5月27日,按照《中華人民共和國標準化法》和《強制性國家標準管理辦法》,工業和信息化部公開征求《電動汽車用動力蓄電池安全要求》強制性國家標準的意見(以下簡稱“《征求意見稿》”),征求意見截止日期為2024年7月27日。
GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》作為我國電動汽車領域首批強制性國家標準之一,自2020年5月發布以來,在規范產品生產、引導技術進步、支撐政府管理等方面起到了重要作用。GB 38031—2020從實際應用工況場景出發,加強了對電池包和系統的安全要求,并提出了熱擴散安全要求,提升了企業對于電池單體熱失控引發危險的重視程度,對降低產品熱失控事故起到了積極作用。隨著新能源汽車保有量快速增加,電動汽車起火事故仍時有發生。通過對近年來電動汽車安全事故的經驗總結,行業對于動力電池在實際應用場景下的失效機制也有了進一步的認識?;诖?,有必要修訂完善GB 38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》,進一步提升安全要求,筑牢動力電池安全底線,維護消費者生命財產安全。
《征求意見稿》顯示,新國標將代替GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》,主要技術變化如下:
(1)范圍
本標準規定了電動汽車用動力蓄電池的安全要求和試驗方法,適用范圍也應明確為動力蓄電池,不包括不為電動汽車提供動力的蓄電池,如12V低壓輔助電源。此外,考慮到行業技術發展,標準范圍應能涵蓋鈉離子電池、鋰金屬電池等新型動力蓄電池。因此將原文中“本標準適用于電動汽車用鋰離子電池和鎳氫電池等可充電儲能裝置”改為“本文件適用于電動汽車用動力蓄電池”。
(2)異常終止條件要求
在高海拔安全要求(5.2.10)和試驗方法(8.2.10)中,為保護試驗操作人員和實驗室安全,規定了需要制造商提供異常終止條件,且要求不能觸發異常終止條件。為了保持試驗項間的統一,對濕熱循環(5.2.5、8.2.5)、溫度沖擊(5.2.8、8.2.8)、鹽霧(5.2.9、8.2.9)等環境類安全測試均做了相同要求。
(3)溫度沖擊試驗
在溫度沖擊試驗(8.2.8)中未規定先低溫還是先高溫,在實際測試執行時流程無法統一,對此,補充了溫度沖擊試驗溫度示意圖,供研發及測試人員執行。
(4)鹽霧試驗
在鹽霧試驗(8.2.9)中,原標準中的測試方法參考了GB/T 28046.4—2011中5.5.2的測試方法,規定了在一個循環的第4小時和第5小時之間進行低壓上電監控。但GB/T 28046.4—2011中鹽霧試驗的側重點是考察在第4小時和第5小時之間按照規定的工作模式下,裝置/系統的功能狀態,而GB 38031的側重點是考察產品試驗后的安全狀態,因此,第4小時和第5小時之間的低壓上電監控并無實質性意義,經工作組討論確定,刪除此條件。
(5)電池系統保護類試驗
原標準中五大保護類試驗方法轉化自UN GTR 20,安全要求中規定了試驗后的絕緣電阻應不小于100 Ω/V,而在ISO 6469-1: 2019中,規定了若電池系統包含交流電路,且沒有符合 ISO 6469-3的額外交流保護,絕緣電阻應不低于500Ω/V;GB 18384—2020中也規定了直流電路絕緣電阻應不小于100Ω/V,交流電路絕緣電阻應不小于500Ω/V。因此,在保護類測試中增加“若有交流電路,絕緣電阻應不小于500Ω/V”的要求。另外,在過溫保護(8.2.11)中,未規定試驗對象SOC,因此在試驗前,樣品SOC默認參考6.1.10中規定的最高工作荷電狀態進行調整。但由于過溫保護試驗條件中規定了通過連續充放電使試驗對象溫度盡可能快地升高,因此試驗前的SOC調整必要性較低,經工作組討論確認,對過溫保護試驗對象的SOC不作限定,只要符合正常的工作范圍即可。
(6)電池包或系統擠壓試驗
對于安裝在車廂內的電池包或系統,如HEV電池,通過車輛本體的結構強度可在一定程度上保障電池包或系統免受碰撞或減弱對電池包或系統的碰撞。在EVS GTR及UN R100中,均規定了可以選擇電池包或車輛進行試驗。因此,在8.4.2.1試驗對象中,增加了“對于安裝在車廂內的電池包或系統,允許帶有車身結構件進行試驗”。此外,對于帶車身結構進行測試的情況,由于車身結構不規則,以30%形變量作為截止條件對于測試執行存在難度,因此對于帶車身結構件進行擠壓的情況,明確應以擠壓力達到100 kN作為截止條件。另外,對于原標準中達到截止條件后保持10min的表述,未明確保持力還是位移,經工作組討論后確認,修改為保持當前位移10min,電池單體層級表述也保持同步。
(7)外部火燒試驗
原標準中定義了直接燃燒70s+間接燃燒60s,然而在測試執行過程中,對于燃燒開始及結束的計時存在理解上的偏差,部分企業認為應由樣品剛開始接觸/離開火焰時計時開始/結束,導致實際燃燒時間與標準要求不符。對此,在8.2.7.1.3中補充了“燃燒時間應在試驗對象與油盤均處于靜止狀態下計時開始或結束”。
(8)熱擴散分析及驗證,包括安全要求、觸發方法、判定邏輯等。(詳情可查看附件)
(9)電池單體充電后安全
自2022年起,專題研究組圍繞充電后安全開展多次專題討論。對于充電樁、電池管理系統失效導致的過充、過流,在現行GB 38031中已有單體過充、系統過充保護、過流保護測試予以考查。對于長期循環是否導致電池額外安全風險,行業存在一定分歧。部分企業提供了快充循環后電池安全邊界縮窄,安全性降低的測試數據。部分企業認為電池的設計端均已考慮使用場景中充放電工況,在預留出足夠保護區間后釋放產品應用區間。老化狀態下電池活性物質部分消耗,且電池能量降低。因此認為充電循環后電池相比常規電池,無額外安全風險。起草組綜合考慮長期快充對于動力電池可能存在的潛在風險,結合現有研究數據,起草了征求意見稿方案:
結合《節能與新能源汽車技術路線圖 2.0》對于快充型動力電池充電倍率要求,將試驗對象設定為20%SOC-80%SOC充電時間小于15分鐘的電池單體(不含用于不可外接充電混合動力電動汽車的電池單體);循環次數以12萬公里,快充電量對應里程400公里計,設定為300次??紤]到快充循環后內部副反應加劇甚至出現析鋰問題,存在局部的性能劣化。這種局部性能劣化在大電流放電過程中表現為高阻抗部分(即副反應嚴重區域)升溫顯著,外部短路測試時,長期快充循環的電池內部副反應聚集區或析鋰區域會在溫升較高的情況下加劇反應速度,進而導致電池起火,因此設定在快充循環后的進行外部短路測試,并通過征求意見階段進一步收集行業意見,并開展驗證測試,進一步確認或優化征求意見稿方案。
(10)電池包或系統底部防護
近年來,新能源汽車底部撞擊導致的動力電池起火事故中占比較高,現行標準中并無針對該場景的測試項目。目前,行業內廣泛認可的底部碰撞工況分為兩類,即刮底工況(X向)和托底工況(Z向)。刮底工況對應車輛正面撞擊障礙物的場景,托底工況主要是對應飛石、地面障礙物等異物從車輛下方撞擊的場景。多數企業認同以上兩種工況試驗的必要性,前期主要分歧在于測試對象是電池還是整車。整車測試更符合實際場景,但測試費用、周期較長。電池測試更加簡便,但較難體現整車實際底盤布置、掛載剛度、質量分布特征。經行業多次討論,一致認為需要根據整車實際工況開發電池底部碰撞試驗方案。刮底工況試驗結果與整車底部護板、懸架、離地間隙、防撞梁等因素強相關,建議通過整車級別測試實施,在后續相關整車標準修訂中進一步研究?;谕械坠r的底部撞擊試驗可允許制造商選擇在電池包或整車級別實施。
在底部撞擊試驗方案前期討論中,行業內針對考核目的(安全測試/可靠性測試)、撞擊能量等存在一定的分歧。起草組針對前期行業討論情況,基于目前已收集到的實車和電池包數據以及驗證測試情況起草了征求意見稿方案,計劃在征求意見階段進一步收集實車數據和行業意見,并開展驗證測試,進一步確認或優化征求意見稿方案。
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