電動(dòng)汽車用鋰電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題及建議

史瑞祥，凌 澤，夏 晴，楊 杰

（重慶車輛檢測(cè)研究院 國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122）

1 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

鋰離子動(dòng)力電池具有電壓高、比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。為了保證電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的性能及安全性，2009年7月1日，國(guó)家工信部發(fā)布的《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》（工產(chǎn)業(yè)[2009]第44號(hào)）已正式施行。根據(jù)該規(guī)則，電動(dòng)汽車除要符合有關(guān)常規(guī)汽車產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)當(dāng)符合電動(dòng)汽車產(chǎn)品的專項(xiàng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（共22項(xiàng)）。目前我國(guó)已經(jīng)頒布實(shí)施的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有文獻(xiàn)[1]-[5]。這些標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)項(xiàng)目及方法大同小異。由于我國(guó)電動(dòng)汽車及其關(guān)鍵零部件發(fā)展起步較晚，經(jīng)驗(yàn)較為欠缺，在此基礎(chǔ)上制定出的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)難免有些不足之處。隨著我國(guó)電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)不斷完善。下面以目前被電動(dòng)汽車使用最為廣泛的鋰離子動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)[3]為例，結(jié)合重慶車輛檢測(cè)研究院國(guó)家客車檢測(cè)中心進(jìn)行的大量電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池公告檢測(cè)和研發(fā)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)鋰離子電池檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)建議。

2 存在的問題及建議

2.1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

問題：標(biāo)準(zhǔn)只適用于標(biāo)稱單體電壓3.6 V和模塊3.6 V×n（n為蓄電池單體個(gè)數(shù)）的鋰離子蓄電池。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，有3.2 V額定電壓和2.2 V（鈦酸鋰）額定電壓的電池不在本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍內(nèi)，但是行業(yè)內(nèi)測(cè)試仍依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)。

建議：在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)覆蓋其他額定電壓的鋰離子蓄電池。

2.2 單體跌落試驗(yàn)

問題：標(biāo)準(zhǔn)要求跌落試驗(yàn)每面一次，疊片式方形電池共六個(gè)面，跌落六次，包括電極面。電極面跌落時(shí)，是否包含電極上面的連接螺栓等附件標(biāo)準(zhǔn)上未明確，跌落面的跌落順序也沒有明確。對(duì)于圓柱形性電池如何理解每面跌落一次的做法，需要明確試驗(yàn)方法。疊片式電池的安全閥大部分安裝在電極端，在電極端跌落瞬間通常會(huì)有微量電解液流出。

建議：標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)明確規(guī)定方形電池和圓柱形電池跌落方法和跌落順序，電池試驗(yàn)時(shí)應(yīng)與實(shí)車裝車狀態(tài)一致，電極連接螺栓等零部件要與樣品一起跌落。對(duì)于圓柱形電池應(yīng)在圓柱面360°的圓周等分四份分別跌落，保證跌落次數(shù)與方形電池一致。由于動(dòng)力電池目前安全閥大多采用壓縮彈簧的形式，所以安全閥朝向地面與地面接觸瞬間電解液會(huì)壓縮彈簧流出微量電解液，標(biāo)準(zhǔn)要求不漏液過于嚴(yán)格，不漏液在實(shí)際試驗(yàn)中很難把握，雖然肉眼沒有看見電解液流出，但是已經(jīng)能夠聞到電解液的氣味，所以建議參考文獻(xiàn)[6]允許漏液，但規(guī)定漏液量不超過一定限值即可，漏液量等于電池試驗(yàn)前后質(zhì)量差。

2.3 短路試驗(yàn)

問題：短路試驗(yàn)包括單體短路和模塊短路，試驗(yàn)時(shí)硬件保護(hù)電路和電子保護(hù)線路是否去掉未作明確要求，部分產(chǎn)品（主要是圓柱形電池）電芯加了PTC硬件保護(hù)。在短路時(shí)，電流過大，電路自動(dòng)切斷，電池溫度恢復(fù)后，電路自動(dòng)接通；部分產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)，動(dòng)力電池單體極耳處的連接片橫截面較小，模塊電池單體電池間連接片橫截面較小（有些是正常裝車狀態(tài)；有些是企業(yè)為了通過測(cè)試，故意為之），由于連接片橫截面很小能夠承受的電流有限，短路后電流很大在很短時(shí)間內(nèi)即將其熔斷。標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)時(shí)間是10 min，如果試驗(yàn)時(shí)連接片熔斷，后面的試驗(yàn)時(shí)間是沒意義的。

建議：模塊短路電池的個(gè)數(shù)應(yīng)明確，五個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成模塊的短路電流與十個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成的短路電流差距會(huì)很大，電流越大越容易出問題。可能兩個(gè)不同檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)同一種電池因?yàn)槎搪冯姵貍€(gè)數(shù)不一致，出現(xiàn)不同檢驗(yàn)結(jié)果。這也不便于檢測(cè)機(jī)構(gòu)和企業(yè)之間的交流。為了保證大家的試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，應(yīng)統(tǒng)一短路電池的個(gè)數(shù)，或者明確模塊是由幾個(gè)單體串聯(lián)而成，而不是五個(gè)及五個(gè)以上構(gòu)成；試驗(yàn)時(shí)蓄電池應(yīng)去掉所有的電子保護(hù)和硬件保護(hù)，在最嚴(yán)格的狀態(tài)下考核；短路時(shí)電池的放置狀態(tài)應(yīng)與實(shí)際裝車狀態(tài)相符；短路試驗(yàn)結(jié)束條件應(yīng)參考文獻(xiàn)[7]，電池恢復(fù)常溫后視為試驗(yàn)結(jié)束，因?yàn)槿绻搪?0 min后電池溫度很高，也有引發(fā)燃燒的可能。

2.4 擠壓試驗(yàn)

問題：標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定模塊擠壓的速度，只規(guī)定了擠壓的程度，擠壓速度的不同將會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響；擠壓試驗(yàn)分兩個(gè)階段：第一階段擠壓原始尺寸的15%,保持5 min，第二階段擠壓至原始尺寸的50%后，何時(shí)結(jié)束試驗(yàn)退出擠壓頭未作明確規(guī)定；標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于單體電池?cái)D壓的擠壓頭規(guī)定過于籠統(tǒng)，只要求擠壓面積大于20 cm2即可，擠壓頭的尺寸形狀等未進(jìn)行規(guī)定；擠壓試驗(yàn)時(shí)樣品的放置狀態(tài)沒有明確。

建議：標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確擠壓速度，擠壓速度對(duì)整個(gè)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)有重要性的影響，擠壓速度不同可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不同；第二階段擠壓試驗(yàn)完成后不能馬上退出擠壓頭，如果立即退出擠壓頭空氣進(jìn)入電池后極易引發(fā)燃燒，應(yīng)等電池恢復(fù)至常溫后退出擠壓頭；標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確單體擠壓頭尺寸和結(jié)構(gòu)，各檢測(cè)機(jī)構(gòu)及企業(yè)由于單體擠壓頭的尺寸和形狀不一致，造成試驗(yàn)結(jié)果不具有可比性。

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確電池的放置狀態(tài)，部分企業(yè)及檢測(cè)機(jī)構(gòu)擠壓設(shè)備是從上而下擠壓電池，試驗(yàn)中電池放置狀態(tài)與實(shí)際裝車的狀態(tài)不相符[8]。

2.5 針刺試驗(yàn)

問題：標(biāo)準(zhǔn)要求針刺入電池后保持其中，但未規(guī)定何時(shí)可以拔出試驗(yàn)用針；標(biāo)準(zhǔn)要求模塊針刺貫穿至少三個(gè)單體電池，試驗(yàn)中可以貫穿不少于三個(gè)的動(dòng)力電池單體，刺穿個(gè)數(shù)越多，出問題的概率增大；標(biāo)準(zhǔn)要求針刺試驗(yàn)中針垂直極板刺入電池，未規(guī)定試驗(yàn)時(shí)候電池的放置狀態(tài)；標(biāo)準(zhǔn)要求針的直徑φ3～φ8 mm，未統(tǒng)一規(guī)定試驗(yàn)用針的尺寸。

建議：對(duì)于模塊針刺應(yīng)規(guī)定針刺電池個(gè)數(shù)，各檢測(cè)機(jī)構(gòu)及企業(yè)刺入電池個(gè)數(shù)保持一致，試驗(yàn)結(jié)果具有可比性；對(duì)已刺穿電池的試驗(yàn)用針需等電池恢復(fù)常溫后方可退出，如果針刺入電池后立即退出，空氣進(jìn)入電池極易引發(fā)電池燃燒，可參考文獻(xiàn)[6]及[7]；標(biāo)準(zhǔn)要求刺針的直徑φ3～φ8 mm，部分企業(yè)試驗(yàn)人員認(rèn)為使用φ3 mm的鋼針比使用φ8 mm的鋼針容易通過試驗(yàn)，建議規(guī)定統(tǒng)一尺寸鋼針或者采用φ8 mm鋼針從最嚴(yán)格的角度進(jìn)行試驗(yàn)，以使試驗(yàn)結(jié)果有可比性；標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)明確試驗(yàn)中電池的放置狀態(tài)，部分企業(yè)及檢測(cè)機(jī)構(gòu)針刺設(shè)備是從上而下刺入電池，試驗(yàn)中電池放置狀態(tài)與實(shí)際裝車的狀態(tài)不相符。

2.6 過充電試驗(yàn)

問題：標(biāo)準(zhǔn)要求蓄電池在進(jìn)行過充電試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)不爆炸、不起火，在實(shí)際的試驗(yàn)過程中，有部分電池在過充電試驗(yàn)時(shí)并未發(fā)生爆炸、起火等，而是產(chǎn)生較濃烈的煙霧，過充結(jié)束后隨著電池反應(yīng)的加劇幾分鐘后才發(fā)生爆烈、起火等現(xiàn)象[9]。

建議：過充電試驗(yàn)的結(jié)束條件應(yīng)規(guī)定為試驗(yàn)后電池恢復(fù)到常溫才結(jié)束試驗(yàn)比較合理。

2.7 振動(dòng)中放電

問題：標(biāo)準(zhǔn)要求模塊進(jìn)行耐振動(dòng)試驗(yàn)，但是并未規(guī)定振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)電池的安裝狀態(tài)；振動(dòng)條件沒有常規(guī)汽車電氣部件嚴(yán)格；振動(dòng)中只要求放電也不符合車輛正常的使用狀態(tài)。

建議：模塊振動(dòng)中放電首先應(yīng)明確蓄電池模塊在振動(dòng)臺(tái)上的的安裝方向和安裝型式應(yīng)與實(shí)車狀態(tài)保持一致；振動(dòng)條件只進(jìn)行了上下振動(dòng)，同時(shí)車輛運(yùn)行中還有橫向和縱向振動(dòng)未進(jìn)行考核，通常車輛上電器部件應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)[10]，應(yīng)提高振動(dòng)強(qiáng)度和振動(dòng)頻率，增加振動(dòng)時(shí)間和橫縱向振動(dòng)，具體可參考文獻(xiàn)[10]；電動(dòng)車用動(dòng)力電池在實(shí)際使用中肯定是變工況的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的放電電流總是1I3不合理,放電電流應(yīng)該是變工況放電才比較符合實(shí)際車輛運(yùn)行情況；標(biāo)準(zhǔn)中只對(duì)振動(dòng)中放電作了要求，振動(dòng)中充電未作任何要求；車輛在實(shí)際運(yùn)行中，電池也存在充電的情況，發(fā)電機(jī)發(fā)電充電和制動(dòng)過程能量回饋充電，因此，對(duì)振動(dòng)中充電的情況也應(yīng)進(jìn)行考核。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)2008年以后才開始大規(guī)模發(fā)展電動(dòng)汽車，而標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施是在2006年，目前國(guó)外也沒有專門針對(duì)電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合我院進(jìn)行的大量鋰離子動(dòng)力電池試驗(yàn)，分析了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足之處并給出了相應(yīng)的建議，希望有助于標(biāo)準(zhǔn)的修訂和改進(jìn)，有助于同行業(yè)試驗(yàn)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解。鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)充分考慮電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行工況和環(huán)境條件，同時(shí)還應(yīng)該考慮實(shí)際使用中存在的、但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)未有的沖擊試驗(yàn)、浸水試驗(yàn)、燃燒試驗(yàn)等。

[1]QC/T 741-2006，車用超級(jí)電容器[S].

[2]QC/T 742-2006，電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池[S].

[3]QC/T 743-2006，電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池[S].

[4]QC/T 744-2006，電動(dòng)汽車用金屬氫化物鎳蓄電池[S].

[5]GB/Z 18332.2-2001，電動(dòng)道路車輛用鋅空氣蓄電池[S].

[6]UL2054-2004，家用及商用電池[S].

[7]UL1642-2005，鋰電池[S].

[8]高鋒，張強(qiáng)，嚴(yán)臣樹，等.基于電壓的微混蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，（12）：1-5.

[9]賈金倉(cāng)，李俊文，劉經(jīng)華.汽車鉛酸蓄電池的充電方法探討[J].公路與汽運(yùn)，2009，（3）：26-28.

[10]QC/T 413-2002，汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)件[S].