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《储能科学与技术》推荐|牛萍健 等：GB/T31467—2023《电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能试验方法》标准解读与分析

科技   2024-12-02 14:02   北京  

作者：牛萍健 郝维健 苏智阳 师盛坤 柳邵辉 

单位：中国汽车技术研究中心有限公司

引用：牛萍健, 郝维健, 苏智阳, 等. GB/T 31467—2023«电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能试验方法»标准解读与分析[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(10): 3672-3679.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-

4239.2024.0288

本文亮点：1、本文详细比较了GB/T 31467—2023与GB/T 31467.1—2015、GB/T 31467.2—2015以及ISO 12405-4:2018的测试项目与技术内容； 2、本文对GB/T 31467—2023通用测试条件、通用测试、基本性能测试等部分的修订内容进行了解释说明，可为相关动力电池产品研发和验证提供参考。

摘 要 近年来，我国新能源汽车和动力蓄电池产业快速发展，相关标准的部分内容已不能适应产业发展需要，面向当前我国新能源汽车和动力蓄电池的使用场景需求，结合我国动力蓄电池电性能测试经验，充分参考相关国际标准，GB/T 31467—2023经修订后发布，为电动汽车用锂离子动力电池包和系统的电性能测试提供了方法。本文详细对比了GB/T 31467—2023与GB/T 31467.1—2015、GB/T 31467.2—2015以及ISO 12405-4:2018的测试项目与技术内容，并对通用测试条件、通用测试、基本性能测试等部分的修订内容进行了解释说明，可为相关动力电池产品研发和验证提供参考。标准在修订过程中，一方面考虑国内技术水平及整车对动力电池包和系统电性能的需求，增加了外观、极性、能量密度、充电性能以及工况放电的测试方法；另一方面，结合整车实际运行过程中的充放电电流以及运行环境，对所有测试项目的充放电电流进行修改，并对无负载容量损失、能量效率、高低温启动功率等测试项目的测试温度进行协调统一，有利于电动汽车用锂离子动力电池包和系统的研发和测试。
关键词 电动汽车；锂离子动力电池；动力电池包和系统；电性能；标准解读
近年来，我国新能源汽车持续爆发式增长，逐步进入全面市场化拓展期。在新能源汽车产业的带动下，以动力电池产业为代表的新能源汽车关键系统部件产业发展迅速。锂离子电池由于具有能量密度大、循环寿命长、自放电率低、工作温度范围宽等优点而被广泛应用于电动汽车中。动力电池的电性能一直是电动汽车领域关注的焦点，反映了不同温度和放电条件下电池的特性，包含电池的能量、容量、内阻、荷电保持等指标，表明动力电池是否满足车辆实际行驶过程中的放电需求，作为动力电池的关键性能之一，其在产品研发和测试中发挥重要作用。制修订动力电池电性能标准，对统一测试方法、便利研发验证意义重大。
早期动力电池性能类标准包括GB/Z 18333.1—2001《电动道路车辆用锂离子蓄电池》和QC/T 743—2006《电动汽车用锂离子蓄电池》。2015年，参考ISO 12405-1:2011“Electrically propelled road vehicles—Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems—Part 1: High-power applications”和ISO 12405-2:2012 “Electrically propelled road vehicles—Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems—Part 2: High-energy applications”，我国发布了GB/T 31467.1—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第1部分：高功率应用测试规程》和GB/T 31467.2—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第2部分：高能量应用测试规程》。GB/T 31467系列标准结合了我国动力电池的发展状况，弥补了我国动力电池包和系统检测项目的空白，使我国的标准体系得到了完善。
随着动力电池产业的发展，产业界对动力电池的性能测试方法有了更深理解，相关的国际标准也由ISO 12405-1:2011和ISO 12405-2:2012合并修订为ISO 12405-4:2018“Electrically propelled road vehicles—Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems—Part 4: Performance testing”。基于以上背景，我国启动了新版动力电池性能类标准的修订工作，将原有标准GB/T 31467.1和GB/T 31467.2合并修订为GB/T 31467—2023《电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能试验方法》，且该过程非等效采用了ISO 12405-4:2018。
本文对GB/T 31467—2023标准技术内容进行了解读，并对比了GB/T 31467与GB/T 31467.1、GB/T 31467.2以及ISO 12405-4的异同点，可为相关动力电池产品研发和验证提供参考。

1 测试项目

GB/T 31467—2023、ISO 12405-4:2018、GB/T 31467.1—2015以及GB/T 31467.2—2015标准测试项目对比情况，如表1所示。相较2015版本，GB/T 31467—2023进一步完善了功率和内阻、无负载容量损失、存储中容量损失、能量效率、高低温启动功率的测试方法，并参考了ISO 12405-4:2018，考虑我国动力电池研发需求，新增了充电性能、工况放电和能量密度3项测试方法。

表1   标准测试项目Table 1   Standard test items

注：▲电池包，●电池系统。


2 技术内容

2.1　修改通用测试条件

2.1.1　测试环境
为确保动力电池包或系统的测试能够真实反映其在实际使用时的性能，测试环境条件应按照GB 38031—2020标准进行设置。同时，考虑到更广泛的实际应用要求，对测试环境的具体参数进行了调整：原标准中相对湿度范围为15%～90%，现修改为10%～90%；新增大气压力范围为86～106 kPa。
2.1.2　环境适应
部分动力电池包或系统因其内部结构的复杂性，在极端温度条件下静置时，可能会出现环境适应不足或过早达到热平衡的情况。为确保电池包或系统在自然状态下充分适应环境温度和避免不必要的资源浪费，对环境适应的判断标准进行了调整：原标准中依据静置时间来判断是否达到热平衡，现修改为1 h内电池包或系统不进行主动冷却且电池单体温度与目标环境温度的差值不超过2 ℃。
2.1.3　一般条件：增加热管理系统是否开启说明
试验测试的结果与热管理系统的状态密切相关，因此热管理系统是否开启需在测试报告中明确说明。能量效率、充电性能和工况放电测试与整车应用紧密相关，从整车应用角度建议开启热管理系统。其余试验项目更多关注电池端自身性能，热管理系统开启后会对性能评定产生影响，因此不建议开启，但也可与制造商协商后开启。
2.1.4　数据记录
为了对电池包或系统进行充分的性能分析，各测试项目需要输出重要参数(温度、电压、电流、容量、能量等)的变化曲线，为合理记录和利用验证中需要的数据，将记录测试数据的间隔由至少为每1%充放电时间修改为不超过100 s。

2.2　修改通用测试

2.2.1　预处理循环
在单次充电循环结束后，电池包或系统处于高温状态，为了有效消除热累积达到稳定状态，静置时间修改为30 min或由制造商规定。在经历多次循环后热量累积，导致5次循环后的容量差别较大，修订后增加单次循环后进行环境适应过程以消除温度累积，避免样品在循环中达到温度上限使试验被迫中止。
2.2.2　标准循环
高能量型电池包或系统的标准充放电修改为选择1/3 C的电流倍率更符合动力电池在车辆上的应用场景。考虑到不同电池包或系统的发热量不同，为确保充放电过程中的热量累积可以充分消除，将静置时间修改为30 min或制造商规定的时间。此外，预处理和标准循环对充放电电流的描述方式协调为与GB 38031—2020中保持一致。
2.2.3　SOC(荷电状态)调整至试验目标值n%的方法
根据不同类型电池包或系统的特性，采用不同的SOC调整方法，高功率型采用1 C恒流放电，高能量型采用1/3 C恒流放电。调整过程中，参考协调了ISO 12405-4:2018能量效率部分调整SOC的方法，简化调整SOC时需充满电的要求，新标准中若上一次SOC调整在24 h以内，调整起始点可以是任意点，不再强制要求从满电态开始。该处调整可以使测试的灵活性和效率得到提高。

2.3　修改基本性能测试

2.3.1　质量和外形尺寸
将原标准试验准备中测试样品的质量和体积部分调整到基本性能测试中作为单独的测试项。增加了质量测量的范围说明，列举了不包含在内的可拆卸且与整车连接的非电池功能零部件和不可拆卸且与电池系统集成在一起的非电池功能零件，若测试样品包含热管理系统，则需考虑在内。液冷方式的冷却液质量不再计算在内。考虑到体积测量的必要性有限，删除了体积测量的要求。
2.3.2　容量和能量(高功率型和高能量型)
在室温、高温、低温下容量和能量测试标准循环前增加一步标准充电，以保持容量和能量测试方法的一致性，统一在标准循环结束后进行环境适应以消除连续测试所带来的热量累积。高功率型应用采用不小于1 C、Imax(T)(某试验温度T下最大允许持续放电电流)的放电容量和能量，高能量型应用采用不小于1/3 C、Imax(T)的放电容量和能量。为了更全面地分析电池包或系统性能，增加记录电池包或系统总电压、最高及最低单体电压与时间的曲线，环境温度、样品最高最低监控温度与充放电电流的曲线等。
2.3.3　功率和内阻(高功率型和高能量型)
为捕捉电池在极短时间内性能变化，明确测试涉及脉冲和瞬时数据采集时，采样时间应不大于100 ms；防止电池因过压而受损，提供保护机制，当按照设定的功率验证时，电池电压提前达到预设限值，增加了对应的降电流方法；增加了当试验温度低于电池包或系统可充电的最低温度，不允许进行充电的要求，以此来防止电池性能受损；修正高能量型应用全过程充电内阻公式，更准确地评估电池性能。最后，明确了全过程放电的定义，有助于统一测试标准，确保不同实验室或制造商之间的测试结果具有可比性。
2.3.4　无负载容量损失(高功率型和高能量型)
为了确保测试的准确性和一致性，在原标准标准充电和标准循环之间以及在两次标准循环之间增加环境适应步骤，以此来消除电池系统测试中温度升高而引起的容量恢复偏高的影响。由于夏季酷热天气可能导致车辆长时间搁置在极高温环境下，现有的40 ℃测试条件不足以充分评估电池在极端条件下的性能。因此，将高温搁置温度点从40 ℃修改为45 ℃或制造商和客户协商的更高温度，与存储中容量损失测试温度点保持一致。增加容量保持率和容量恢复率的计算公式，量化电池在不同条件下的性能衰减程度。
2.3.5　存储中容量损失(高功率型和高能量型)
存储中容量损失测试步骤同无负载容量损失测试步骤，对应增加环境适应步骤。同样增加了容量保持率和容量恢复率的计算公式。
2.3.6　高低温启动功率(高功率型)
为了更全面地评估电池在极端天气下的性能，高温启动功率的测试温度由原40 ℃调整为45 ℃。同时增加Tmax、Tmin作为制造商和客户可协商的测试点。所采用的测试方法与国际标准ISO 12405-4:2018保持一致，同时根据特定需求和条件对温度点进行了必要的调整。
2.3.7　能量效率(高功率型)
为确保测试步骤的规范性和一致性，协调测试步骤与ISO 12405-4:2018保持一致，在完成上一个SOC能量效率测试工况后，电池系统需在常温下进行环境适应，再调整SOC至试验目标值。通过行业调研，当前高功率型电池系统的峰值放电倍率与原标准要求的20 C或I'max(SOC,T,t)(某SOC、试验环境温度T、脉冲持续时间t下的最大允许放电电流)恒流放电(两者取大)以及15 C或0.75I'max(SOC,T,t)恒流充电(两者取大)相差较大，为了更准确反映实际应用中的性能表现，删除了20 C恒流放电和15 C恒流充电的要求。
2.3.8　能量效率(高能量型)
因Tmin下的1 C、Imax(T)和0 ℃下的1 C充电方式与当前电池系统的低温充电性能存在不适用的矛盾，故新标准中将其删除。保持充放电倍率和充放电方式的一致性，要求前一次的充放电处理与用于计算的E充和E放的倍率、充放电方式保持一致。删除标准循环步骤并在1 C、Imax(T)充电和标准放电之间增加环境适应过程。

2.4　新增项目

2.4.1　外观
通过目测法检查电池包或系统的外观，可以初步判断电池包或系统是否存在制造缺陷、形变或损坏等影响性能和安全性的问题。
2.4.2　极性
用电压测量装置检测电池包或系统的极性，确保电池包或系统正确连接以避免造成潜在的损坏或危险。
2.4.3　能量密度
能量密度是指单位质量或单位体积所储存的能量，是新能源汽车电池包或系统中至关重要的指标，直接影响车辆的续航里程、质量分布以及整车的性能。目前，我国对电池系统能量密度的测试方法主要参照2017年中机车辆技术服务中心发布的《关于调整<新能源汽车推广应用推荐车型目录>申报工作的通知》(中机函〔2017〕2号)附件4“动力电池、燃料电池相关技术指标测试方法(试行)”，这一测试方法目前并未被正式纳入相关的电性能标准中。因此，将完善后的能量密度测试方法纳入电性能标准具有重要意义。
2.4.4　充电性能(电池系统)
随着新能源汽车市场的快速发展，充电性能已成为消费者和整车制造商关注的重点。为了更全面地评估新能源汽车的性能，增加充电性能测试显得尤为重要。充电策略应使用电池系统的温度、荷电状态等变化的充电工作矩阵或制造商与客户协商的其他充电策略。充电性能测试在4种不同温度下进行，温度点依次为室温、40 ℃、0 ℃和Tmin(Tmin由制造商和客户协商)，并记录对应数据曲线。
2.4.5　工况放电(电池系统)
工况放电测试是评估电池系统在实际使用中性能表现的关键环节，能够模拟车辆在实际道路条件下的放电情况，从而更准确地反映电池系统的性能。工况放电谱推荐采用按照中国轻型汽车行驶工况(CLTC)转化的工况或由制造商与客户协商。工况放电测试在4种不同温度下进行，温度点依次为室温、40 ℃、0 ℃和Tmin(Tmin由制造商和客户协商)，同时进行数据曲线记录。

3 标准对比

GB/T 31467修订过程中梳理了高功率型应用和高能量型应用动力电池包和系统国内外电性能试验方法标准，与GB/T 31467.1、GB/T 31467.2、ISO 12405-4标准进行对比。对比情况见表2。

表2   标准测试项目对比

注：Id,max为供应商规定的用于能量和容量测试的最大连续放电电流；Idp,max为供应商规定的用于功率、内阻和能量效率测试的最大放电脉冲电流；Ic,max为供应商在快速充电测试中为能量效率规定的最大连续充电电流；Tmin为最低温度；Tmax为最高温度；Imax(T)为某试验环境温度T下最大允许持续放电电流；I'max(SOC,T,t)为某SOC，试验环境温度T，脉冲持续时间t下的最大允许放电电流。



4 结 论

本文介绍了GB/T 31467—2023的制修订背景和主要修订点，分析了该标准与GB/T 31467.1—2015、GB/T 31467.2—2015、ISO 12405-4:2018在技术内容上的差异。GB/T 31467—2023规定了电动汽车用锂离子动力电池包和系统的电性能测试方法，该标准的修订一方面有助于企业进行相关研发和测试，降低测试成本；另一方面该标准充分参考了相关国际标准，并进一步优化和增加部分测试项目，体现了我国动力电池标准的先进水平。
GB/T 31467—2023作为测试方法标准，从产品实际应用场景和需求出发，优化了动力电池包和系统电性能测试方法，为动力电池包和系统直接应用层面的电性能指标增加了能量密度、充电性能和工况放电的评测方法，可以解决随着产业发展原标准中部分内容不能完全契合新测试样品的问题，有助于增加市场用户对电动汽车的认可度和信任，促进产业良性循环，形成良好的发展环境，提升我国电动汽车产业的竞争力。

第一作者：牛萍健（1996—），男，硕士，助理工程师，研究方向为电动汽车用动力电池标准化，E-mail：niupingjian@catarc.ac.cn；

通讯作者：柳邵辉，高级工程师，研究方向为新能源汽车和汽车节能标准化，E-mail：liushaohui@catarc.ac.cn。



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