电动汽车锂离子动力蓄电池外部短路试验方法(T-CSAE 219—2021).pdf

ICS 29.220CCS T 47团体标准T/CSAE 2192021电动汽车锂离子动力蓄电池外部短路试验方法Test methods of external short circuit of lithium-ion traction batteriesfor electric vehicles2021-09-24 发布2021-09-24 实施中国汽车工程学会发布T/CSAE 2192021I目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14符号和缩略语.34.1缩略语.34.2符号.35试验条件.35.1一般条件.35.2测量仪器、仪表准确度的要求.35.3数据记录与记录间隔.36试验方法.36.1充电方法.36.2预处理.46.3SOC调整.46.4温度调整.46.5试验前准备.46.6试验条件.46.7电池外部短路测试流程.56.7.1电池单体外部短路测试.56.7.2电池模块外部短路测试.66.7.3电池系统外部短路测试.6附录 A（规范性）电池外部短路测试流程.7参考文献.8T/CSAE 2192021II前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由电动汽车产业技术创新战略联盟提出。本文件起草单位：北京理工大学、宇通客车股份有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、上海蔚来汽车有限公司、奇瑞新能源汽车股份有限公司、重庆长安新能源汽车科技有限公司、吉利汽车研究院（宁波）有限公司、中国第一汽车股份有限公司研发总院、威马汽车科技集团有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、中航锂电科技有限公司、合肥国轩高科动力能源有限公司、蜂巢能源科技有限公司、荣盛盟固利新能源科技股份有限公司、中国电子科技集团公司第十八研究所、华为数字能源技术有限公司、中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、北京交通大学、清华大学、东北大学、山东大学、哈尔滨工业大学、中国科学技术大学、吉林大学、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、苏州领湃新能源科技有限公司、国网河南省电力公司电力科学研究院、上海电器设备检测所有限公司。本文件主要起草人：熊瑞、杨瑞鑫、孙逢春、何洪文、段砚州、陈泽宇、张承慧、吴宁宁、肖成伟、孟祥峰、李高鹏、梁海强、张亚明、乐斌、孙万洲、燕润博、张维戈、高振海、段彬、王青松、张成明、冯旭宁、高飞、张娜、曾士哲、赵光金、林春景、刘三兵、郭慰问、宗磊、杨超、宋开通、任毅、方伟峰、王艳华、牟丽莎。T/CSAE 21920211电动汽车锂离子动力蓄电池外部短路试验方法1范围本文件规定了电动汽车用锂离子动力蓄电池(以下简称电池)单体、模块、系统外部短路的试验方法。本文件适用于电动汽车用锂离子动力蓄电池单体、模块和系统，其他动力蓄电池可参考执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 183842020电动汽车安全要求GB/T 195962017电动汽车术语GB 380312020电动汽车用动力蓄电池安全要求3术语和定义GB 183842020、GB/T 195962017、GB 380312020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1锂离子动力蓄电池lithium-ion traction battery利用锂离子作为导电离子，在阳极与阴极之间移动，通过化学能和电能相互转化实现充放电，从而为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池。来源：GB/T 195962017,3.3.1.2.1,有修改3.2电池单体secondary cell将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置。注：通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子，并被设计成可充放电。来源：GB 380312020,3.13.3电池模块battery module将一个以上电池单体按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。来源：GB 380312020,3.23.4电池包battery pack具有从外部获得电能并可对外输出电能的单元。注：通常包括电池单体、电池管理模块(不含BCU)、电池箱及相应附件(冷却部件、连接线缆等)。来源：GB 380312020,3.3T/CSAE 219202123.5电池系统battery system一个或一个以上的电池包及相应附件(管理系统、高压电路、低压电路及机械总成等)构成的能量存储装置。来源：GB 380312020,3.43.6额定容量rated capacity以制造商规定的条件测得的并由制造商申明的电池单体、模块、电池包或系统的容量值。注：额定容量通常使用安时(Ah)或毫安时(mAh)来表示。来源：GB/T 380312020,3.73.7实际容量practical capacity以制造商规定的条件，在25 下从完全充电的电池单体、模块、电池包或系统中释放的容量值。来源：GB 380312020,3.8,有修改3.8荷电状态state of charge当前电池单体、模块、电池包或系统在25 下按照制造商规定的放电条件可以释放的容量占实际容量的百分比。来源：GB 380312020,3.9,有修改3.9健康状态state of health当前电池的实际容量和额定容量的百分比。3.10测试环境温度test temperature用于电池单体、模块、电池包或系统外部短路测试的试验温度。3.11短路导线short-circuit wire用于连接电池单体、模块、电池包或系统正负极端子的导线。3.12短路电阻short-circuit resistance用于连接电池单体、模块、电池包或系统正负极端子的总线路电阻，包含除电池本体外的回路导线电阻和外接短路电阻，总线路电阻大小通过直流方式测得。注：电阻单位通常使用欧()或毫欧(m)来表示。3.13正负极端子positive and negative terminals用于外电路连接电池单体、模块、电池包或系统正极、负极的导电部件。来源：GB 195962017,3.3.2.2.6,有修改3.14短路接触器contactor用于控制电池单体、模块、电池包或系统正负极端子导通的开关。T/CSAE 219202134符号和缩略语4.1缩略语下列缩略语适用于本文件。FS：满量程(full scale)SOC：荷电状态(state of charge)SOH：健康状态(state of health)4.2符号下列符号适用于本文件。I1：1小时率放电电流(A)，其数值等于额定容量值。I3：3小时率放电电流(A)，其数值等于额定容量值的1/3。5试验条件5.1一般条件5.1.1除另有规定外，所有试验应在有充分安全保护的环境温度为 22 5、相对湿度为 1090，大气压力 86 kPa106 kPa 的环境中进行。5.1.2所有试验的短路电阻要求小于或等于 5 m。5.2测量仪器、仪表准确度的要求测量仪器、仪表准确度应不低于以下要求：a)电压测量装置：0.5 FS；b)电流测量装置：0.5 FS；c)温度测量装置：0.5；d)时间测量装置：0.1。5.3数据记录与记录间隔除在某些具体测试项目中另有说明，否则测试数据(如电流、电压、温度和时间等)的记录间隔应不大于0.05 s。6试验方法6.1充电方法按制造商规定的充电方法进行充电。若制造商未提供充电方法，则按照以下步骤进行。a)以 1I1或制造商技术规范中规定的电流恒流充电至满足以下条件之一：1)电池单体达到上截止电压；2)电池模块、电池包、电池系统达到保护电压上限；3)制造商技术规范中规定的其他终止条件。b)进行恒压充电(电池单体)或多阶段恒流充电(电池模块、电池包、电池系统)，至充电电流小T/CSAE 21920214于0.05I1或制造商技术规范中规定的其他终止条件后停止充电并静置 1 h。6.2预处理6.2.1正式测试开始前，试验对象需要先进行预处理循环，以确保试验对象的性能处于激活和稳定的状态。步骤如下：a)按照 6.1 对试验对象进行充电；b)以制造商规定的且不小于 1I3的电流放电至制造商规定的放电截止条件；c)静置 30 min 或制造商规定的时间；d)重复步骤 a)c)不超过 5 次。6.2.2如果试验对象相邻两次的放电容量变化不高于额定容量的 3，则认为试验对象完成了预处理，预处理循环可以中止。6.3SOC 调整将测试样品SOC调整至试验目标值n的方法如下：a)试验对象经预处理后，按照 6.1 方法充电；b)静置 1 h；c)以 1I1恒流放电，放电时间为T，T按照下式计算：nT100100.(1)式中：T 放电时间，单位为小时(h)；n试验目标值的百分数值。d)静置 30 min。6.4温度调整调整测试样品温度至目标值的步骤如下：a)设置温箱温度为目标值；b)静置，直到被测样品电池外表面温度与目标温度差值2。6.5试验前准备6.5.1如制造商提供的试验对象的正负极端子可直接与短路导线连接，无需额外操作。6.5.2如制造商提供的试验对象的正负极端子不能直接与短路导线连接，需在试验对象的正负极端子增加部件与短路导线连接，但是增加的部件在任意短路电流下均不能为过流薄弱点。6.5.3试验过程中应至少测量包括电池正极、表面中部、负极在内的三个点的温度值。6.5.4试验准备过程中操作人员需佩戴绝缘装备，试验场地配备灭火器等安全设施。6.6试验条件表1给出用于电池单体、模块、电池包或系统外部短路试验的条件要求，其中必要试验条件须全部开展，可选试验条件由标准使用单位自行选定。T/CSAE 21920215表 1电池单体、模块、电池包或系统试验条件条件类型序号温度()SOC()必要14510022510031010044550可选52550610507452082520910206.7电池外部短路测试流程6.7.1电池单体外部短路测试电池单体外部短路测试流程如下(具体测试流程见附录A：测试流程图)：a)选择试验对象，按照 6.2 进行预处理；b)试验开始；c)按照 6.3 调整试验对象初始 SOC；d)按照 6.4 调整试验对象温度；e)将 5.2 和 5.3 所规定的数据记录设备连接试验对象；f)将短路导线与试验对象正负极端子连接，并保持短路接触器开关打开状态；g)在试验对象周围 0.3m 的范围内布置火花源，以检测试验对象外部短路过程是否泄露可燃气体。火花源的频率应为至少每秒 2 次火花且具有足够的能量，火花源的位置应是最有可能出现气体泄漏的位置；h)闭合短路接触器并记录试验对象的电流、电压和温度数据；i)短路接触器闭合持续 30 min 后，断开短路接触器，外部短路试验终止；j)观察 1 h，监测电池状态(电流、电压、温度)；k)若电池状态稳定，即 5min 内电池表面温度变化小于 1，则试验结束；否则，继续静置，直至电池状态达到稳定；l)观察以上试验过程中试验对象是否出现漏液、冒烟、起火、爆炸等现象；T/CSAE 21920216m)检查短路导线及其与试验对象正负极端子连接的完整性，若不完整则本次测试结果无效，需重新测试；n)利用记录的数据分析外部短路试验结果。6.7.2电池模块外部短路测试电池模块外部短路测试流程如下(具体测试流程见附录A：测试流程图)：a)选择试验对象，按照 6.2 进行预处理；b)试验开始；c)按照 6.3 调整试验对象初始 SOC；d)按照 6.4 调整试验对象温度；e)将 5.2 和 5.3 所规定的数据记录设备连接试验对象，保证试验对象的电流、电压和温度数据可以被实时测量；f)将短路导线与试验对象正负极端子连接，并保持短路接触器开关打开；g)闭合短路接触器并记录试验对象的电流、电压和温度数据；h)短路接触器闭合持续 30 min 后，断开短路接触器，外部短路试验终止；i)观察 1 h，监测电池状态(电流、电压、温度)；j)若电池状态稳定，即 5 min 内电池表面温度变化小于 1，则试验结束；否则，继续静置，直至电池状态达到稳定；k)观察以上试验过程中试验对象是否出现漏液、冒烟、起火、爆炸等现象；l)检查短路导线及其与试验对象正负极端子连接的完整性，若不完整则本次测试结果无效，需重新测试；m)利用记录的数据分析外部短路试验结果。6.7.3电池系统外部短路测试电池外部短路测试流程如下(具体测试流程见附录A：测试流程图)：a)选择试验对象，按照 6.2 进行预处理；b)试验开始；c)按照 6.3 调整试验对象初始 SOC；d)按照 6.4 调整试验对象温度；e)将 5.2 和 5.3 所规定的数据记录设备连接试验对象，保证试验对象的电流、电压和温度数据可以被实时测量；f)将短路导线与试验对象正负极端子连接，并保持短路接触器开关打开；g)将电池系统内的正负继电器闭合；h)闭合短路接触器并记录试验对象的电流、电压和温度数据；i)短路接触器闭合持续 30 min 后，断开短路接触器，外部短路试验终止；j)观察 1 h，监测电池状态(电流、电压、温度)；k)若电池状态稳定，即 5 min 内电池表面温度变化小于 1，则试验结束；否则，继续静置，直至电池状态达到稳定；观察以上试验过程中试验对象是否出现漏液、冒烟、起火、爆炸等现象；l)检查短路导线及其与试验对象正负极端子连接的完整性，若不完整则本次测试结果无效，需重新测试；m)利用记录的数据分析外部短路试验结果。T/CSAE 21920217AA附录A（规范性）电池外部短路测试流程图 A.1外部短路测试流程图图 A.2外部短路测试原理图T/CSAE 21920218参考文献1GB/T 314842015电动汽车动力蓄电池循环寿命要求及试验方法2GB/T 314862015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法3SAE J29292013Safety Standard for Electric and Hybrid Vehicle Propulsion BatterySystems Utilizing Lithium-based Rechargeable Cells_