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却苍
5 years ago
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1 电动汽车日国际电动汽车及关键部件测评研讨会电动汽车动力电池测试评价技术 Battery Testing and evaluation 王芳中国汽车技术研究中心博士 2013 年 5 月 16 日

2 前言 background

3 国内外动力电池测试标准 International Standards QC/T IEC /2 ISO /2/3 VDA SAE J ECE R100 UL 2580 Li-ion battery for electric vehicles 电动汽车用锂离子蓄电池 Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles 电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体 Part 1: Performance testing 性能测试 Part 2:Reliability and abuse testing 可靠性和滥用测试 Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems 锂离子动力电池包及系统测试规程 Part 1: High power applications 高功率应用 Part 2: High energy application 高能量应用 Part 3: Safety performance requirements 安全性要求 Test Specification for Li-ion Battery Systems for Hybrid Electric Vehicles 混合动力车用锂离子电池系统测试规程 Electric and Hybrid Vehicle Propulsion Battery System Safety Standard Lithium-based Rechargeable Cells 纯电动车和混合动力车用电池系统安全标准 - 锂系可充电电池 Essential characteristics of REESS Batteries for Use in Electric Vehicles 电动汽车用电池

4 单体模块测试能力 facilities for battery cell and module 安全测试设备覆盖国内外所有标准和企业需求

5 内容概要 Outline 单体电芯测评关注点 Test focus of traction battery 电池模块测评和 QC/T 743 的修订 test of battery module and QC/T 743 revision 电池系统的测试评价及标准化 Test and standardization of battery system

6 单体电池测试评价流程 Focus of battery test and evaluation 基本参数 manufacturing 性能测试 characterization Measured parameters are: Manufactured Weight 重量 Open Circuit Voltage 开路电压 Internal impedance 内阻 Cells are binned or down-selected based on measured parameters Static Capacity 放电容量 Constant Power Discharge 恒功率放电 Cold Cranking 低温启动 Thermal Performance 高温特性 Energy Efficiency 能量效率循环特性 life 安全性测试 Abuse test Reference Performance Tests 常规循环 Normal Cycle Life Tests 工况循环 Vechicle cycle Life Tests 日历寿命 Calendar life

7 密度密度一致性评价 consistency 国内动力电池数据 1.08 变量 A B C D E F G H I J 均值标准差 N 国外动力电池数据变量 A B C D E F G H I J 均值标准差 N 静态一致性 ( 容量一致性 ) 电池原材料质量材料批次一致性一致性生产工艺稳定性电池生产一致性化成工艺与相关动态一致性电化学机理研究 7 电池分选一致性

8 质保期评价 calendar life

安全性的评估 safety 加强对电池整个生命周期安全性的评估新鲜电池 Fresh

着火爆炸 Venting Leakage Smoking Rupture Fire

不同使用条件和不同时期的安全性变化规律 ; Trends because of different

parameters of safety decrease 关注运行工况使用条件 Focus

关注电化学特性工艺设计和结构设计 Focus on the characteristic and

9 安全性的评估 safety 加强对电池整个生命周期安全性的评估新鲜电池 Fresh battery (Cell Module) 变形 Deformation 排气漏液冒烟破裂着火爆炸 Venting Leakage Smoking Rupture Fire Explosion 生命周期安全性 All life safety 不同使用条件和不同时期的安全性变化规律 ; Trends because of different use and time 研究表征不同使用阶段电池安全性劣化程度的参数指标 Evaluated parameters of safety decrease 关注运行工况使用条件 Focus on the use condition 电池包 ( 含 BMS) Battery Pack 关注电化学特性工艺设计和结构设计 Focus on the characteristic and design 系统可靠性 Reliability BMS 热 / 电管理 BMS Thermal/Electric Management

10 电池安全性评价 Battery safety evaluation 危险等级 Level 定义 Definition 0 No effect 1 Deformation 2 Venting 3 Leakage 4 Smoking 5 Rupture 6 Fire 7 Explosion 分类方法依据 Description 对样品无影响, 试验后样品容量未出现大幅衰减 No effect. No change in appearance. 外观形状变化 ( 包括膨胀 ) Change or deformation in appearance including swelling. 电解液从排气孔以液体或雾状释放 Escape of liquid electrolyte from vent or venting with mist release. 电解液从壳体密封线以及极柱等非释放孔泄漏 Escape of liquid electrolyte from a part except vent, such as casing, sealing part and/or terminals. 从排气孔冒出烟雾 Release of fume from vent. 由于内外部原因造成电芯壳体机械破坏, 导致电池内部物质暴漏或者溢出 ( 但不能是喷射出来 ), 破裂处可以冒烟 Mechanical failure of a cell container case induced by an internal or external cause, resulting in exposure or spillage but not ejection of materials. Including smoking at the rupture 从电芯中释放出火焰 Emission of flames from a cell. 电芯壳体急剧破裂, 电芯内部物质强力排除 Failure that occurs when a cell container opens violently and major components are forcibly expelled

11 电池安全性评价 Battery safety evaluation 电池热特性测试与分析电池热容 Cp 测试, 用于电池集成设计中的散热设计 ; 电池充放电过程中温升测试, 用于电池设计中的热管理 ; 电池及其内部材料自发热反应安全性预测 ; 热反应后气体收集及分析

12 内容概要 Outline 单体电芯测评关注点 Test focus of traction battery 电池模块的测评和 QC/T 743 的修订 test of battery module and QC/T 743 revision 电池系统的测试评价及标准化 Test and standardization of battery system

13 动力电池测试标准 QC/T 单体 Cell QC/T 模块 Module 试验方法 Test method 技术要求 Test requirements 基本电性能 Performance 放电容量 Capacity 20,-20,55ºC,1/3C 20ºC, 1.5C or 4C 荷电保持能力 No-load SOC loss SOC 100%,28days, 20ºC±5ºC SOC 100%,7days, 55ºC±2ºC 储存 Storage SOC 33%,90days, 20ºC±5ºC 循环寿命 Cycle life 充放电电流 Current: 0.3C-0.5C, 充放电区间 SOC: %SOC. 循环次数 Times: 500 安全性 Safety 过充 Overcharge 过放 Over discharge 短路 Short circuit 跌落 Drop 加热 Heat 挤压针刺 Crush and Nail 耐振动性 Vibration

14 动力电池测试标准 QC/T 743 修订 revision 单体 Cell - 外观极性尺寸 Appearance\polarity\dimension -25 放电容量 RT Capacity - 安全性 Safety 模块 Module - 外观极性尺寸 Appearance\polarity\dimension -25 放电容量 RT Capacity -25 倍率放电容量 RT rated Capacity - 高低温放电容量 HT and LT Capacity - 常温与高温荷电保持与容量恢复能力 RT and HT No-load SOC loss and recovery - 储存 Storage - 循环寿命 Cycle life - 安全性 Safety - 过放电 Over discharge - 过充电 Overcharge - 短路 Short circut - 跌落 Drop - 加热 Heat - 挤压 Crush - 针刺 Nail 海水浸泡 Immersion - 温度冲击 Temperature shock

动力电池测试标准 QC/T 743 修订 revision 单体模块的安全性测试

15 动力电池测试标准 QC/T 743 修订 revision 单体模块的安全性测试电气测试 Electric test Overcharge 过充 Short Circuit 短路 Over discharge 过放环境测试 Environment test Thermal Cycling 冷热冲击 Heat 加热 Immersion 浸水机械测试 Mechanical test Vibration Endurance 耐振动 Drop 跌落 Crush 挤压 Nail 针刺

与蓄电池模块在整车布局上最容易受到挤压的方向相同如果最容易受到挤压的方向不可获得, 则垂直于单体蓄电池排列方向施压挤压程度 :

16 动力电池测试标准 QC/T 743 修订 revision 挤压测试挤压试验按照如下步骤进行 : a) 蓄电池模块完全充电 ; b) 按下列条件进行加压 : 挤压板形式 : 半径 75mm 的半圆柱体, 半圆柱体的长度大于被挤压电池的尺寸, 但不超过 1m 挤压方向 : 与蓄电池模块在整车布局上最容易受到挤压的方向相同如果最容易受到挤压的方向不可获得, 则垂直于单体蓄电池排列方向施压挤压程度 : 蓄电池模块变形量达到 30% 或, 挤压力达到蓄电池模块重量的 1000 倍和表所列数值中较大值保持 10min c) 观察 1h

17 SOC (%) 电流 (I 1 ) 电池的工况循环性能评价动力电池测试标准 QC/T 743 修订 revision 3 2 3s 1 6s 0 30s 40s 10s s 时间 (s) 能量 (kwh) 提出可用能量的概念, 电池循环若放电能量与容量衰减 20.8 干次后, 容量衰减至初始容量的 % 时, 总放电能量达到初始能量的若 20 干倍容量 (Ah) 能量 (kwh) 19.2 容量 (Ah) 循环时间 ( 天 ) 时间 (s)

18 内容概要 Outline 单体电芯测评关注点 Test focus of traction battery 电池模块的测评和 QC/T 743 的修订 test of battery module and QC/T 743 revision 电池系统的测试评价及标准化 Test and standardization of battery system

19 电池系统测试硬件条件 UL 美国安全实验室亚太唯一的 UL2580 电池包测试第三方目击试验室

电池系统测试关注点 Electric Test 电气测试 Electric Test 电可靠性测试 Mechanical test 机械可靠性测试 Environment test 环境可靠性测试 Energy and capacity at room temperature 常温能量和容量测试 Energy & capacity at different temperatures and

Circuit 短路保护 Over discharge 过放保护 Temperature Test 温升测试 Imbalanced Charging 不平衡充电 Dielectric Voltage Withstand 耐压 Isolation Resistance 绝缘阻抗 Continuity 接地连续性 Failure of Cooling/ Thermal Stability

20 电池系统测试关注点 Electric Test 电气测试 Electric Test 电可靠性测试 Mechanical test 机械可靠性测试 Environment test 环境可靠性测试 Energy and capacity at room temperature 常温能量和容量测试 Energy & capacity at different temperatures and discharge rates 不同温度不同倍率能量和容量测试 Power and internal resistance 功率和内阻测试 Cranking power at low temperature 低温起动 Energy efficiency 能量效率 Cycle life 循环寿命 Function test of BMS BMS 功能测试 Overcharge 过充保护 Short Circuit 短路保护 Over discharge 过放保护 Temperature Test 温升测试 Imbalanced Charging 不平衡充电 Dielectric Voltage Withstand 耐压 Isolation Resistance 绝缘阻抗 Continuity 接地连续性 Failure of Cooling/ Thermal Stability System 冷却 / 加热系统失效 Vibration Endurance 振动测试 Shock 机械冲击测试 Drop 跌落测试 Crush 挤压测试 Crash Shock 碰撞冲击测试 Rotation 翻转测试 Dewing 湿热循环 Thermal Cycling Test 冷热冲击 Salt Spray Test 盐雾测试 Immersion Test 浸水测试 External Fire Exposure Test 外部火焰测试 EMC 电磁兼容

21 电池系统测试关注点电池的 BMS 功能评价基本功能要求 General functional requirement 检测电和热的数据 ; 参数总电压电流 1) 温度单体 / 模块电压 SOC 精度要求 ±2% FS ±3% FS ±2 ±0.5% FS 10% 实时估算 SOC 最大充放电功率等参数故障诊断与处理与通讯 %SOC_Cycle4 电流 A 电压 V 电 90 流 ( A ) 电压 ( V 120) 时间增量 [s] 累计时间 [s] 充放电倍率 [C] / / 时间 (S)

22 电池系统测试关注点振动依据接近汽车实际使用过程中的振动曲线进行试验, 考察电池系统机械可靠性

23 电池系统测试关注点碰撞冲击试验 : 评估电池包结构的基本机械强度, 通过模拟电动汽车碰撞瞬间高加速度产生的机械应力, 重点测试系统安装可靠性单体绝缘的完整性单体固定的独立性测试条件 : 1)x 方向 :60g45ms;y 方向 :35g45ms; 2) 电池包初始状态 :50%SOC 灭火区域观察区域防护区域碰撞壁内部区域搬运车测试样品台车测试结果判定 : 1) 无泄漏 ; 2) 无气体排出 ; 3) 无起火 ; 4) 无外壳破裂 ; 5) 无爆炸 ; 6) 无发热现象 ; 7) 无电击危险

24 电池系统测试关注点外部火烧测试 : 目的在于验证储能系统暴露在火烧情况下的性能着火情况, 可以是车辆自身引起, 也可能是临近车辆引起在这种情况下, 必须保证驾驶员和乘客有足够的时间逃生 1) 初始状态 :50%SOC 2) 测试步骤 : 预热 60s 直接燃烧 70s 间接燃烧 60s 结束试验

25 电池系统测试关注点浸水试验电池箱体的防水等级防护等级 IP7: 允许短暂放入 0.15m-1m 深的水中, 时间可长达 30min 测试方法样品高度高于 850mm, 外壳最高点离水面 150mm 样品高度小于 850mm, 外壳最低点离水面 1000mm 电池包的海水浸泡完全充电 100%SOC 3.5%NaCl 2h

26 电池系统的标准化电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程第 1 部分高功率应用电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程第 2 部分高能量应用电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程第 1 部分安全要求

27 小结 Conclusion 动力电池的测评对于整车的电池选型集成使用等有着极其重要的指导意义, 我们希望在进行法规论证基本把关的基础上, 进一步从整车集成和实际使用出发, 通过对电池深入细致有效的测试评价, 将性能良好的电池用到合适的车型上, 推动动力电池产业的健康快速发展, 促进电动汽车产业化进程

28 感谢您的关注! Thank You!

Microsoft Word - Lenovo_L15M3PB2 (Winbook)_3S1P_UN38.3 Test Report_SLEU

Microsoft Word - Lenovo_L15M3PB2 (Winbook)_3S1P_UN38.3 Test Report_SLEU Lithium-ion Battery UN38.3 Test Report Recommendations on the TRANSPORT OF DANGEROUS GOODS (Manual of Tests and Criteria, Fifth revised edition, Amend.2) Customer: Lenovo Model: L15M3PB2 Rating: 11.25V,