2010年度电动车用动力蓄电池组性能测试标准HEV锂离子

1、 “863 计划”节能与新能源汽车重大项目rev.5 2010年度 hev用功率型锂离子动力蓄电池性能测试规范2010-*-*发布科 技 部 863 现 代 交 通 技 术 领 域 办 公 室目 录1.范围 . 62.检验程序 . 62.1检验程序表 . . 6 2.2 对厂家提供单体蓄电池及蓄电池模块的要求. 73.试验方法 . 73.1试验条件 . 73.1.1环境条件 . 73.1.2测量仪器、仪表. 73.2单体蓄电池 . 83.2.1外观 . 83.2.2极性及内阻 . 83.2.3重量及尺寸 . 83.2.4充电 . 83.2.525放电容量（能量密度）. 83.2.6功率测试 .

2、 83.2.6.1功率密度测试. 83.2.6.2最大放电倍率试验. 83.2.6.3最大充电倍率试验. 83.2.7-20 放电容量 . 93.2.855放电容量 . 93.2.9安全性试验 . 93.2.9.1短路试验 . 93.2.9.2挤压试验 . 93.2.9.3针刺试验 . 93.2.9.4跌落试验 . 93.2.9.5热箱试验 . 93.2.9.6过放电试验 . 93.2.9.7过充电试验 . 103.3.1外观 . 103.3.2极性 . 103.3.3尺寸和重量 . 103.3.4充电 . 103.3.525放电容量 . 103.3.6功率测试 . 103.3.6.1功率密度

3、试验. 103.3.6.2最大放电倍率试验. 103.3.6.3最大充电倍率试验. 113.3.7-20 放电容量 . 113.3.855放电容量 . 113.3.9安全性试验 . 113.3.9.1短路试验 . 113.3.9.2挤压试验 . 113.3.9.3针刺试验 . 123.3.9.4加热试验 . 123.3.10循环寿命试验. 123.3.10.1常规循环 . 123.3.10.2工况循环 . 12前言在 863 现代交通技术领域办公室的组织下，在节能与新能源汽车重大项目总体专家组的领导下，参照国内外动力蓄电池相关标准，制定了本测试规范。在制定过程中征求和综合了总体专家组、项目办公

4、室、检测机构及电池企业的意见和建议，经反复修改而成。本测试规范是针对2010 年度 hev用高功率锂离子动力蓄电池检测工作而提出的，其主要目的是对各电池研制单位生产的动力蓄电池进行性能检测，以对其进行整体评估，为项目验收和国家政策的制定提供依据。2010 年度 hev用高功率锂离子动力蓄电池性能测试规范1.范围鉴于863 电动汽车动力蓄电池的研制是分阶段及通过竞争的方式进行的，本标准仅规定了2010 年度 863 计划节能与新能源重大项目高功率锂离子动力蓄电池（以下简称蓄电池）的检测项目、检测程序、试验方法及检测流程，以进行评比和筛选。2.检验程序2.1检验程序表表 1 单体蓄电池检验程序序号

5、检验项目检验方法章条号蓄电池编号1 外观3.2.1 1# 20#2 极性及内阻3.2.2 3 重量及尺寸3.2.3 4 20放电容量3.2.5 5 功率测试3.2.6 1# 2#7 -20 放电容量3.2.7 3# 4#8 55放电容量3.2.8 9 短路试验3.2.11.1 5# 6#10 挤压试验3.2.11.2 7# 8#11 针刺试验3.2.11.3 9# 10#12 跌落试验3.2.11.4 11# 12#13 热箱试验3.2.11.5 13# 14#14 过放电试验3.2.11.6 15# 16#15 过充电试验3.2.11.7 17# 18#注：根据试验数据，进行动力蓄电池均匀一

6、致性分析。注: 共需 20 只单体蓄电池，其中2 只为备份单体蓄电池。序号检验项目检验方法章条号蓄电池编号1 外观3.3.1 1# 18#2 极性3.3.2 1# 18#3 重量及尺寸3.3.3 4 20放电容量3.3.5 5 功率测试3.3.6 1# 2#6 -20 放电容量3.3.7 3# 4#7 55放电容量3.3.8 14 8 短路试验3.3.9.1 5# 6#9 挤压试验3.3.9.3 7# 8#10 针刺试验3.3.9.4 9# 10#11 加热试验3.3.9.5 11# 12#12 循环性能试验3.3.10.1 13# 14#13 3.3.10.2 15# 16#注：根据试验数据

7、，进行动力蓄电池均匀一致性分析。表 2 蓄电池模块检验程序注： (1) 共需 18 组蓄电池模块，其中2 组为备份蓄电池模块。 (2)安全性试验用蓄电池模块为5 只单体电池串联组成，其余蓄电池模块为10 只单体电池串联组成。2.2对厂家提供单体蓄电池及蓄电池模块的要求(1) 厂家提供的单体蓄电池的正负极及其连接片，应能承受检验方法中规定的最大放电倍率的放电而不损坏。(2) 厂家提供的蓄电池模块的正负极及其连接片，应能承受检验方法中规定的最大放电倍率的放电而不损坏。每个蓄电池模块中的单体蓄电池的正负极应有电压抽头，以进行测试过程中单体电池电压的测量，并且电压抽头应焊接牢固，并具有正负极标识。提供

8、连接片及连接件的重量。(3)c-1h率额定容量 (a h) ；n- 组合电池的单体数。3.试验方法3.1试验条件3.1.1环境条件除 另 有 规 定 外 ， 试 验 环 境 温 度 为15 35 、 相 对 湿 度 为25% 85%、 大 气 压 力 为86kpa 106kpa。3.1.2测量仪器、仪表除另有规定外 , 测量仪器、仪表测量值的准确度应在下述公差范围内：a)电压： 0.5%；b)电流： 0.5%；c)温度： 0.5 ；d)时间： 0.1%；e)衡器： 0.1%；f)量具： 0.1%。上述公差包含了所用测量仪表的准确度、所采用的测试方法以及测试过程中引入的所有其它14 误差。模拟仪

9、表的选择参见gb/t 7676 ，数字仪表的选择参见gb/t 14913 。在任何一份记录结果的报告中都应提供所使用测试设备的详细资料。3.2单体蓄电池3.2.1外观(1) 目视检查蓄电池表面是否平整、干燥、有无外伤等。(2) 目视检查蓄电池标志是否齐全、清晰。3.2.2极性及内阻(1) 用电压表检测蓄电池的端压，是否与端子的极性一致。(2) 用内阻测试仪测量蓄电池的交流内阻。3.2.3重量及尺寸(1) 用量具测量蓄电池的外形尺寸。(2) 用衡器称量蓄电池的重量。3.2.4充电电池先使用1c 或根据厂商建议的其他放电机制放电；直至达到厂商规定的放电截至条件；搁置 10min； 然 后 采用 1

10、c 电流恒流恒压充电至充电电流降至0.01c 时停止充电或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）。3.2.525放电容量（能量密度）蓄电池按3.2.4充电后，搁置15min，使用 1c 或根据厂商建议的其他放电机制放电；直至达到厂商规定的放电截至条件；此项试验允许重复3 次。计算能量密度。3.2.6功率测试3.2.6.1功率密度测试蓄电池按3.2.4充电后，在25 2条件下搁置30min，以 1c电流放电1800s 后以厂商规定的最大放电电流放电10s, 试验后电池以1c 放电至厂商规定的放电截至条件。计算以最大电流放电第 10s 时电池的功率密度。3

11、.2.6.2最大放电倍率试验蓄电池按3.2.4 充电后，在25 2条件下搁置30min，然后在同一温度下按照指南最大放电倍率要求在soc50%条件下开展测试( 最大放电倍率要求为30c(20s),记录蓄电池放电期间电压。放电过程中若蓄电池电压低于放电截止电压则停止试验。3.2.6.3最大充电倍率试验蓄电池按3.2.4 充电后，在25 2条件下搁置30min，然后在同一温度下按照指南最大充电倍率要求在soc50%条件下开展测试，( 最大充电倍率10c(10s) 充电期间记录蓄电池电压。期间若蓄电池电压高于充电截止电压则停止试验。14 3.2.7-20 放电容量蓄电池按3.2.4充电后，在 -20

12、 2条件下贮存16h。然后在同一温度下，以1i1(a) 恒流放电至厂商规定的低温放电截至条件。计算放电容量（以ah计 ）。3.2.855放电容量蓄电池按3.2.4充电后，在55 2条件下贮存5h，然后在同一温度下，以1i1(a) 恒流放电至厂商规定的放电截至条件。计算放电容量（以ah 计） 。3.2.9安全性试验所有安全试验均在有充分环境保护的条件下进行。3.2.9.1短路试验蓄电池按3.2.4充电后，在25 2条件下搁置30min，用一个适当的导体（电阻5m ? ）使测试样品正负两极间出现强制短路10min，或者直至有妨碍试验完成的情况发生（如部件熔化等 ）。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起

13、火。3.2.9.2挤压试验蓄电池按 3.2.4充电后，在25 2条件下搁置30min, 按下列条件进行试验。a)挤压方向：垂直于单体电池极板方向施压；b)挤压面积：垂直于施压方向的外表面，不小于20cm2；c)先挤压单体电池至原始尺寸的85，保持5min 后，再挤压至原始尺寸的50。 。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起火。3.2.9.3针刺试验蓄电池按 3.2.4充电后，在25 2条件下搁置30min。用顶部为低碳钢的钢针刺穿测试样品，钢针直径为3mm 8mm ，刺穿速度为2025mm/s。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起火。3.2.9.4跌落试验蓄电池按3.2.4 充电后， 在 25 2条件

14、下搁置30min 后，在同一温度条件下，三次从 1.0m高度的位置自由跌落到混凝土地面上。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起火。3.2.9.5热箱试验蓄电池按3.2.4充电后，在25 2条件下搁置30min 后，放入一个自然或循环空气对流的恒温箱中。恒温箱以5/min 的速率升温至130 2。保持此温度30min 后停止试验。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起火。3.2.9.6过放电试验使用标准放电方式对测试样品进行恒流放电，达到正常放电截至条件后继续使用1c倍率放电14 1.5h 。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起火。3.2.9.7过充电试验使用测试样品生产厂商和测试机构达成一致意见的电流（电流

15、值）恒流充电， 直至测试样品额定容量的200% 或测试样品的电压达到厂商规定的极限电压。试验过程中，蓄电池应不爆炸、不起火。3.3蓄电池模块3.3.1外观(1) 目视检查蓄电池模块表面是否平整、干燥、有无外伤等。(2) 目视检查蓄电池模块标志是否齐全、清晰。3.3.2极性用电压表检测蓄电池模块的端压，是否与端子的极性一致。3.3.3尺寸和重量(1) 用量具测量蓄电池模块的外形尺寸。(2) 用衡器称量蓄电池模块的重量。3.3.4充电电池先使用1c 或根据厂商建议的其他放电机制放电；直至达到厂商规定的放电截至条件；搁置 15min； 然 后 采用 1c 电流恒流恒压充电至充电电流降至0.01c 时

16、停止充电或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）。3.3.525放电容量蓄电池按3.3.4充电后， 搁置 15min，然后在同一温度下以1c电流放电至厂商规定的放电截至条件， 计算放电容量 ( 以 ah计 ) 。放电过程中同时检测总电压和各单体电压值，若有单体电池电压低于厂商规定的截至条件，则停止放电。3.3.6功率测试3.3.6.1功率密度试验蓄电池按3.3.4充电后，在25 2条件下搁置30min，然后以1c电流放电1800s, 再以电池厂商提出的电池最大放电电流放电10s, ，试验后电池以1c放电至至厂商规定的放电截至条件，放电过程中若有单体电池

17、电压低于厂商规定的截至条件，则停止放电。计算最大电流放电第10s时电池的功率密度。3.3.6.2最大放电倍率试验蓄电池按3.3.4 充电后，在25 2条件下搁置30min，然后在同一温度下按照指南最大放电倍率要求在soc为 70% 和 30% 条件下开展测试(最大放电倍率要求为30c(20s),记录蓄电池放电期间电压。放电过程中若蓄电池模块或其中单体电压低于放电截止电压则停止试验。14 3.3.6.3最大充电倍率试验蓄电池按3.3.4 充电后，在25 2条件下搁置30min，然后在同一温度下按照指南最大充电倍率要求在soc30%条件下开展测试， ( 最大充电倍率10c(10s) 充电期间记录蓄

18、电池模块各单体电压。期间若蓄电池模块或其中单体电压高于充电截止电压则停止试验。3.3.7-20 放电容量蓄电池模块按3.3.4充电后， 在 20 2条件下贮存16h。然后在同一温度下，以 1i1(a)恒流放电至厂商规定的放电截至条件。计算放电容量（以ah计 ）。放电过程中检测电池组总电压和单体电池电压，若有单体蓄电池电压低于厂商规定的截至条件，则停止放电。3.3.855放电容量蓄电池按3.3.4充电后，在55 2条件下贮存8h，然后在同一温度下，以1i1(a) 恒流放电至厂商规定的放电截至条件。计算放电容量（以ah 计） 。放电过程中检测电池组总电压和单体电池电压，若有单体蓄电池电压低于厂商规

19、定的截至条件，则停止放电。3.3.9安全性试验所有安全试验均在有充分环境保护的条件下进行。3.3.9.1短路试验蓄电池模块按3.3.4充电后，在25 2条件下搁置30min。用一个适当的导体（电阻5m? ）使测试样品正负两极间出现强制短路10min，或者直至有妨碍试验完成的情况发生（如部件熔化等）试验过程中，蓄电池模块应不爆炸、不起火。3.3.9.2挤压试验蓄电池模块按3.3.4充电后，在25 2条件下搁置30min, 按照下列条件进行试验。挤压板形式如图1 所示：一侧是平板， 一侧是异形板。 异形板的半圆柱形挤压头的典型半径为 75mm ，挤压头间的典型间距为30mm 。图1 挤压板挤压方向

20、：垂直于电池单体排列方向施压。（当测试样品为方形电池单体时，为使电池宽窄两个面均经受挤压，应使用两组电池，第二组电池应绕上述试验中的长轴旋转90 进行挤压试验；当测试样品为狭长形时，采用从侧面同时挤压三个电池单体的方法。）14 挤压程度：挤压至蓄电池模块原始尺寸的85，保持 5min后再挤压至蓄电池模块原始尺寸的503.3.9.3针刺试验蓄电池模块按3.3.4充电后，在25 2条件下搁置30min。用顶部为低碳钢的钢针以20-80mm/s 的速度刺穿至少3 个蓄电池单体，方向垂直于蓄电池单体电极板( 图 2a) 。钢针直径为6mm 10mm （钢针停留在蓄电池中）。 当测试样品为狭长形或d 型

21、单体组成的圆筒形模块时，则用三根钢针从模块侧面同时刺穿三个蓄电池单体( 图 2b) 。(a) (b) 图2 针刺示意图试验过程中，蓄电池模块应不爆炸、不起火。3.3.9.4加热试验蓄电池模块按3 .3.4方法充电。在25 2条件下搁置30min。将蓄电池模块放入一个自然或循环空气对流的恒温箱中。恒温箱以5/min 的速率升温至1302 。保持此温度30min后停止试验。试验过程中，蓄电池模块应不爆炸、不起火。3.3.10循环寿命试验3.3.10.1 常规循环（1）蓄电池模块采用1c 电流恒流恒压充电至充电电流降至0.01c 时停止充电或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

22、整个充电过程时间限制）；（2）搁置 15min；（3）在同一温度下以1c电流放电至厂商规定的放电截至条件，放电过程中同时检测总电压和各单体电压值，若有单体电池电压低于厂商规定的截至条件，则停止放电。（4）搁置 15min；（5）重复步骤（1）（4）直至放电容量低于额定容量的80%。3.3.10.2 工况循环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。3.3.10.2.1 hev 轿车用动力蓄电池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

23、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2 和表 2 以及图 3 和表 3 所示。14 图 2 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% 5 5 -8 -1.111 5 10 0 -1.111 5 15 -8 -2.222 5 20 0 -2.222 20 42 1.5 -1.389 2 44 4 -1.167 8 50 0 -1.167 14 图 3 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% 5 5 4 0.556 28

24、331.51.72323501.7235 40 -80.612 2 42 0 0.6125 47 4 1.152 3 50 0 1.167 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：测试样品在新的试验环境温度下静置12h。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。2标准循环（ 3.3.10.1 （ 1）（4）3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 ）4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

25、统生产商确定的最低电池电压5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6 重复步骤 5和6共21小时（ 18个如图 3所示的大循环）7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8每周循环 7天后，按照下述步骤进行测试：14 -环境适应-标准循环（ 3.3.10.1 （1）-（4）-脉冲功率特性应用（gb/t xxxxx xxxx 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中 7.2 ）-标准充电（ 3.3.10.1 （1）9从步骤 3继续改变测试程序的

26、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soc b)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3h，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4 所示。图 4 典型 soc 波动图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

27、70% 。3.3.10.2.2 hev 客车用动力蓄电池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5 和表 5 以及图 6 和表 6 所示。14 图 5 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% 5 5 -4 -0.556 5 10 0 -0.556 5 15 -4 -1.111 5 20 0 -1.111 20 42 0.75 -0.694 2 44 2 -0.583 8 50 0 -0.583 14 图 6 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