出口歐盟電動車用電池系統的測試標準對比研究

王佳琪，陳立鐸，尚慶波

(1.愛馳汽車(上海)有限公司，上海200082；2.中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司，天津300300；3.中國汽車技術研究中心有限公司，天津300300；4.TüV 南德意志大中華集團，上海200070)

在一系列國家政策支持下，國內電動汽車保有量日益增長。電動化、網聯化、智能化、共享化的汽車“新四化”發展趨勢在影響人們日常出行和車輛使用的同時，正加速對傳統汽車行業產生沖擊。隨著消費者和業界對續駛里程的要求不斷提高，動力電池能量密度持續攀升，高鎳材料的使用使得電池熱穩定性降低，在外界環境影響下發熱、失控、起火等安全問題日漸突出[1-3]。電動汽車成為了汽車行業發展趨勢，不僅在技術上帶來了更高的要求，更是對安全提出了考驗[4]。我國新能源汽車新車型申報中，對車載能源動力電池系統的安全性進行了強制要求，只有滿足了基本環境安全、機械安全、電安全性要求后方可量產面向市場和消費者。

新能源車企在積極提升自身技術實力及產品品質、拓展國內市場的同時，還希望布局海外市場，將產品推向更廣闊的世界舞臺。而邁向海外市場，產品獲得相關出口國家標準法規是企業需要面臨的首要問題。

聯合國歐洲經濟委員會(the United Nations Economic Commission for Europe，以下簡稱ECE)于1947 年成立，旨在促進56 個成員國經濟整合與合作的多邊平臺。ECE 認證(也稱E-mark 認證)是歐洲經濟委員會成員國市場內，對汽車及其零配件產品按照ECE 法規(Regulation)開展的一種通用認證，產品符合認證要求，即授予型式認證證書，表示其通過了行車安全法規。E-mark 證書是由各成員國交通部頒發，它表示產品已經符合相應的法令與法規的要求，可以合法地進口和銷售，發證機關是各成員國交通部。

ECE Regulation No.100(ECE R100)是由ECE 制定的市場準入公告法規，要求申請歐盟的整車型式認證(WVTA)時必須通過第二版ECE R100.02 的要求。從2016 年7 月起，電動汽車及其所裝配的車載可充電儲能系統(如動力電池、超級電容等)必須通過ECE R100 才能在歐洲及其他一些ECE 協議國家注冊并上市銷售，性質類似于我國的強制性認證測試。由此可見，準確理解并把握ECE R100 測試標準對于國內傳統車企、造車新勢力均具有重要意義。

作為電動汽車的核心部件，也是車輛的能量攜帶載體，電池系統的安全在整車認證測試領域屬于重中之重。本文從電池系統安全角度出發，對出口歐盟電動車用電池系統的測試標準ECE R100 與國內現行動力電池系統安全性認證標準GB/T 31467.3-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3 部分：安全性要求與測試方法》和2020 版GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，以及國際安全認證法規ISO 12405-3：2014《Electrically propelled road vehicles Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems Part 3: Safety performance requirements》進行對比分析。通過聚焦測試項目、測試方法與性能評價指標差異性，有針對性地給出ECE R100 標準下的電池系統測試關鍵環節。

1 歐盟新能源車用電池系統法規與測試標準

從2016 年7 月起，歐盟理事會要求申請歐盟的整車型式認證時必須滿足ECE R100 要求，法規采用的是2013 年第二版修訂內容，包含兩個部分：第一部分是對整車車輛電氣安全的要求；第二部分是針對零部件級別車載可充電儲能系統(REESS)的安全要求。

ECE R100 Part II 對電動車搭載的REESS 安全性提出了明確要求，測試項目主要包括電安全性、環境安全性及機械安全性等3 部分測試內容，其分類依據如表1 所示。

表1 電池系統安全性的測試項目分類、評價指標及驗證規程

動力電池系統作為電動汽車的核心系統，ECE R100 標準從系統層級統籌考慮安全要求，對于可能導致動力電池故障發生事故的風險進行驗證分析，測試方法核心部分概要如表2所示。

2 國內新能源車用電池系統法規與測試標準

國內標準版圖下，由全國汽車標準化技術委員會歸口、中國國家質量監督檢驗檢疫總局聯合中國國家標準化管理委員會，于2015 年重磅發布了GB/T 31467.1-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第1 部分高功率應用測試規程》、GB/T 31467.2-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第2 部分高能量應用測試規程》、GB/T 31467.3-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統安全性要求與測試方法》，GB/T 31484-2015《電動汽車用動力蓄電池循環壽命要求及試驗方法》、GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》、GB/T 31486-2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》。這些電池國家標準的發布，促使電池生產企業朝著高安全、高性能、長壽命方向發展，對促進動力電池發展起到有據可依的重要作用。

表2 ECE R100 Part II 測試方法

2017 年7 月，GB/T 31467.3-2015 第1 號 修 改 單 開 始 實施[5]，對原標準修訂內容主要體現在振動、擠壓部分內容，修訂后執行的電池系統擠壓力由原200 kN 到100 kN，振動由原21 h 3 個方向共63 h 隨機振動到3 h 正弦振動，對振動和擠壓試驗條件的嚴苛性、必要性進行重新考量。

2020 年5 月，作為我國第一個電動汽車用動力蓄電池強制性國標，GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》正式發布。在考慮到正常使用場景、可預見的故障條件、可能出現的安全隱患的基礎上，充分理解電動汽車安全失效模式與提前防范措施。強標取消了翻轉和跌落項目，同時也新增或調整了關鍵測試項目。對于M1、N1 及以外的車輛電池包振動分三個軸進行，每個軸向均進行12 h 隨機及1 h 定頻振動，并規定了振動試驗后的電池包需進行浸水實驗，該項新要求對機械結構試驗后電池包的氣密提出了要求，不僅考慮到測試中樣品的安全，更綜合考慮了機械安全后的密封情況。強標擠壓項目擴充了三個半圓柱體的擠壓版形式許可。同時，新增了熱擴散測試項目，將行業內關注度較高的安全測試項目納入強制性檢驗，企業必須確保在由于單個電池熱失控引起熱擴散、進而導致乘員艙發生危險之前5 min，應提供一個熱事件報警信號，用以保障成員安全。電安全類項目中充分考慮應用場景，新增過流保護項，在高于企業規定的電流時，電池管理系統應具備相關響應機制。

3 中歐電動車用動力蓄電池系統測試方法與評價

ECE R100.02 與ISO 12405-3、GB/T 31467.3 及其第1 號修改單和GB 38031-2020 同為鋰離子電池系統安全性標準，通過對這些標準的測試項目、測試方法、性能評價指標加以分析，得出ECE R100.02 與ISO 12405-3、GB/T 31467.3 及其第1號修改單、GB 38031-2020 存在以下區別。

3.1 測試項目的差異

ECE R100 共9 項安全性測 試，GB/T31467.3 共16 項測試，GB 38031-2020 共16 項，ISO 12405-3 共12 項測試?？梢钥闯觯棙藴试跍y試項目要求上相近，但歐洲相對于中國更集中關注機械可靠性和保護功能類驗證，考慮到試驗周期、試驗成本、產品結構強度等因素，對環境安全類驗證比重偏小(以高海拔、海水浸泡、鹽霧、濕熱循環為代表)。條件滿足情況下試驗周期可縮短至1～2 周，需要提供的試驗樣件數相對較低，從這兩個角度可為企業減輕認證所需經濟負擔。但同時減少環境安全類驗證也給產品質量保證帶來了一定風險，具體表現如：高海拔下電池系統散熱性能降低，充放電過程中溫升、溫差增大，熱穩定性受到影響[6]；自然界的雨水、井水、河水等均是混有雜質的非純凈水，溶解有電解質，一旦蓄電池包或系統的氣密存在缺陷，將可能造成線束密集區或金屬接插件內部短路，甚至發生冒煙起火爆炸[7]，浸水防水等級關乎電池安全。此外，GB 38031-2020 中新增了熱擴散測試項目，ECE R100 中并無此安全法規測試項。ECE R100 與ISO 12405-3、31467.3-2015 及其第1 號修改單、GB 38031-2020在測試項目上的對比如表3 所示。

表3 ECE R100與ISO 12405-3、31467.3-2015及其第1號修改單、GB 38031-2020測試項目對比

3.2 關鍵測試項目方法差異

關鍵測試項目之擠壓，ECE R100 中規定使用半徑為75 mm 的3 個半圓柱體組成的擠壓板，擠壓力為100～105 kN，在擠壓板和擠壓力上與ISO 12405-3：2014 保持一致。GB/T 31467.3 及其第1 號修改單在擠壓板上存在不同，其規定使用半徑75 mm 的單半圓柱體，擠壓截止條件也稍有不同，規定為擠壓力達到100 kN 或整體尺寸的30%。而2020 版GB 38031 在擠壓板上則兼容了單半圓柱體擠壓板和3 個半圓柱體組成的擠壓板，擠壓截止條件與GB/T 31467.3 及修改單保持一致。實際測試中值得關注的是，單半圓柱體擠壓板布置方式不同，電池系統接觸點位受力情況也不一樣，縱向擠壓時接觸面積更窄，局部受力更大，通過這種擠壓方式電池系統的最大擠壓變形量將會高于橫向擠壓變形。相較于國內標準，ECE R100 更傾向于綜合考慮受力情況，要求橫向擠壓最大程度覆蓋受力面積。

關鍵測試項目之振動，ECE R100 中規定在垂直方向進行3 h 正弦振動，振動頻率范圍在7～50 Hz，這一方法與GB/T 31467.3 及其第1 號修改單一致。但相比三軸向、每個軸向進行21 h 隨機振動，三軸向共63 h 的ISO 12405-3：2014 和三軸向、每個軸向進行12 h 隨機及1 h 定頻振動，三軸向共39 h 的GB 38031-2020，無論在振動方向還是振動頻率范圍，亦或是振動時間上，ECE R100 的執行標準均明顯低于其他標準。

關鍵測試項目之火燒，ECE R100 和ISO 12405-3 中火燒試驗規定燃油溫度小于20 ℃時需進入60 s 的預熱，若燃油溫度不低于20 ℃，可直接進入測試階段，省去前期準備工作，測試階段的直接暴露和間接暴露于火焰時間各個標準規定一致。GB/T 31467.3 及修改單和GB 38031-2020 兩份國內標準保持一致，在直接暴露和間接暴露于火焰之前，均要預先對燃油預熱60 s。

關鍵測試項目之熱擴散，ECE R100、ISO 12405-3 及GB/T 31467.3 均未對整車中動力電池熱擴散提出要求。為保障事故發生時的乘員人身安全，提升產品品質，GB 38031-2020提出并明確了熱擴散詳細測試規程，推薦使用加熱或針刺作為熱擴散試驗觸發方法。同時也允許制造商提供實驗程序，包括試驗方法、試驗對象、觸發對象、監控點布置方案、熱失控觸發判定條件、改動清單。

ECE R100 與ISO 12405-3、31467.3-2015 及其第1 號修改單、GB 38031-2020 關鍵測試項目方法對比如表4 所示。

3.3 關鍵測試項目性能評價指標差異

擠壓項目中，ECE R100 合格判定要求為不起火、不爆炸，同時無漏液現象，GB/T 31467.3 及修改單和GB 38031-2020 擠壓合格要求為不起火、不爆炸即可，允許擠壓后電池包內部電芯漏液存在電解液質量損失，ISO 12405-3 除了要求試驗后樣品不起火、不爆炸，還要求外殼不出現破裂及其他機械破壞，對擠壓殼體提出了更高的要求。

振動項目中，ECE R100 和GB/T 31467.3 對比ISO 12405-3：2014 和GB 38031-2020，除了規定振動后不起火、不爆炸、無漏液等通用要求外，比較明顯的特征在于對振動后的樣品提出能夠進行一次充放電循環，即在振動項目中，不僅要求振動過程本身不發生危險，同時考察振動后電池的電功能，實現全面考慮與驗證，相對來說要求更高更嚴謹。

火 燒 項 目 中，ECE R100 和ISO 12405-3：2014 及GB 38031-2020 判定要求均為不爆炸即可，GB/T 31467.3 試驗評價指標為不爆炸，若有火苗，應在火源移開2 min 內熄滅。兩者最大區別是對火源移除后現象的判定，ECE R100 關注試驗過程中測試樣件本身狀態，GB/T 31467.3 則考慮更加全面，不僅考慮到測試中的樣品安全，更考慮了非金屬件阻燃等級水平。分析電動汽車火災事故統計數據發現，在外部火源下，材料過熱、超過耐溫引起局部燃燒起火事故頻發，火苗超過2 min 未熄滅就很有可能造成車輛行駛過程中自燃，使用高阻燃等級的材料可以降低起火失效的風險[8]。

熱擴散項目中，ECE R100、ISO 12405-3 及GB/T 31467.3均未對整車中動力電池熱擴散提出要求。GB 38031-2020 要求單個電池在熱失控引起熱擴散、進而導致乘員艙發生危險之前5 min，提供一個熱事件報警信號。

ECE R100 與ISO 12405-3、31467.3-2015 及其第1 號修改單、GB 38031-2020 關鍵測試項目性能評價指標對比如表5 所示。

表4 ECE R100 與ISO 12405-3、31467.3-2015 及其第1 號修改單、GB 38031-2020 關鍵測試項目方法對比

表5 ECE R100與ISO 12405-3、31467.3-2015及其第1號修改單、GB 38031-2020關鍵測試項目性能評價指標對比

4 結語

ECE R100.02 作為歐盟市場準入公告法規，測試內容、方法、評價指標也是目前行業內許多企業困惑之處。本文對出口歐盟電動車用電池系統的測試標準ECE 100 進行研究討論，將其與國內現行動力電池系統安全性認證標準GB/T 31467.3-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部分：安全性要求與測試方法》和2020 版GB 38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，以及國際安全認證法規ISO 12405-3：2014《Electrically propelled road vehicles Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems Part 3:Safety performance requirements》進行對比分析。通過聚焦測試項目、測試方法與性能評價指標差異性，有針對性地給出ECE R100 標準下的電池系統測試關鍵環節。

通過對比發現，在測試項目上ECE R100 共9 項安全性測試，GB/T31467.3 共16 項測試，GB 38031-2020 共16 項，ISO 12405-3共12項測試。ECE R100集中關注機械可靠性和保護功能類驗證，可降低試驗成本、縮短試驗周期，但以高海拔、海水浸泡、鹽霧、濕熱循環項目為代表，ECE R100對環境安全類驗證比重偏小，且無熱擴散乘員保護項；在關鍵測試項目方法和評價指標上，ECE R100 中擠壓允許使用3 個半圓柱體組成的擠壓板，振動方向僅考察垂直軸向、掃頻范圍限定在7～50 Hz、振動時間3 h 相比之下最短，其他項目也無更加嚴苛的規定，方法和用于判定的評價指標相對寬松。

5 展望

歐洲對于動力電池市場準入要求相對于中國是寬進嚴出，更多測試安全要求交給整車廠把控，歐洲車企自我約束，且歐盟整車型式認證及市場監管嚴格。中國各廠家在標準的落實和生產一致性上需要更加嚴謹，擔負起安全責任。出口歐盟電動車用電池系統的認證，應加強以下方面的建設：

(1)對生產企業，應加強動力電池系統開發能力體系建設，以安全為核心，提升電池系統安全性能，拿出更好的產品走出中國、走向世界；

(2)對第三方實驗室，應提升實驗室檢測水平，積極參與到標準制定、修定環節，嚴格把關受檢產品質量，站好產品流入市場前的第一道崗；

(3)審查檢測報告內容，對測試數據、照片存疑處積極溝通，保質保量完成證書發放工作；

(4)按照《1958 年協議書》內容，各締約國交通部簽發的E-mark 證書具有同等效力，但從市場認可和認證制度成熟度來看，建議整車或電池制造商選擇知名交通部。