4GB/TXXXXX—XXXX電動汽車動力蓄電池安全評價指南第1部分：單體及模塊本文件提供了電動汽車用動力蓄電池（以下簡稱電池）單體及模塊安全評價體系以及相關測試條件和測試方法。本文件適用于裝載在電動汽車上的動力蓄電池單體及模塊。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB38031電動汽車用動力蓄電池安全要求3術語和定義GB38031界定的術語和定義適用于本文件。4符號和縮略語4.1符號下列符號適用于本文件。1：1h率放電電流(A)，其數(shù)值等于額定容量值。3：3h率放電電流(A)，其數(shù)值等于額定容量值的1/3。4.2縮略語下列縮略語適用于本文件。FS：滿量程（fullscale）PSD：功率譜密度（powerspectraldensity）RMS：均方根（rootmeansquare）SOC：荷電狀態(tài)（state-of-charge）5安全評價體系本章提供了通用的動力電池單體及模塊安全評價體系。一級評價指標由機械安全性、電安全性、熱安全性、環(huán)境適應性四部分組成。二級評價指標由各項能夠表征一級評價指標的具體評價項目組成。GB/TXXXXX—XXXX5制造商可在本文件提出的安全評價體系（表1）基礎上，通過分析本單位使用或生產(chǎn)的動力電池產(chǎn)品的使用場景的安全風險因素，結合安全設計目標，提出適用于本單位使用或生產(chǎn)的動力電池單體或模塊的安全評價體系。附錄A中提供了安全邊界探索類測試方法，制造商可根據(jù)本單位安全設計目標和產(chǎn)品特性，將附錄A中測試項目添加到單體及模塊產(chǎn)品的安全評價體系中代替同類項目（如有）。表1評價體系正弦振動（a）機械沖擊（a）擠壓（a）爐溫加熱（a）絕熱溫升特性（a）過放電（a）過充電（a）低氣壓（a）快速溫變沖擊（a）6試驗條件6.1一般條件6.1.1除另有規(guī)定外，試驗應在溫度為22℃±5℃,相對濕度為1090大氣壓力為86kPa~106kPa的環(huán)境中進行。6.1.2若試驗對象為電池單體，可帶工裝夾具測試。工裝夾具參數(shù)根據(jù)電池單體實際工作條件設置并由制造商提供。6.1.3試驗前，按照6.5.2.2進行測試時，試驗對象實際容量應不低于額定容量，并且不超過額定容量的110%。6.1.4如果制造商要求且電池在測試后仍可繼續(xù)工作，可在測試前后進行容量、能量、內(nèi)阻等測試，以評估電池測試前后的狀態(tài)變化。6.1.5記錄測試全程試驗對象是否發(fā)生起火、爆炸、泄漏、破裂等現(xiàn)象。6.2測量儀器、儀表準確度GB/TXXXXX—XXXX6測量儀器、儀表準確度應滿足以下要求：——電壓測量裝置：±0.5%FS；——電流測量裝置：±0.5%FS；——溫度測量裝置：±1℃;——濕度測量裝置：±2%（相對濕度）；——時間測量裝置：±0.1s；——尺寸測量裝置：±0.1%FS；——質(zhì)量測量裝置：±0.1%FS；——壓力測量裝置：±1%FS。6.3測量過程誤差控制值（實際值）與目標值之間的誤差要求如下：——電壓：±1%;——電流：±1%;——溫度：±2℃;——時間：±0.1s。6.4數(shù)據(jù)記錄與記錄間隔除在某些具體測試項目中另有說明，否則測試數(shù)據(jù)（如時間、溫度、電流和電壓等）的記錄間隔應不大于15s。6.5試驗準備6.5.1一般要求所有安全試驗均在有充分安全保護的環(huán)境條件下進行。如果測試對象有附加主動保護線路或裝置，應去除。如無特殊說明，測試時溫度采集布點宜在正負極柱、防爆閥、幾何中心處，如圖1所示，如果由于某些原因無法布置在幾何中心處，電池表面溫度采集點宜布置在距離幾何中心半徑10mm內(nèi)的圓形區(qū)域內(nèi)。圖1推薦的溫度采集位置6.5.2通用測試方法6.5.2.1推薦的充電方法GB/TXXXXX—XXXX76.5.2.1.1電池單體推薦充電方法電池單體先以制造商規(guī)定且不小于1I3（A）的電流放電至放電終止電壓，靜置1h（或制造商提供的不大于1h的靜置時間），然后按制造商提供的充電方法進行充電，充電后靜置1h（或制造商提供的不大于1h的靜置時間）。若制造商未確定充電方法，則可依據(jù)以下方法充電：以制造商規(guī)定且不小于1I3（A）的電流恒流充電至企業(yè)技術條件中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電電流降至0.15I3（A）時停止充電，充電后靜置1h（或制造商規(guī)定的不大于1h的靜置時間）。6.5.2.1.2電池模塊推薦充電方法電池模塊先以不小于1I3（A）的電流放電至任一電池單體電壓達到放電終止電壓。靜置1h（或制造商提供的不大于1h的靜置時間），然后按制造商提供的充電方法進行充電。若制造商未提供充電方法，則依據(jù)以下方法充電：以制造商規(guī)定且不小于1I3（A）的電流恒流充電至企業(yè)技術條件中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電電流降至0.15I3（A）時停止充電,若充電過程中有電池單體電壓超過充電終止電壓0.1V時則停止充電。充電后靜置1h（或制造商規(guī)定的不大于1h的靜置時間）。6.5.2.2預處理6.5.2.2.1電池單體正式測試開始前，應先進行預處理循環(huán)。步驟如下：a)電池單體按6.5.2.1.1方法充電；b)以制造商規(guī)定的且不小于1I3的電流放電至制造商規(guī)定的放電終止條件，計量放電容量（以Ah計）；c)靜置1h（或制造商提供的不大于1h的靜置時間）；d)重復步驟a）～c）不超過5次。當連續(xù)3次的放電容量極差小于額定容量的3%，則認為電池單體完成了預處理，預處理循環(huán)可終止，取最后3次試驗結果平均值作為實際容量。6.5.2.2.2電池模塊正式測試開始前，應先進行預處理循環(huán)。步驟如下：a)電池模塊按6.5.2.1.2方法充電。b)以制造商規(guī)定且不小于1I3的電流放電至制造商規(guī)定的放電終止條件。計量放電容量（以Ah計）；c)靜置1h（或制造商提供的不大于1h的靜置時間）；d)重復步驟a）～c）不超過5次。當連續(xù)3次的放電容量極差小于額定容量的3%，則認為電池模塊完成了預處理，預處理循環(huán)可終止，取最后3次試驗結果平均值作為實際容量。7試驗方法7.1機械安全測試7.1.1振動7.1.1.1試驗對象為電池單體或電池模塊。GB/TXXXXX—XXXX87.1.1.2正弦振動測試對于蓄電池的三個相互垂直的方向均進行測試，測試順序宜為z軸、y軸、x軸(汽車行駛方向為x軸方向,另一垂直于行駛方向的水平方向為y軸方向)或由制造商和測試機構協(xié)商確定，測試步驟如下：a)將試驗對象按6.5.2.1方法充電；b)對試驗對象施加正弦波形，在7Hz～200Hz之間進行對數(shù)掃描，方法如下：從7Hz頻率開始，以1g的峰值加速度加速到18Hz，然后將振幅保持在0.8mm（總偏移約1.6mm對于單體或小于等于12kg的模塊增加頻率直到最大加速度達到8g（頻率約為50Hz）,然后以8g的峰值加速度直至頻率達到200Hz，對于大于12kg的模塊，需增加頻率直到最大加速度達到2g（頻率約為50Hz）,然后以2g的峰值加速度直至頻率達到200Hz，并在15min內(nèi)返回7Hz，該循環(huán)重復12次，總共3h；c)振動過程中，按照表2調(diào)節(jié)測試溫度；d)振動過程中應按照1I3進行放電，并記錄放電過程中電壓曲線；e)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。表2正弦振動過程中環(huán)境溫度變化℃0002007.1.1.3隨機振動測試對于蓄電池的三個相互垂直的方向均進行測試，測試順序宜為z軸、y軸、x軸(汽車行駛方向為x軸方向,另一垂直于行駛方向的水平方向為y軸方向)或由制造商和測試機構協(xié)商確定，測試步驟如下：a）將試驗對象按6.5.2.1方法充電；b）按照圖2提供的測試工況進行振動測試，RMS加速度值為27.8m/s2，功率譜密度PSD與頻率的關系如圖2和表3所示，最大頻率為2000Hz，振動時長8h；c）振動過程中同步放電，放電工況由制造商提供，放電時間宜與振動時長保持一致；d）完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。9圖2PSD加速度與頻率的關系圖表3PSD及頻率值列表7.1.2機械沖擊7.1.2.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.1.2.2沖擊試驗按照如下步驟進行：a)將試驗對象按6.5.2.1方法進行充電；b)按照表4的測試參數(shù)進行測試，每個方向沖擊10次；c)半正弦沖擊波最大、最小容差允許范圍如表5和圖3所示；d)相鄰兩次沖擊的間隔時間以兩次沖擊在試驗對象上造成的響應不發(fā)生相互影響為準，一般應不小于5倍沖擊脈沖持續(xù)時間；e)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。表4機械沖擊試驗推薦參數(shù)GB/TXXXXX—XXXX表5機械沖擊試驗容差范圍點gA10BCD50E0F2G4H70圖3機械沖擊脈沖容差范圍示意圖7.1.3自由跌落7.1.3.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.1.3.2自由跌落試驗按如下步驟進行:a)蓄電池按6.5.2.1方法充電；b)將測試對象置于跌落試驗裝置的試驗臺，沿電池±x、±y、±z（車輛行駛方向為X軸，垂直于行駛方向的水平方向為Y軸）方向測試，每個方向測試一個樣品，分別從1.5m的高度垂直向下自由落體到水泥地面；GB/TXXXXX—XXXXc)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.1.4淺針刺7.1.4.1試驗對象為電池單體。7.1.4.2對于方形或圓柱電池可采用電池制造商推薦的適當方法，在低于20%SOC下進行外殼薄化或去除。例如，將電池外殼的表面部分薄化，減薄工具的設計應使切削頭的邊緣進入殼體厚度的一定深度，如90%左右。將膠水涂在拆卸銷的連接表面，然后將拆卸銷連接到外殼的減薄部分。拆卸銷的連接面應與減薄的外殼孔尺寸相同，宜使用抗拉強度在20MPa以上的膠水（如膠槍或環(huán)氧膠）。膠水硬化后，拔出拆卸銷，試驗前用絕緣帶封住被拆除部分的孔。對于軟包電池，無需進行外殼薄化或去除。7.1.4.3淺針刺測試按如下步驟進行：a)將待測電池固定在試驗臺架上，工裝表面應能使電池預針刺位置充分暴露；b)試驗對象按照6.5.2.1.1方法充電；c)采用采樣頻率大于等于1000Hz的電壓采集設備，監(jiān)測電池正極與鋼針間電壓或負極與鋼針間電壓；d)用φ1mm~φ3mm的耐高溫鋼針（針尖的圓錐角度為20°~45°)，以0.01mm/s～0.1mm/s的速度，從垂直于電池極板的方向刺入，刺入位置靠近所刺面的幾何中心，以正極與鋼針間電壓或負極與鋼針間電壓達到制造商規(guī)定的電壓值為刺入位移起始條件，以制造商規(guī)定的壓降值或刺入深度為截止條件，當達到上述指定的壓降值或針的行走量程達到上述指定刺入深度時立即停止，針保持在停止位置；e)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h；f)測試后對電池進行拆解，驗證是否滿足刺穿1到2層極組（一層隔膜/一層正極片/一層隔膜/一層負極片組合為一組），如不滿足，根據(jù)拆解情況對刺入深度進行適當調(diào)整，使其最終滿足刺穿1到2層極組要求并重復試驗。7.2熱安全測試7.2.1爐溫加熱7.2.1.1試驗對象為電池單體。7.2.1.2爐溫加熱試驗按如下步驟進行：a)試驗對象按6.5.2.1.1方法充電；b)將蓄電池置于加熱箱中，在25℃±2℃的條件下靜置1h，然后以5℃/min的速率升溫至130℃±2℃,并保持此溫度30min后停止加熱；c)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.2.2絕熱溫升特性測試7.2.2.1試驗對象為電池單體。7.2.2.2絕熱溫升試驗按如下步驟進行：a)試驗對象按6.5.2.1.1方法充電；b)將電池置于絕熱模擬裝置內(nèi)，連接溫度傳感器及溫度采集裝置；c)設置絕熱模擬裝置起始溫度為40℃,試驗溫升步長為5℃,試驗終止溫度為130℃;d)加熱試驗樣品至表面溫度達到40℃時保持當前溫度，靜置5h，記錄時間、溫度；GB/TXXXXX—XXXXe)繼續(xù)加熱試驗樣品至表面溫度達到45℃時保持當前溫度，靜置1h，記錄時間、溫度；f)控制試驗裝置恒定當前溫度20min，記錄時間、溫度；g)以5℃為步長逐次遞增試驗樣品表面溫度至130℃,重復步驟e）~f）；h)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.3電氣安全性測試7.3.1過放電循環(huán)7.3.1.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.3.1.2過放電循環(huán)測試按如下步驟進行：a)試驗對象以6.5.2.1方法充電;b)以制造商規(guī)定的電流或1I1電流放電至0V或不高于制造商規(guī)定的技術條件中放電截止電壓的60%；c)靜置10min；d)以制造商規(guī)定且不小于1I3的電流恒流充電至制造商技術條件中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電電流降至0.05I1時停止充電；e)靜置10min；f)重復上述b）～e）9次，共計10次循環(huán)或制造商規(guī)定的不小于10次循環(huán)次數(shù)；g)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.3.2過充電循環(huán)7.3.2.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.3.2.2過充電循環(huán)測試按如下步驟進行：a)試驗對象以6.5.2.1方法充電；b)以制造商規(guī)定且不小于1I3電流恒流充電至制造商規(guī)定的不小于充電終止電壓的1.1倍后，停止充電；c)靜置10min；d)以制造商規(guī)定的方法或以1I1電流放電至制造商規(guī)定的放電截止電壓；e)靜置10min；f)重復上述b）～e）9次，共計10次循環(huán)或或企業(yè)規(guī)定的不小于10次的循環(huán)次數(shù)；g)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.3.3高低溫短路7.3.3.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.3.3.2高低溫短路測試按如下步驟進行：a)試驗對象按6.5.2.1方法充電；b)將蓄電池分別在55℃±5℃和-20℃±5℃環(huán)境條件下靜置不少于4h；c)在b）試驗溫度下將蓄電池外部短路10min，外部線路電阻小于5mΩ,采集短路電流；d)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.4環(huán)境適應性測試7.4.1低氣壓7.4.1.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.4.1.2低氣壓測試按如下步驟進行：a)試驗對象按6.5.2.1方法充電；b)將蓄電池放入低氣壓箱中，調(diào)節(jié)試驗箱中氣壓對應海拔高度6000m（47.2kPa），溫度c)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。7.4.2溫度循環(huán)7.4.2.1試驗對象為電池單體或電池模塊。7.4.2.2溫度循環(huán)按如下方法進行：a)試驗對象按6.5.2.1方法充電；b)將蓄電池放入溫度沖擊箱中，沖擊箱溫度推薦按照表6進行調(diào)節(jié)；c)完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。表6溫度循環(huán)推薦測試參數(shù)1/2/3/4/5/6/按順序完成測試后，重復步驟3到6，循環(huán)30次或制造商要求的更高循環(huán)次數(shù)，最后一次循環(huán)完成第5步后，30minGB/TXXXXX—XXXX（資料性）補充測試方法A.1連續(xù)擠壓試驗A.1.1試驗對象為電池單體或電池模塊。A.1.2連續(xù)擠壓試驗按照如下步驟進行：a）試驗對象按6.5.2.1方法充電；b）擠壓方向分別為垂直于蓄電池x、y、z方向（汽車行駛方向為x軸方向,另一垂直于行駛方向的水平方向為y軸方向)，用半徑75mm、長度大于被擠壓電池尺寸的半圓柱體，以不大于2mm/s的速度進行擠壓。以蓄電池變形量5%為梯度逐級增加，且每個梯度保持相應位移形變10min進行觀察，當出現(xiàn)以下條件之一時，停止擠壓：——出現(xiàn)熱失控；——出現(xiàn)起火、爆炸；——電壓達到0V；——擠壓力達到500kN。c）完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。A.2連續(xù)爐溫加熱A.2.1試驗對象為電池單體。A.2.2連續(xù)爐溫加熱試驗按如下步驟進行：a)試驗對象按6.5.2.1.1方法充電；b)將蓄電池置于加熱箱中，在25℃±2℃的條件下靜置1h，然后以5℃/min的速率升c)如無異常，繼續(xù)以5℃/min（或企業(yè)規(guī)定的其他參數(shù)）的速率升溫，每10℃保持30min，直至電池發(fā)生熱失控或加熱溫度達到300℃且保持30