动力锂电池测试标准的研究及应用

吴孟俊，韦中乐，程 亮，孙 琼

(江森自控新能源电池研发(上海)有限公司，上海 201107)

为了改善日趋严重的环境问题和能源问题，在上世纪90年代，电动汽车这一新兴产业逐渐成为全球关注的焦点，经过多年的研发和推广，目前已经在市场上崭露头角。动力电池作为新能源汽车动力系统的核心部件之一，它的技术能否突破则直接影响了电动汽车的大规模使用与产业化。一直以来，由于动力电池在功率性能、使用寿命、续驶里程以及一些安全方面的问题，一定程度上制约了电动汽车的应用与推广。近年来，随着锂离子动力电池技术的突破，并在电动汽车领域得到应用，这一局面开始有了较大的改善。相对于传统铅酸电池、氢镍电池等而言，锂离子动力电池凭借其高比能量、高比功率以及使用寿命较长等方面的优点，得到了越来越多整车企业的认同，使得以锂离子动力电池为驱动力的电动汽车开始慢慢涌入市场。

在这一过程中，国内外的相关组织、机构开始逐渐完善针对动力电池的性能、可靠性以及安全测试标准的制订工作，以符合实际应用需求。为此，本文筛选了目前国内外具有代表性的几个测试标准，其中包括 QCT743、ISO12405、IEC62660、SAEJ2929、UL2580。

本文首先简要描述了这些标准的历史沿革，进而对这些标准的具体内容进行介绍，然后对这些标准在测试内容和实际应用等方面的异同点进行了比较分析，最后归纳总结了实际应用过程中测试标准的合理选择。

1 标准的历史沿革

1.1 QCT743的历史沿革

近几年，为了适应国内外电动汽车行业的发展需求，在参考美国、欧洲及日本等发达国家和地区相关标准的基础上，并结合国家“863”电动汽车重大专项动力电池测试工作的实际经验，我国于2006年制定了QC/T 743《电动汽车用锂离子蓄电池》标准。这一标准主要是适用于锂电池单体和锂电池模块的测试需求。截止目前，最新版的QC/T 743-2013[1]正在修订中。相比于2006年的版本，除了对一些测试内容的参数进行了修订外，更增加了针对锂离子动力电池系统的循环寿命测试，进一步完善了这一标准体系。另外值得注意的是，该标准目前已经成为我国对电动汽车用锂离子动力电池的强制性检测标准[2]。

1.2 ISO12405和IEC62660的历史沿革

近年来，随着新技术新化学体系的出现，比如锂离子动力电池，亟需制定相应的测试标准予以规范[3]。针对这一现状，国际上标准化工作的两大核心组织国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)针对车用锂离子动力电池制订了相关的测试标准[4]。其中IEC 主要负责锂离子动力电池单体和模块的检测标准 IEC 62660-1/-2/-3 的制订，IEC62660-1[5]和IEC62660-2[6]已于2010年正式颁布实施，IEC62660-3 目前仍在制订过程中。 ISO 则负责锂离子动力电池系统检测标准ISO12405-1/-2/-3 的制订，在2011年和2012年先后颁布了ISO12405-1[7]和ISO12405-2[8]并予以实施，ISO12405-3 也 于2013年正式颁布。

1.3 SAEJ2929的发展现状

随着美国新能源项目的不断发展，动力电池在车辆行驶过程中的安全隐患问题(如爆炸、起火等)得到了越来越多专业人士的关注。因此，在1999年，SAE 协会颁布了针对安全检测的标准SAE J2464，并在2009年对版本进行了更新。该标准主要是针对电池单体、电池模块以及电池系统在安全可靠性方面的检测标准。到了2011年，SAE 协会在总结了之前的动力电池安全检测标准及其他国际的相关标准后，颁布了车用锂离子动力电池的安全检测标准SAEJ2929[9]。该标准援引了诸多成熟的国际标准，如 SAEJ2464，SAEJ2380，IEC60068 等，并一直沿用至今[4]。

1.4 UL2850历史沿革

美国保险商实验所(UL)是从事于安全检测和鉴定服务的非政府机构，在美国有着悠久的历史和非常高的权威性与影响力。早在1985年，针对锂电池单体的安全检测标准UL1642在美国正式颁布 (2012年已经更新到第五版)。到1997年，在UL1642 的基础上，美国UL 认证机构又针对电池模块的安全滥用测试制订了新的标准UL2054，并在2004年对其进行了修订。到了2010年，新的针对轻型电动车用锂电池系统安全检测标准UL2271 颁布。随着研究的进一步深入，到了2011年10月，电动汽车用动力电池系统安全检测标准UL2580[10]正式颁布实施。

2 标准具体内容介绍

2.1 QCT/T743标准内容

QC/T743 作为我国国家规定的强检项目之一，已经得到了越来越多新能源汽车行业的重视，在最新的2014 修订版中，它主要包括了动力电池单体、模块和整个电池系统的测试内容。在单体和模块方面，除了常规检测和电性能测试外，还有过充、过放、短路、加热、跌落、针刺、挤压等安全性方面的实验；而在电池系统方面，也增加了针对不同车型采用不同的路况的循环寿命实验，具体见表1。

表1 QC/T743 最新标准内容介绍

2.2 ISO12405标准内容

根据1.2 所述，ISO12405-1 和ISO12405-2 分别着眼于高能量和高功率型电池的应用，包括常规实验、性能实验、可靠性实验及滥用实验。另外，针对安全性方面需求的检测标准ISO12405-3 也于2013年正式颁布，具体见表2。

从表2的分析中，不难发现ISO12405-1 和ISO12405-2这两个检测标准从范围上看基本相同，但从具体测试项目看，还是有所区别，主要体现在性能测试方面。对于高功率型的电池系统，需要对其高低温启动功率进行验证。相应的对于高能量型电池来说，它更加注重的是在快速充电过程中的能量效率问题。ISO12405-3 则是专门针对电池系统安全性能的测试，与 ISO12405-1 和 ISO12405-2 不同，ISO12405-3 除了短路、过充、过放实验外，还包括浸水、热循环、起火实验、碰撞等，这一标准也在2013年正式颁布实施。

表2 ISO 12405 标准内容介绍

2.3 IEC62660标准内容

根据1.2 所述，IEC62660-1 主要是针对锂电池性能测试方面的标准，而IEC62660-2 主要是针对锂电池可靠性和滥用方面的测试标准。IEC62660-3 针对动力电池安全方面的要求标准也会在近期发布，具体见表3。

从表3分析中可以看出，从锂电池单体的性能测试、可靠性和滥用测试方面，IEC62660 都对其做了非常详细的描述，很具有代表性。为了能进一步完善车用动力锂电池的测试标准，针对安全检测标准的IEC62660-3 仍在制订中，预计也将会在近期颁布。另外，值得注意的是，在IEC62660-2 中的滥用测试并不以单纯的通过与否作为判断，而是引入了危险等级的概念，即根据实验现象，定义不同的危险等级。从0 到7 危险等级逐渐提升，具体如表4所示。

2.4 SAEJ2929标准内容

在SAEJ2929 中，主要包括以下几项安全测试内容：短路、过充过放、湿度、机械振动冲击、跌落、热冲击、浸水、模拟车辆起火和电磁兼容性实验。通过对以上测试项目的分析，可以说SAEJ2929 已基本上涉及了绝大部分的电池安全测试内容，具体见表5。

表3 IEC62660 标准内容介绍

表4 动力电池安全等级

表5 SAEJ2929 标准内容介绍

2.5 UL2580标准内容

UL2580 的测试内容主要有电气安全测试、机械安全测试、环境安全测试。作为动力电池系统相关的安全测试标准，它跟2.4 节描述的SAEJ2929 标准相比，UL2580 标准除了涵盖了几乎所有SAEJ2929 所涉及到的安全方面的测试内容外，还有额外的一些安全类实验，例如不均衡充电、绝缘耐压、旋转、温升、盐雾及内部起火等测试内容，具体见表6。

表6 UL2580 标准内容介绍

3 标准的比较分析

通过对目前国内外主要动力电池测试标准内容的分析，可以看出每个组织协会制订的标准都有很强的针对性，比如ISO12405、SAEJ2929 和UL2580 都是针对整个电池包和电池系统的标准，IEC62660 是针对电池单体及电池模块的测试标准，QC/T743 最新版则包括了电池单体、电池模块及电池系统的测试内容。从测试类型上分析，新版QC/T743 包括常规实验、安全滥用实验及循环寿命实验；ISO12405 和IEC62660 包括了常规实验、性能实验、可靠性实验和安全滥用实验；SAEJ2929 和UL2580 主要都是针对安全滥用方面的测试内容，包括电气、机械和环境方面的测试，具体见表7。

表7 标准的比较分析

4 标准的选择应用

在实际应用过程中，除了对标准内容本身需要熟悉外，更加重要的一点在于根据实际测试对象及应用环境的不同，选择合适的参考标准，将对实验价值和实验结果产生积极深远的影响。

就电池单体测试而言，相比于IEC62660，作为国内的强检标准之一，QC/T743 更具有代表性，实验结果也更容易被国内整车厂所认可。另外在最新版的QC/T743 中，又加入了电池系统循环寿命实验标准，这样在验证电池单体的基础上，可以进一步验证电池系统的性能表现。

就电池系统性能及可靠性测试等而言，ISO12405-1 和ISO12405-2 分别是针对高能量和高功率的电池系统应用，非常具有代表性。

就电池系统安全类测试而言，SAEJ2929 和UL2580 都是可供选择的参考标准，相对于SAEJ2929 来说，UL2580 标准测试对象更广泛，即UL2580 针对的电池不受其化学成分的限制，对铅酸、锂离子、氢镍电池等都适用，而SAEJ2929 的测试对象则仅限于动力锂电池。从实验内容上看，通过表5和表6的分析，UL2580 涵盖的实验内容更加广泛。但在实际应用过程中，需要综合考虑各种因素，比如项目预算、时间进度、实验内容等等，最终选择一个最合适的参考标准进行实验。

5 总结

QC/T743、ISO12405、IEC62660、SAEJ2929 及 UL2580 是目前国内外颇具代表性的几个测试标准，覆盖了从电池单体到电池系统各个层面的测试内容，具备一定的参考价值，并普遍被整车厂所接受。本文对这些标准的历史发展作了简要的概述，并对这些标准的实验内容进行了比较分析，最后对这些标准的选择依据提出了自己的建议和看法。总体来看，除了常规的一些测试外，电动车用锂离子动力电池的性能测试、可靠性测试、安全滥用测试是目前最主要的三大测试方面。另外，如何针对不同的测试对象，根据实际情况的不同而选择合适的参考标准将对实验工作的顺利开展起到至关重要的作用。

[1]全国汽车标准化技术委员会.QC/T743-2013：电动汽车用锂离子蓄电池[S].北京：国家发展和改革委员会，2013.

[2]王益群，陈亮，白莹杰，等.我国电动汽车用锂离子动力电池标准情况[J].标准科学，2012(7)： 26-28.

[3]OMAR N, DAOWD M, OMAR H, et al.Standardization work for BEC and HEV applications： Critical appraisal of recent traction battery document[J].Engine,2012(5)：138-156.

[4]王宏伟，刘军，肖海清，等.国内外锂离子动力电池相关标准分析对比[J].电子元件与材料，2012,31(10)：83-86.

[5]International Electrotechnical Commission.IEC62660-1-2010： secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles-part 1：performance testing[S].Switzerland：International Electrotechnical Commision,2010.

[6]International Electrotechnical Commission.IEC62660-2-2010： secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles-part 1：reliability and abuse testing[S].Switzerland：International Electrotechnical Commision,2010.

[7]International Organization for Standardization.ISO 12405-1-2011：Electrically propelled road vehicles- Test Specification for lithiumion traction battery system- part 1： High power applications[S].Switzerland：International Organization Standardization,2011.

[8]International Organization for Standardization.ISO 12405-2-2012：Electrically propelled road vehicles- test specification for lithiumion traction battery system- part2： High energy applications[S].Switzerland：International Organization Standardization,2012.

[9]Society of Automotive Engineers.SAEJ2929-2011.Electric and hybrid vehicle propulsion battery system safety standard-lithium based rechargeable cells[S].US：International Surface Vehicle Standard,2011.

[10]Underwriter Laboratories Inc.UL2580-2011.Standards for batteries of use in Electric vehicles[S].US：UL Standard Designation,2011.