動力鋰電池測試標準的研究及應用

吳孟俊，韋中樂，程 亮，孫 瓊

(江森自控新能源電池研發(上海)有限公司，上海 201107)

為了改善日趨嚴重的環境問題和能源問題，在上世紀90年代，電動汽車這一新興產業逐漸成為全球關注的焦點，經過多年的研發和推廣，目前已經在市場上嶄露頭角。動力電池作為新能源汽車動力系統的核心部件之一，它的技術能否突破則直接影響了電動汽車的大規模使用與產業化。一直以來，由于動力電池在功率性能、使用壽命、續駛里程以及一些安全方面的問題，一定程度上制約了電動汽車的應用與推廣。近年來，隨著鋰離子動力電池技術的突破，并在電動汽車領域得到應用，這一局面開始有了較大的改善。相對于傳統鉛酸電池、氫鎳電池等而言，鋰離子動力電池憑借其高比能量、高比功率以及使用壽命較長等方面的優點，得到了越來越多整車企業的認同，使得以鋰離子動力電池為驅動力的電動汽車開始慢慢涌入市場。

在這一過程中，國內外的相關組織、機構開始逐漸完善針對動力電池的性能、可靠性以及安全測試標準的制訂工作，以符合實際應用需求。為此，本文篩選了目前國內外具有代表性的幾個測試標準，其中包括 QCT743、ISO12405、IEC62660、SAEJ2929、UL2580。

本文首先簡要描述了這些標準的歷史沿革，進而對這些標準的具體內容進行介紹，然后對這些標準在測試內容和實際應用等方面的異同點進行了比較分析，最后歸納總結了實際應用過程中測試標準的合理選擇。

1 標準的歷史沿革

1.1 QCT743的歷史沿革

近幾年，為了適應國內外電動汽車行業的發展需求，在參考美國、歐洲及日本等發達國家和地區相關標準的基礎上，并結合國家“863”電動汽車重大專項動力電池測試工作的實際經驗，我國于2006年制定了QC/T 743《電動汽車用鋰離子蓄電池》標準。這一標準主要是適用于鋰電池單體和鋰電池模塊的測試需求。截止目前，最新版的QC/T 743-2013[1]正在修訂中。相比于2006年的版本，除了對一些測試內容的參數進行了修訂外，更增加了針對鋰離子動力電池系統的循環壽命測試，進一步完善了這一標準體系。另外值得注意的是，該標準目前已經成為我國對電動汽車用鋰離子動力電池的強制性檢測標準[2]。

1.2 ISO12405和IEC62660的歷史沿革

近年來，隨著新技術新化學體系的出現，比如鋰離子動力電池，亟需制定相應的測試標準予以規范[3]。針對這一現狀，國際上標準化工作的兩大核心組織國際標準化組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)針對車用鋰離子動力電池制訂了相關的測試標準[4]。其中IEC 主要負責鋰離子動力電池單體和模塊的檢測標準 IEC 62660-1/-2/-3 的制訂，IEC62660-1[5]和IEC62660-2[6]已于2010年正式頒布實施，IEC62660-3 目前仍在制訂過程中。 ISO 則負責鋰離子動力電池系統檢測標準ISO12405-1/-2/-3 的制訂，在2011年和2012年先后頒布了ISO12405-1[7]和ISO12405-2[8]并予以實施，ISO12405-3 也 于2013年正式頒布。

1.3 SAEJ2929的發展現狀

隨著美國新能源項目的不斷發展，動力電池在車輛行駛過程中的安全隱患問題(如爆炸、起火等)得到了越來越多專業人士的關注。因此，在1999年，SAE 協會頒布了針對安全檢測的標準SAE J2464，并在2009年對版本進行了更新。該標準主要是針對電池單體、電池模塊以及電池系統在安全可靠性方面的檢測標準。到了2011年，SAE 協會在總結了之前的動力電池安全檢測標準及其他國際的相關標準后，頒布了車用鋰離子動力電池的安全檢測標準SAEJ2929[9]。該標準援引了諸多成熟的國際標準，如 SAEJ2464，SAEJ2380，IEC60068 等，并一直沿用至今[4]。

1.4 UL2850歷史沿革

美國保險商實驗所(UL)是從事于安全檢測和鑒定服務的非政府機構，在美國有著悠久的歷史和非常高的權威性與影響力。早在1985年，針對鋰電池單體的安全檢測標準UL1642在美國正式頒布 (2012年已經更新到第五版)。到1997年，在UL1642 的基礎上，美國UL 認證機構又針對電池模塊的安全濫用測試制訂了新的標準UL2054，并在2004年對其進行了修訂。到了2010年，新的針對輕型電動車用鋰電池系統安全檢測標準UL2271 頒布。隨著研究的進一步深入，到了2011年10月，電動汽車用動力電池系統安全檢測標準UL2580[10]正式頒布實施。

2 標準具體內容介紹

2.1 QCT/T743標準內容

QC/T743 作為我國國家規定的強檢項目之一，已經得到了越來越多新能源汽車行業的重視，在最新的2014 修訂版中，它主要包括了動力電池單體、模塊和整個電池系統的測試內容。在單體和模塊方面，除了常規檢測和電性能測試外，還有過充、過放、短路、加熱、跌落、針刺、擠壓等安全性方面的實驗；而在電池系統方面，也增加了針對不同車型采用不同的路況的循環壽命實驗，具體見表1。

表1 QC/T743 最新標準內容介紹

2.2 ISO12405標準內容

根據1.2 所述，ISO12405-1 和ISO12405-2 分別著眼于高能量和高功率型電池的應用，包括常規實驗、性能實驗、可靠性實驗及濫用實驗。另外，針對安全性方面需求的檢測標準ISO12405-3 也于2013年正式頒布，具體見表2。

從表2的分析中，不難發現ISO12405-1 和ISO12405-2這兩個檢測標準從范圍上看基本相同，但從具體測試項目看，還是有所區別，主要體現在性能測試方面。對于高功率型的電池系統，需要對其高低溫啟動功率進行驗證。相應的對于高能量型電池來說，它更加注重的是在快速充電過程中的能量效率問題。ISO12405-3 則是專門針對電池系統安全性能的測試，與 ISO12405-1 和 ISO12405-2 不同，ISO12405-3 除了短路、過充、過放實驗外，還包括浸水、熱循環、起火實驗、碰撞等，這一標準也在2013年正式頒布實施。

表2 ISO 12405 標準內容介紹

2.3 IEC62660標準內容

根據1.2 所述，IEC62660-1 主要是針對鋰電池性能測試方面的標準，而IEC62660-2 主要是針對鋰電池可靠性和濫用方面的測試標準。IEC62660-3 針對動力電池安全方面的要求標準也會在近期發布，具體見表3。

從表3分析中可以看出，從鋰電池單體的性能測試、可靠性和濫用測試方面，IEC62660 都對其做了非常詳細的描述，很具有代表性。為了能進一步完善車用動力鋰電池的測試標準，針對安全檢測標準的IEC62660-3 仍在制訂中，預計也將會在近期頒布。另外，值得注意的是，在IEC62660-2 中的濫用測試并不以單純的通過與否作為判斷，而是引入了危險等級的概念，即根據實驗現象，定義不同的危險等級。從0 到7 危險等級逐漸提升，具體如表4所示。

2.4 SAEJ2929標準內容

在SAEJ2929 中，主要包括以下幾項安全測試內容：短路、過充過放、濕度、機械振動沖擊、跌落、熱沖擊、浸水、模擬車輛起火和電磁兼容性實驗。通過對以上測試項目的分析，可以說SAEJ2929 已基本上涉及了絕大部分的電池安全測試內容，具體見表5。

表3 IEC62660 標準內容介紹

表4 動力電池安全等級

表5 SAEJ2929 標準內容介紹

2.5 UL2580標準內容

UL2580 的測試內容主要有電氣安全測試、機械安全測試、環境安全測試。作為動力電池系統相關的安全測試標準，它跟2.4 節描述的SAEJ2929 標準相比，UL2580 標準除了涵蓋了幾乎所有SAEJ2929 所涉及到的安全方面的測試內容外，還有額外的一些安全類實驗，例如不均衡充電、絕緣耐壓、旋轉、溫升、鹽霧及內部起火等測試內容，具體見表6。

表6 UL2580 標準內容介紹

3 標準的比較分析

通過對目前國內外主要動力電池測試標準內容的分析，可以看出每個組織協會制訂的標準都有很強的針對性，比如ISO12405、SAEJ2929 和UL2580 都是針對整個電池包和電池系統的標準，IEC62660 是針對電池單體及電池模塊的測試標準，QC/T743 最新版則包括了電池單體、電池模塊及電池系統的測試內容。從測試類型上分析，新版QC/T743 包括常規實驗、安全濫用實驗及循環壽命實驗；ISO12405 和IEC62660 包括了常規實驗、性能實驗、可靠性實驗和安全濫用實驗；SAEJ2929 和UL2580 主要都是針對安全濫用方面的測試內容，包括電氣、機械和環境方面的測試，具體見表7。

表7 標準的比較分析

4 標準的選擇應用

在實際應用過程中，除了對標準內容本身需要熟悉外，更加重要的一點在于根據實際測試對象及應用環境的不同，選擇合適的參考標準，將對實驗價值和實驗結果產生積極深遠的影響。

就電池單體測試而言，相比于IEC62660，作為國內的強檢標準之一，QC/T743 更具有代表性，實驗結果也更容易被國內整車廠所認可。另外在最新版的QC/T743 中，又加入了電池系統循環壽命實驗標準，這樣在驗證電池單體的基礎上，可以進一步驗證電池系統的性能表現。

就電池系統性能及可靠性測試等而言，ISO12405-1 和ISO12405-2 分別是針對高能量和高功率的電池系統應用，非常具有代表性。

就電池系統安全類測試而言，SAEJ2929 和UL2580 都是可供選擇的參考標準，相對于SAEJ2929 來說，UL2580 標準測試對象更廣泛，即UL2580 針對的電池不受其化學成分的限制，對鉛酸、鋰離子、氫鎳電池等都適用，而SAEJ2929 的測試對象則僅限于動力鋰電池。從實驗內容上看，通過表5和表6的分析，UL2580 涵蓋的實驗內容更加廣泛。但在實際應用過程中，需要綜合考慮各種因素，比如項目預算、時間進度、實驗內容等等，最終選擇一個最合適的參考標準進行實驗。

5 總結

QC/T743、ISO12405、IEC62660、SAEJ2929 及 UL2580 是目前國內外頗具代表性的幾個測試標準，覆蓋了從電池單體到電池系統各個層面的測試內容，具備一定的參考價值，并普遍被整車廠所接受。本文對這些標準的歷史發展作了簡要的概述，并對這些標準的實驗內容進行了比較分析，最后對這些標準的選擇依據提出了自己的建議和看法。總體來看，除了常規的一些測試外，電動車用鋰離子動力電池的性能測試、可靠性測試、安全濫用測試是目前最主要的三大測試方面。另外，如何針對不同的測試對象，根據實際情況的不同而選擇合適的參考標準將對實驗工作的順利開展起到至關重要的作用。

[1]全國汽車標準化技術委員會.QC/T743-2013：電動汽車用鋰離子蓄電池[S].北京：國家發展和改革委員會，2013.

[2]王益群，陳亮，白瑩杰，等.我國電動汽車用鋰離子動力電池標準情況[J].標準科學，2012(7)： 26-28.

[3]OMAR N, DAOWD M, OMAR H, et al.Standardization work for BEC and HEV applications： Critical appraisal of recent traction battery document[J].Engine,2012(5)：138-156.

[4]王宏偉，劉軍，肖海清，等.國內外鋰離子動力電池相關標準分析對比[J].電子元件與材料，2012,31(10)：83-86.

[5]International Electrotechnical Commission.IEC62660-1-2010： secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles-part 1：performance testing[S].Switzerland：International Electrotechnical Commision,2010.

[6]International Electrotechnical Commission.IEC62660-2-2010： secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles-part 1：reliability and abuse testing[S].Switzerland：International Electrotechnical Commision,2010.

[7]International Organization for Standardization.ISO 12405-1-2011：Electrically propelled road vehicles- Test Specification for lithiumion traction battery system- part 1： High power applications[S].Switzerland：International Organization Standardization,2011.

[8]International Organization for Standardization.ISO 12405-2-2012：Electrically propelled road vehicles- test specification for lithiumion traction battery system- part2： High energy applications[S].Switzerland：International Organization Standardization,2012.

[9]Society of Automotive Engineers.SAEJ2929-2011.Electric and hybrid vehicle propulsion battery system safety standard-lithium based rechargeable cells[S].US：International Surface Vehicle Standard,2011.

[10]Underwriter Laboratories Inc.UL2580-2011.Standards for batteries of use in Electric vehicles[S].US：UL Standard Designation,2011.