导语

      研究了国内外具有代表性的动力锂电池安全性测试标准及规范，包括ISO 12405、IEC 62660、SAE J2464、SAE J2929、UL 2580、ECE R100-02、GB/T 31485、GB/T 31467.3和FreedomCAR。将安全性测试项目分为机械安全性、环境安全性和电气安全性3类，详细介绍了各试验项目在不同标准规范的具体参数，总结了我国国标与国外标准的异同，最后指出了现行标准规范中的不足，提出了改进意见。

研究背景

      近年来，世界各国不断加大对新能源汽车的政策支持，特斯拉等车企也纷纷推出新车型，由此带来了全球电动车市场的快速增长。据国际能源署（international energy agency，IEA）发布的《2018全球电动汽车展望》报告，2017年，全球电动汽车销量达到114.8万辆，相比2016年大幅增长了54%。截止2017年，全球电动汽车保有量已超过310万辆。但是，电动汽车的着火爆炸事故多次发生，使安全问题成为广大消费者关注的重点。在此背景下，世界各国和相关国际组织纷纷出台动力电池安全性检测的标准，以规范动力电池的安全使用。

       目前，国内外涉及动力电池安全性的技术标准/规范如表1所示。其中，ISO（international organization for standardization，国际标准化组织）、IEC（international electrotechnical commission，国际电工委员会）、SAE International（society of automotive engineers，国际自动机工程师学会）发布的标准是国际标准，对各国的标准具有较强的参考借鉴意义，如我国的GB/T 31467系列标准的试验项目和试验参数与ISO 12405系列标准有很多相似之处，日本的JIS C8715-2-2012《工业应用二次锂电池 第2部分：试验和安全要求》规定，道路车辆用电池优先适用IEC 62660系列标准。UL 2580是美国保险商实验所（UL）发布的动力锂电池标准，它涵盖内容全面，既包含了单体电池、电池模块、电池堆及电池系统的电性能、环境适用性和安全性方面的要求，又包含了生产线上针对电池组零部件的基本安全测试，同时在电池管理系统、冷却系统以及保护线路设计方面加强了安全性审查要求。ECE R100是联合国欧洲经济委员会（the united nations economic commission for europe）汽车法规，该标准分两部分，其中第2部分对车用的可充电储能系统（rechargeable energy storage system，REESS）的安全性做了详细规定。GB/T 31485与GB/T 31484、GB/ T31486是由QC/T 743与QC/T 744标准演化而来的，侧重与单体电池和模组层级的检测。其将QC/T 743与QC/T 744标准相关内容进行了重新划分，并在此基础上进行升级，制定了更符合电动汽车实际使用情况的标准规范。该标准不再局限于锂离子电池这一类型的动力电池，而是包括所有的动力电池类型。除上述标准外，美国能源部的FreedomCAR计划在2005年推出了电动汽车用动力电池安全测试手册，对动力电池的安全性测试做了全面的规定。

       根据测试项目的特性，一般可以将安全性测试分为机械安全性测试（振动、冲击、跌落、针刺等）、环境安全性测试（热冲击、热稳定性、起火等）、电气安全性测试（短路、过充电、过放电等）[7]。表2列出了各标准规范的安全性测试项目。其中，热冲击循环、短路、过充电、过放电、振动、机械冲击、挤压等应用较为广泛的项目将在下文详细介绍。盐雾、低气压两个项目应用较少，只有中国的两个国标中有规定，不具有对比性，因此不做详细介绍。就湿热试验而言，ISO 12405系列标准引用了IEC 60068-2-30，GB/T 31467.3—2015引用了GB/T 2423.4，而GB/T 2423.4[12]等同采用IEC 60068-2-30，因此，所有的湿热试验的试验参数都相同，本文也不做详细介绍。

表1  国内外动力电池安全性相关技术标准/规范列表

标准体系

标准代号

标准名称

适用范围

ISO

ISO 12405-1: 2011

Electrically propelled road vehicles —Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems — Part 1: High-power applications

锂离子动力电池

ISO 12405-2: 2012

Electrically propelled road vehicles — Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems — Part 2: High-energy applications

锂离子动力电池

ISO 12405-3: 2014

Electrically propelled road vehicles — Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems — Part 3: Safety performance requirements

锂离子动力电池

IEC

IEC 62660-2: 2010

Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 2: Reliability and abuse testing

锂离子动力电池

IEC 62660-3: 2016

Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 3: Safety Requirements

锂离子动力电池

SAE

SAE J2464_2009

Electric and hybrid electric vehicle rechargeable energy storage system (RESS) safety and abuse testing

动力电池

SAE J2929_2013

Safety standard for electric and hybrid vehicle propulsion battery systems utilizing lithium-based rechargeable cells

锂离子动力电池

UL

UL 2580-2013

Batteries for use in electric vehicles

动力电池

ECE

ECE R100-02-2013

Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to specific  requirements for the electric power train

动力电池

GB/T

GB/T 31485—2015

电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法

动力电池

GB/T 31467.3—2015

电动汽车用锂离子动力蓄电池堆和系统 第3部分：安全性要求与测试方法

锂离子动力电池

FreedomCAR

/

Electrical energy storage system abuse test manual for electric and hybrid electric vehicle applications

动力电池

表2  各标准/规范检测项目一览表

检测项目

标准代号

ISO 12405-1: 2011

ISO 12405-2: 2012

ISO 12405-3: 2014

IEC 62660-2:2010

IEC 62660-3: 2016

SAE J2464_2009

SAE J2929_2013

UL 2580-2013

ECE R100-02-2013

Freedom

CAR

GB/T 31485—2015

GB/T 31467.3—2015

机械安全性

振动

P/S

P/S

P/S

C

C

P/S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

P/S

机械冲击

P/S

P/S

P/S

C

C

C/M/P

P/S

C/M/P

M/P

P/S

碰撞

P/S

C/M/P

P/S

挤压

P/S

C

C

C/M/P

S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

C/M

P/S

针刺

C/M/P

C/M/P

C/M

翻转

M/P

S

P

M/P

P/S

跌落

P

S

C/P

P

C/M

P/S

环境安全性

热冲击循环

P/S

P/S

P/S

C

C

C/M/P

P/S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

C/M

P/S

热稳定性

C

C

C

C

C/M/P

C/M

起火

P/S

M/P

S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

P/S

浸泡

P/S

M/P

S

M/P

C/M/P

C/M

P/S

过热

P/S

M/P

S

C/M/P

M/P

湿热

P/S

P/S

P/S

P/S

盐雾

P/S

低气压

C/M

P/S

电气安全性

短路

P/S

P/S

P/S

C

C

C/M/P

S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

C/M

S

过充电

S

S

P/S

C

C

C/M/P

S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

C/M

S

过放电/强制放电

S

S

P/S

C

C

C/M

S

C/M/P

C/M/P

C/M/P

C/M

S

注：C代表cell，电池单体；M代表module，电池模块；P代表pack，电池堆；S代表system，电池系统，下文同。

1  机械安全性

1.1  振  动

表3  各标准/规范中振动试验的试验参数

ISO 12405-1(2)(3)

IEC 62660-2(3)

SAE J2929_2013

UL 2580-2013

ECE R100-02-2013

Freedom

CAR

GB/T 31467.3—2015

适用范围

P/S

C

P/S

C

M/P

C/M/P

C/M/P

P/S

波形

随机

随机

正弦

随机

随机

随机

正弦

随机

正弦

正弦

频率/Hz

5～200

10～2000

7～200

10～190

10～190

10～2000

10～50

10～190

10～190

10～50

功率谱密度/m2·s-4·Hz-1

0.02～5.77

0.14～20

0.4～10.9

0.4～10.9

0.14～20

0.4～10.9

峰值加速度/m·s-2

9.8～19.6或9.8～78.5①

2～10

7.4～49

2～10

振动方向

V/L/T②

V/L/T

V/L/T

V/L/T

V/L/T

V

V/L/T

V/L/T

V

振动时间

每个方向21 h

每个平面8 h

每个方向3 h

共92.6 h③

共92.6 h③

每个平面8 h

3 h

共92.6 h③

每个方向6 h

3 h

测试样品SOC值/%

50

80(HEV)

100(BEV)

95-100

20/100或

60④

20/100或

60④

80(HEV)

100(BEV)

50

20/100或

60④

20/100或60④

100

① 样品质量>12 kg时，为9.8～19.6 m/s2；样品质量