1.3892444-1.1678500-1.167图2 HEV轿车用电池主充电工况表3 时间和电流工况-主充电工况时间增量s累计时间s电流C-率SOC%5540.55628331.51.72323501.723540-80.61224200.61254741.15235001.167整个测试步骤如表4所示。表4 HEV轿车用动力蓄电池循环寿命测试步骤试验步骤试验内容1环境适应（4.1.4）2标准循环（6.2）3标准循环，确定1C容量（6.3）4以1C放电倍率将充满电的测试样品放电至80%SOC或者由用户确定的其他最高SOC（4.1.5）5用“主放电程序”直到：-30%SOC（约循环42次）或者由用户确定的其他最低SOC-电池系统生产商确定的最低电池电压6用“主充电程序”直到：-80%SOC（约循环42次）或者由用户确定的其他最高SOC-电池系统生产商确定的最高电池电压7重复步骤5和6共21小时（18个如图3所示的大循环）8每天循环21小时后，在“主充电程序”结束：-约 3h静置，以便电池单体电压和温度的均衡9每周循环7天后，按照下述步骤进行测试：-环境适应（4.1.4）-标准充电（6.2c）-标准循环（6.2）-脉冲功率特性应用（GB/T xxxxxxxxx中7.2）-标准充电（6.2c）10从步骤4继续改变测试程序的SOC限值将由如下条件决定：a) 电池系统测试中由电池控制单元计算出来的SOCb) 循环次数(1.167 %SOC变化量/循环)c) 外接测试设备计算出的Ah数d) 电池系统生产商规定的电池最高和最低电压每完成对应21h的试验循环后搁置3 h，用于使单体电池化学反应内部保持平衡，并使全部单体电池保持电压稳定状态（通常由集成的单体电池电压均衡电路来执行）。整个测试的SOC波动范围如图3所示。图3 典型SOC波动图当发生以下情况时则终止实验：循环寿命截至条件如下：a) 充放电循环中的放电环节中，单体电池电压低于企业技术条件中规定的放电终止电压；b) 容量衰减到额定容量的80%。c) 0.1s功率衰减到初始功率的70%。6.5.2 HEV客车用功率型动力蓄电池试验中通过冷却设备维持蓄电池温度在室温到40C范围内（试验阶段保持室温，运行时某个阶段温度可能较高）。如果厂商有要求，为控制蓄电池在指定温度范围，需要在循环中附加搁置周期。本循环测试由两个测试程序组成，一个是“主放电工况”，其放电量略多于充电量；另一个是“主充电工况”，其充电量略多于放电量，分别如图4和表5以及图5和表6所示。图4 HEV客车用功率型电池主放电工况表5 时间和电流工况-主放电工况时间增量s累计时间s电流C-率SOC%55-4-0.5565100-0.556515-4-1.1115200-1.11120420.75-0.6942442-0.5838500-0.583图5 HEV客车用电池主充电工况表6 时间和电流工况-主充电工况时间增量s累计时间s电流C-率SOC%5520.27828330.750.86123500.861540-40.30524200.30554720.58335000.583具体测试步骤如表7所示。表7 HEV客车用动力蓄电池工况循环寿命测试步骤试验步骤试验内容1环境适应（4.1.4）2标准循环（6.2）3标准循环，确定1C容量（6.2）4以1C放电倍率将充满电的测试样品放电至80%SOC或者由用户确定的其他最高SOC（4.1.5）5用“主放电程序”直到：-30%SOC（约循环85次）或者由用户确定的其他最低SOC-电池系统生产商确定的最低电池电压6用“主充电程序”直到：-80%SOC（约循环85次）或者由用户确定的其他最高SOC-电池系统生产商确定的最高电池电压7重复步骤5和6共21.25小时（9个如图6所示的大循环）8每天循环21.25小时后，在“主充电程序”结束：-约 2.75h静置，以便电池单体电压和温度的均衡9每周循环7天后，按照下述步骤进行测试：-环境适应（4.1.4）-标准充电（6.2c）-标准循环（6.2）-脉冲功率特性应用（GB/T xxxxxxxxx中7.2）-标准充电（6.2c）10从步骤4继续改变测试程序的SOC限值将由如下条件决定：a) 电池系统测试中由电池控制单元计算出来的SOCb) 循环次数(0.583 %SOC变化量/循环)c) 外接测试设备计算出的Ah数d) 电池系统生产商规定的电池最高和最低电压每完成对应21.25h的试验循环后搁置2.75h，用于使单体电池化学反应内部保持平衡，并使全部单体电池保持电压稳定状态（通常由集成的单体电池电压均衡电路来执行）。整个测试的SOC波动范围如图6所示。图6 典型SOC波动图当发生以下情况时则终止实验：循环寿命截至条件如下：a) 充放电循环中的放电环节中，单体电池电压低于企业技术条件中规定的放电终止电压；b) 容量衰减到额定容量的80%。c) 0.1s功率衰减到初始功率的70%。6.5.3 EV轿车用能量型动力蓄电池试验中通过冷却设备维持蓄电池温度在室温到40C范围内（试验阶段保持室温，运行时某个阶段温度可能较高）。如果厂商有要求，为控制蓄电池在指定温度范围，需要在循环中附加搁置周期。本循环测试为 “主放电工况”，如图7和表8所示。图7 EV轿车用电池主放电工况表8 EV轿车用电池主放电工况时间和电流分布时间增量s累计时间s电流C-率SOC%55-3-0.417381-0.3336141/3-0.2784054-1/3-0.6483084-1/2-1.0651094-1-1.343具体测试步骤如表9所示。表9 EV轿车用动力蓄电池循环寿命测试步骤试验步骤试验内容1环境适应（4.1.4）2标准循环（6.2）3标准放电，确定1C容量4标准充电至荷电态为100%（6.2c）5用“主放电工况”直到：-20%SOC（约60次）或者由用户确定的其他最低SOC-电池系统生产商确定的最低电池电压6重复步骤4和57每周循环7天后，按照下述步骤进行测试：-环境适应（4.1.4）-标准充电（6.2c）-标准循环（6.2）8从步骤4继续改变测试程序的SOC限值将由如下条件决定：a) 电池系统测试中由电池控制单元计算出来的SOCb) 循环次数(1.343%SOC变化量/循环)c) 外接测试设备计算出的Ah数d) 电池系统生产商规定的电池最高和最低电压整个测试的SOC波动范围如图8所示。图8 典型SOC波动图当发生以下情况时则终止实验：循环寿命截至条件如下：a) 充放电循环中的放电环节中，单体电池电压低于企业技术条件中规定的放电终止电压；b) 容量衰减到额定容量的80%。6.5.4 EV客车用能量型动力蓄电池试验中通过冷却设备维持蓄电池温度在室温到40C范围内（试验阶段保持室温，运行时某个阶段温度可能较高）。如果厂商有要求，为控制蓄电池在指定温度范围，需要在循环中附加搁置周期。本循环测试为 “主放电工况”如图9和表10所示。图9 EV客车用电池主放电工况表10 时间和电流工况-主放电工况时间增量s累计时间s电流C-率SOC%2323-1-0.63983