《电动汽车用蓄电池多因素耦合残余寿命估算方法》

Q/LB.□XXXXX-XXXX电动汽车用蓄电池多因素耦合残余寿命估算方法范围本文件规定了电动汽车用蓄电池产品的多因素耦合可靠性的评价方法，对动力电池包或系统在多种外界因素影响下的可靠性进行定量评价，同时给出动力电池剩余行驶里程（残余寿命）的估算方法。本文件适用于装载于新能源汽车的动力电池包和系统，其他类型电池，如半固态动力电池或储能电池参考本文件执行。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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。GB38031电动汽车用动力蓄电池安全要求GB/T27476.1检测实验室安全第1部分：总则。术语和定义下列术语和定义适用于本文件。电池包batterypack具有从外部获得电能并可对外输出的单元。注：通常包括电池单体、电池管理模块（不含BCU），电池箱及相应附件(冷却部件、连接线缆等)。电池系统batterysystem一个或一个以上的电池包及相应附件(管理系统、高压电路、低压电路及机械总成等)构成的能量存储装置。电池功能失效指标系数（QE）electricalperformancefailureindexcoefficient评价蓄电池功能可靠性的失效系数。值越小越接近失效，值为0时表示完全失效。机械结构失效指标系数（QM）mechanicalstructurefailureindexcoefficient评价蓄电池机械结构可靠性的失效系数，值越小越接近失效，值为0时为失效。可靠性评价系数（Q）reliabilityevaluationcoefficient评价蓄电池可靠性的定量指标。

标准最大行驶里程（Sθ）standardmaximummileage标准电池包通过测试所得到最大行驶里程。换算因子（r）conversionfactor将标准最大行驶里程转换为四综合最大行驶里程的换算系数。四综合最大行驶里程（Sm）comprehensivemaximummileage在四综合条件下测得的蓄电池最大行驶里程。缩略语和符号I1：1h率放电电流（A），其数值等于额定容量值。I3：3h率放电电流（A），其数值等于额定容量值的1/3。试验条件一般条件除非另有规定，试验的起始温度为室温T0，即22oC±5oC，相对湿度为10%～90%，大气压力为86kPa～106kPa的环境中进行。推荐的预处理充电方法：室温下，锂离子电池单体先以1I1电流放电至制造商技术条件中规定的放电终止电压，搁置1h，然后按以1I1或制造商规定且不小于I3电流恒流充电至锂离子电池单体达制造商技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电，至充电电流降至0.05I1时停止充电，充电后搁置1h。其它预处理充电方法：可以按制造商提出的要求进行，但初始充电电流应大于等于I3。测试样品均经过预处理充电后进行测试。测量仪器、仪表准确度测量仪器、仪表准确度应满足以下要求：a)电压测量装置：±0.5%F.S.；b)电流测量装置：±0.5%F.S.；c)温度测量装置：±0.5℃；d)时间测量装置：±1s；e)电阻测量装置：±0.1mΩ；f)加速度测量灵敏度幅值：±1%F.S.测试过程误差控制值（实际值）与目标值之间的误差要求如下：a)电压：±1%；b)电流：±1%；安全要求实验室测试条件应满足GB/T27476.1-2014检测实验室安全第1部分：总则中对实验室安全设施的要求。电池包或系统进行可靠性指标参数采集测试后，应无泄漏、外壳破裂、起火或爆炸现象，且不触发异常终止条件，测试后的绝缘电阻应不小于100Ω/V。试验方法本标准采用四综合测试，通过同时对电池包或系统样品施加振动、温度、湿度和充放电四种因素的耦合测试，对比测试前后可靠性指标参数变化情况，计算可靠性失效系数以及最大剩余行驶里程。多因素耦合测试工况下最大行驶里程计算方法多因素耦合测试工况下最大行驶里程Sm的计算公式为：Sm式中：Sm——多因素耦合测试工况下最大行驶里程；r——标准最大行驶里程与多因素耦合工况下的最大行驶里程之间的换算因子；Sθ——标准最大行驶里程；式中的换算因子r计算公式为：r=[Aexp(式中：Tθ——标准最大行驶里程的测试温度；Tm——多因素耦合测试工况下最大行驶里程的测试温度RMSθ——标准最大行驶里程的振动RMS；RMSm——多因素耦合测试工况下最大行驶里程的振动RMS；Cθ——标准最大行驶里程的充放电倍率；Cm——多因素耦合测试工况下最大行驶里程的充放电倍率；A——指前因子；Ea——表观活化能；R——理想气体常数；α、β、K1~K6——幂指数；以上各参数取值见表1。表1换算因子的参数值AEaαβK1K2K3K4K5K61.8556E102003.872.151.390.86-0.00740.0218-0.0320.09210.0089可靠性指标参数各系数通过对电池包样品进行四综合测试获得，测试方法和指标参数的获取方法可由制造商自行确定。用于计算电池样品可靠性失效系数的可靠性指标应包含以下13种，分别为连续指标和离散指标。其中电性能连续指标包括：容量变化率、直流内阻变化率、开路电压变化率、交流内阻变化率；机械结构可靠性连续指标：Z向固有频率变化、Y向固有频率变化率、X向固有频率变化率、应变量变化、螺栓残余扭矩变化、超声探伤微裂纹长度；电性能离散指标包括：电压跳变；机械结构可靠性离散指标包括：气密测试通过、绝缘耐压通过。可靠性评价系数计算电池可靠性失效系数可使用如下公式计算：Q=1−aln(1−QE式中：Q——可靠性失效系数；a——电性能可靠性和机械结构可靠性之间的平衡系数；QE——电性能可靠性失效系数；QM——机械结构可靠性失效系数；QE和QM计算方法如下：QE=式中：wi——连续失效形式的权重系数，其中i=1、2、3、4；vj——离散失效形式的权重系数，其中j=1；pi——连续性电性能可靠性指标，其中i=1、2、3、4；pj——离散性电性能可靠性指标，其中j=1；QM=式中：wi——连续失效形式的权重系数，其中i=5，6……10；vj——离散失效形式的权重系数，其中j=2，3；qi——连续性机械结构可靠性指标，其中i=5，6……10；qj——离散性机械结构可靠性指标，其中j=2，3；电池残余寿命估算动力蓄电池残余寿命计算公式如下：S=Q×S式中：S——电池残余寿命；Q——可靠性失效系数；Sm——多因素耦合测试工况下最大行驶里程；检测规则失效判断电池可靠性失效阈值见表2。表2电池可靠性指标及失效阈值序号可靠性评价指标失效指标/失效阈值备注1外观破裂、折断、排气/2容量衰减率＞20%/3直流内阻变化率＞10%/4交流内阻变化率＞10%/5开路电压变化率＞10%/6电压跳变＞0.15V指单体电压1s内采样值7超声探伤微裂纹≥0.1mm/8扭矩下降60%的螺栓占比＞40%/9Z轴一阶固有频率变化率＞10%/10Y轴一阶固有频率变化率＞10%/11X轴一阶固有频率变化率＞10%/12最大应变量变化率＞30%/13气密性＞40Pa/min或制造商规定的值14绝缘电阻＞100V/Ω/将可靠性评价指标带入公式3，计算可靠性评价系数，并以该系数对电池进行等级评价