T-CSAE 184-2021 电动汽车动力蓄电池健康状态评价指标及估算误差试验方法

ICS43.080CCST47团体标准T/CSAE184－2021Evaluationindexandestimationerrortestmethodofstateofhealth2021-05-06发布2021-05-06实施中国汽车工程学会发布IT/CSAE184—2021前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14符号和缩略语 25健康状态评价指标计算方法 36试验方法 6附录A（规范性）通则 附录B（资料性）试验结果记录单 参考文献 T/CSAE184—2021本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由电动汽车产业技术创新战略联盟提出。本文件起草单位：北京交通大学、中国汽车技术研究中心有限公司、北京理工大学、宁德时代新能源科技股份有限公司、湖南中车时代电动汽车股份有限公司、惠州亿能电子有限公司、华霆（合肥）动力技术有限公司、欣旺达电子股份有限公司、北京理工新源信息科技有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、昆山聚创新能源科技有限公司。本文件主要起草人：张彩萍、张维戈、王芳、黄彧、王震坡、樊彬、劳力、张世昌、汪伟、姜久春、文锋、黄河、刘鹏、张言茹、姜成龙、高帅、张琳静、倪丽萍、吴冠军、周夏荣、龙晓华、盛军、杨重科、孙丙香、解坤、龙宇舟、李宁、常宏。T/CSAE184—20211电动汽车动力蓄电池健康状态评价指标及估算误差试验方法本文件规定了电动汽车用动力蓄电池的健康状态评价指标计算方法、试验条件、试验方法、估算误差测试方法及检验规则。本文件适用于电动汽车用锂离子动力蓄电池单体、系统及其管理系统，其他类型动力蓄电池及其管理系统可参照执行。2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。GB/T19596—2017电动汽车术语GB/T31484—2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法GB/T31486—2015电动汽车用动力蓄电池性能要求及试验方法GB/T38661—2020电动汽车用电池管理系统技术条件3术语和定义GB/T19596、GB/T31484、GB/T31486和GB/T38661中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1单体蓄电池secondarycell将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置，通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子，并被设计成可充电。也称作电芯。[来源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.1]3.2蓄电池电芯组cellblock一组并联连接的单体蓄电池，可能包含监测电路与保护装置（例如熔断器等）。[来源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.2]3.3蓄电池模块batterymodule将一个以上单体蓄电池按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。也称作蓄电池组。[来源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.3]T/CSAE184—202123.4蓄电池管理系统batterymanagementsystem监视蓄电池的状态(温度、电压、荷电状态等)，可以为蓄电池提供通信、安全、电芯均衡及管理控制，并提供与应用设备通信接口的系统。[来源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.10]3.5蓄电池系统batterysystem一个或一个以上蓄电池包及相应附件（管理系统、高压电路、低压电路、热管理设备及机械总成等）构成的能力存储装置。[来源：GB/T19596—2017，3.3.2.1.11]3.6额定容量ratedcapacity在规定条件下测得的并由制造商申明的电池容量值。[来源：GB/T19596—2017，3.3.3.4.2]3.7可用容量availablecapacity在规定条件下，从完全充电的蓄电池中释放的容量值。[来源：GB/T19596—2017，3.3.3.4.5]3.8荷电状态stateofcharge当前蓄电池中按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的百分比。[来源：GB/T19596—2017，3.3.3.2.5]3.9功率状态stateofpower当前蓄电池中按照规定充放电条件在一定时间内可以输入/输出的最大功率。[来源：GB/T38661—2020，3.7]3.10健康状态stateofhealth对于蓄电池系统（串联单体蓄电池个数≥8），健康状态（StateofHealth，SOH）指某些直接测量或间接计算得到的性能参数的当前值与初始值的比值，用来衡量蓄电池系统的健康程度。4符号和缩略语4.1缩略语下列缩略语适用于本文件。BMS：蓄电池管理系统（BatteryManagementSystem）HPPC：混合脉冲功率能力特性（HybridPulsePowerCharacterization）SOC：荷电状态(StateofCharge)SOP：功率状态(StateofPower)SOH：健康状态(StateofHealth)4.2符号T/CSAE184—20213下列符号适用于本文件。：1h率放电电流（A），其数字等于额定容量值。5健康状态评价指标计算方法5.1放电容量保持率放电容量保持率是指蓄电池系统当前时刻放电容量与初始放电容量比值的百分数，计算方法见公式）：...................................(1)——蓄电池系统的放电容量保持率；Cdis——当前时刻蓄电池系统的放电容量，单位为安时（Ah）；Ndis——蓄电池系统的初始放电容量，单位为安时（Ah）。5.2放电能量保持率放电能量保持率是指蓄电池系统当前时刻放电能量与初始放电能量比值的百分数，计算方法见公式）：...................................(2)——蓄电池系统的放电能量保持率；Edis——当前时刻蓄电池系统的放电能量，单位为瓦时（Wh）；ENdis——蓄电池系统的初始放电能量，单位为瓦时（Wh）。5.3能量效率保持率能量效率保持率是指蓄电池系统当前时刻能量效率与初始能量效率比值的百分数，计算方法见公式）：....................................(3)——蓄电池系统的能量效率保持率；——当前时刻蓄电池系统的能量效率；——蓄电池系统的初始能量效率。当前时刻蓄电池系统的能量效率用公式（4）计算：.....................................(4)——当前时刻蓄电池系统的能量效率；Edis——当前时刻蓄电池系统的放电能量，单位为瓦时（Wh）；Echa——当前时刻蓄电池系统的充电能量，单位为瓦时（Wh）。蓄电池系统的初始能量效率用公式（5）计算：T/CSAE184—20214....................................(5)——蓄电池系统的初始能量效率；ENdis——蓄电池系统的初始放电能量，单位为瓦时（Wh）；ENcha——蓄电池系统的初始充电能量，单位为瓦时（Wh）。5.4峰值功率保持率峰值功率保持率是指蓄电池系统当前时刻功率状态与初始功率状态比值的百分数，计算方法见公式）：..................................(6)——蓄电池系统的峰值功率保持率；SOP——当前时刻蓄电池系统的功率状态，单位为瓦（W）；SOPN——蓄电池系统的初始功率状态，单位为瓦（W）。5.5直流内阻及其极差与方差的变化率5.5.1直流内阻变化率直流内阻变化率是指蓄电池系统当前时刻直流内阻与初始直流内阻比值的百分数，计算方法见公式）：...................................(7)——蓄电池系统的直流内阻变化率；R——当前时刻蓄电池系统的直流内阻，单位为欧姆(Ω);N——蓄电池系统的初始直流内阻，单位为欧姆(Ω)。5.5.2直流内阻极差变化率直流内阻极差变化率是指蓄电池系统当前时刻直流内阻的极差（最大值与最小值之差）与初始直流内阻的极差比值的百分数，计算方法见公式（8）：..............................(8)——蓄电池系统的直流内阻极差变化率；Rmax——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）直流内阻的最大值，单位为欧姆Rmin——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）直流内阻的最小值，单位为欧姆RNmax——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始直流内阻的最大值，单位为欧姆(Ω);RNmin——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始直流内阻的最小值，单位为欧姆(Ω)。T/CSAE184—202155.5.3直流内阻方差变化率直流内阻方差变化率是指蓄电池系统当前时刻直流内阻的方差（各直流内阻与其平均值之差的平方和）与初始直流内阻的方差比值的百分数，计算方法见公式（9）：..............................(9)——蓄电池系统的直流内阻方差变化率；——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）直流内阻的均值，单位为欧姆(Ω);——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始直流内阻的均值，单位为欧姆(Ω);——当前时刻蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的直流内阻，单位为欧姆——蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的初始直流内阻，单位为欧姆(Ω);当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）直流内阻的均值，用公式（10）计算：.................................(10)——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）直流内阻的均值，单位为欧姆(Ω);——当前时刻蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的直流内阻，单位为欧姆(Ω);k——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的个数。蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始直流内阻的均值，用公式（11）计算：................................(11)——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始直流内阻的均值，单位为欧姆(Ω);——蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的初始直流内阻，单位为欧姆(Ω);k——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的个数。5.6电压极差与方差的变化率5.6.1电压极差变化率电压极差变化率是指蓄电池系统当前时刻电压的极差（最大值与最小值之差）与初始电压的极差比值的百分数，计算方法见公式（12）：..............................(12)——蓄电池系统的电压极差变化率；Vmax——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压的最大值，单位为伏特（VVmin——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压的最小值，单位为伏特（VVNmax——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始电压的最大值，单位为伏特（V）；T/CSAE184—20216VNmin——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始电压的最小值，单位为伏特（V）。电压取值建议采用附录A中推荐SOC测试点的如图3所示放电脉冲t0-t1之间任意时刻电压值。5.6.2电压方差变化率电压方差变化率是指蓄电池系统当前时刻电压的方差（各电压与其平均值之差的平方和）与初始电压的方差比值的百分数，计算方法见公式（13）：.............................(13)——蓄电池系统的电压方差变化率；——当前时刻蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的电压，单位为伏特（V——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压的均值，单位为伏特（V——蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的初始电压，单位为伏特（V）；——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始电压的均值，单位为伏特（V）。当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压的均值，用公式（14）计算：.................................(14)——当前时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压的均值，单位为伏特（V）；——当前时刻蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的电压，单位为伏特（Vk——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的个数。蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始电压的均值，用公式（15）计算：................................(15)——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）初始电压的均值，单位为伏特（V）；——蓄电池系统中第i个单体蓄电池（蓄电池电芯组）的初始电压，单位为伏特（Vk——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的个数。6试验方法6.1试验条件6.1.1环境条件除另有规定外，试验应在温度为25℃±5℃,相对湿度为1590大气压力为86kPa～106kPa的环境中进行。本文件所提到的室温，是指25℃±2℃。6.1.2测量仪器、仪表准确度要求T/CSAE184—20217所有测试仪表、设备应具有足够的精度和稳定度，其精度应高于被测指标精度至少一个数量级或误差小于被测参数允许误差的1/3，详细指标需满足以下要求：a)电压测量装置：不低于0.5级；b)电流测量装置：不低于0.5级；d)时间测量装置：0.02s；e)容量测量装置：不大于0.01Ah；f)能量测量装置：不低于0.5级。测试过程中若使用电池模拟系统，则模拟仪表、设备需满足以下要求：a)单体蓄电池电压模拟设备稳压精度小于1mV，工频纹波电压小于0.5mV；b)总电压模拟设备稳压精度小于1‰，工频纹波系数小于0.5‰；c)总电流信号源采样精度2‰，响应时间小于20ms。6.2基础电池数据测试6.2.1测试说明本部分测试结果为6.3BMS估算误差测试提供电池健康状态真值。本文件测试对象一般是蓄电池系统，如果蓄电池系统（如尺寸或重量）不适合进行某些测试，供需双方协商一致后可以用电池包或能够完成全部检测功能的电池系统最小管理单元替代。6.2.2充电方法按制造商提供的充电方法进行充电。若制造商未提供充电方法，则以1I1（A）电流恒流充电至制造商技术条件中规定的充电终止电压时转阶梯电流充电，至充电电流降至0.05I1（A）达到充电截止条件停止充电。6.2.3SOC调整测试样品SOC调整至试验目标值（n%）的方法如下：a)按照6.2.2的充电方法充电；b)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；c)以1I1（A）恒流放电（100-n）/100h。6.2.4容量与能量测试在室温下按照以下步骤进行测试：a)以1I1（A）电流或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件；b)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；c)按照6.2.2的充电方法充电，记录充电过程总的充电容量Ccha1（以Ah计）和充电能量Echa1（以Wh计）；d)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；e)以与a)同样的放电规范进行放电，记录放电过程总的放电容量Cdis1（以Ah计）与放电能量Edis1）；f)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；T/CSAE184—20218g)重复c)～f)，充电能量分别为Echa2和Echa3，放电容量分别为Cdis2和Cdis3，放电能量分别为Edis2和Edis3，三次充电能量的算术平均值为Echa，三次放电容量的算术平均值为Cdis，三次放电能量放电容量，Echa为该蓄电池系统的充电能量，Edis为该蓄电池系统的放电能量。如果Cdis1、Cdis2和Cdis3与Cdis的偏差有不小于2％的情况，则需要重复进行容量与能量测试过程，直至连续三次的放电容量满足确认条件。6.2.5SOP测试在室温下按照以下步骤进行测试：a)按照6.2.2的充电方法将蓄电池系统充电至满电状态；b)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；c)将蓄电池系统按照6.2.3方法调整至测试的SOC点；d)将蓄电池系统放置于室温下进行预处理，当测试的目标环境温度改变时，受试对象需在新的试验环境温度下静置至少16h，直到蓄电池系统内单体蓄电池的表面温度与环境温度的差值小于2℃,则可认为完成蓄电池系统的静置处理；e)采用某一恒定功率P1对电池持续充（放）电,直到达到以下条件之一时终止：蓄电池系统的单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压保护上（下）限，总电压保护上（下）限，制造商技术规范中规定的倍率等其他限定条件，记录充（放）电时间t1，如图1所f)重新将蓄电池系统按照6.2.3方法调整至测试的SOC点；g)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；h)根据t1的大小将电池的充（放）电功率调整至P2开始恒功率充（放）电，直到达到以下条件之一时终止：蓄电池系统的单体蓄电池（蓄电池电芯组）电压保护上（下）限，总电压保护上（下）限，制造商技术规范中规定的倍率等其他限定条件，记录充（放）电时间t2；i)重复峰值功率测试5次及以上，至少有2次t＞T(T为整车厂和制造商协商的峰值功率时间)，有2次t＜T。得到电池在该SOC点的充（放）电峰值功率P与充（放）电时间t的关系曲线，按照测试范围内均方误差最小为依据选择拟合函数进行SOP=f(t)的曲线拟合，如图2所示；j)从拟合曲线中用查询法可得到电池SOP真值=f(T)；k)重复步骤a）～j），在推荐的SOC点（参考附录A）分别完成SOP试验。图1恒功率脉冲充（放）电测试曲线T/CSAE184—20219图2恒功率脉冲充（放）电测试曲线拟合6.2.6内阻测试在室温下按照以下步骤进行测试：a)以1I1（A）电流或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件；b)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；c)按照6.2.2的充电方法充电；d)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；e)测试样品以6.2.3方法调整至测试SOC；f)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；g)运行HPPC测试，如图3所示，按照制造商规定的充放电脉冲电流和脉冲时间进行，其中放电脉冲为电池允许的最大放电脉冲，充电脉冲为电池允许的最大充电脉冲，脉冲时长推荐参考附录A，记录脉冲开始时及结束时的蓄电池系统的总电压V、电流值I以及各电池单体蓄电池（蓄电池电芯组）的电压Vi，最大采样间隔100ms；h)重复步骤dg完成推荐SOC点（参考附录A）下的内阻测试。图3HPPC测试示意图根据式（1619）计算测试蓄电池系统及其单体蓄电池（蓄电池电芯组）的放电直流内阻和充.....................................(16)T/CSAE184—2021Rdis——蓄电池系统的放电直流内阻，单位为欧姆(Ω);Vt0-——t0-时刻蓄电池系统的开路电压，单位为伏特（V）；Vt1-——t1-时刻蓄电池系统的端电压，单位为伏特（V）；It0-——t0-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）；It1-——t1-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）。.....................................(17)Rcha——蓄电池系统的充电直流内阻，单位为欧姆(Ω);Vt2-——t2-时刻蓄电池系统的开路电压，单位为伏特（V）；Vt3-——t3-时刻蓄电池系统的端电压，单位为伏特（V）；It2-——t2-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）；It3-——t3-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）。....................................(18)Ridis——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的放电直流内阻，单位为欧姆(Ω);Vit0-——t0-时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的开路电压，单位为伏特（V）；Vit1-——t1-时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的端电压，单位为伏特（V）；It0-——t0-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）；It1-——t1-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）。....................................(19)Richa——蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的充电直流内阻，单位为欧姆(Ω);Vit2-——t2-时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的开路电压，单位为伏特（V）；Vit3-——t3-时刻蓄电池系统中单体蓄电池（蓄电池电芯组）的端电压，单位为伏特（V）；It2-——t2-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）；It3-——t3-时刻蓄电池系统的试验电流，单位为安培（A）。6.3BMS估算误差6.3.1蓄电池系统循环工况按照如下步骤对蓄电池系统进行循环工况测试：a)以1I1（A）电流或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件；b)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；c)按照6.2.2的充电方法充电；d)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；T/CSAE184—2021附录F中的充放电工况，根据中国工况得到的电池系统充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统进行放电，放电至制造商规定的放电截止条件；f)按照b)～e)连续循环。6.3.2BMS测试工况由于不同厂家的BMS对于电池健康状态的估算方法不同，根据实际条件，在推荐的测试温度下（参考附录A）采用快充、慢充、典型充放电工况参见GB/T38661附录F中的充放电工况，根据中国工况得到的电池系统充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统进行测试。具体步骤如下：a)以1I1（A）电流或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件；b)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；c)按照6.2.2的充电方法、快充（充电电流大于I1（A））或慢充（充电电流小于0.2I1（A））对测试样品进行充电至制造商规定的充电截止条件；d)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间（不高于60min）；e)根据实际应用条件，可采用1I1（A）电流放电、典型充放电工况参见GB/T38661附录F中的充放电工况，根据中国工况得到的电池系统充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统进行放电，放电至制造商规定的放电截止条件。6.3.3BMS健康状态估算测试流程根据BMS制造商与检测机构协商测试过程，分为以下三种测试场景。a)BMS制造商进行测试，第三方检测机构进行监督，测试流程如下：1)在第三方检测机构的监督下，BMS制造商在初始状态下按照6.2测定测试样品（数量≥3）的初始性能参数；2)BMS制造商按照6.3.1的蓄电池系统循环工况对测试样品进行测试，推荐分别在第300次、500次、1000次循环时，在检测机构的监督下按照6.2与6.3.2测定测试样品的性能参数真值与BMS的估算值，BMS估算值应为标定测试前的估计值。b)BMS制造商提供样品电池送予第三方检测机构进行测试，测试流程如下：1)BMS制造商在初始状态下将测试样品（样品数量≥9）送予第三方检测机构，第三方检测机构按照6.2测