ISO124051 中文版.docx
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ISO124051中文版
警告:
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名字:
电动汽车锂电池组和系统测试规范第一部分:
高功率应用
内容
1、范围
2、引用标准
3、术语和定义
4、符号和缩写
5、测试准备
5.1测试条件
5.2测试计划
5.3测试程序
5.4电池组-典型设计
5.5电池系统-典型设计
5.6电池组和系统台架实验装备
6、一般测试程序
6.1预处理循环pre-conditioningcycles
6.2标准循环
7、性能测试程序
7.1常温能量和容量测试
7.2不同温度和不同放电倍率能量和容量
7.3功率和内阻测试
7.4无负载容量损失
7.5存储容量损失
7.6低温启动功率
7.7高温启动功率
7.8能量效率测试
7.9循环寿命测试
8、可行性测试程序
8.1结霜-高低温冲击
8.2振动测试
8.3温度冲击
8.4机械冲击
9、滥用测试程序
9.1全部测试曲线信息
9.2短路测试
9.3过充保护测试
9.4过放保护测试
10、完
1范围
此标准指明了,电动公路车用锂电池组和系统的测试方法
测试方法说明,应该能够有效使使用本标准的用户判断锂电池组和系统的特性,包括性能、可能性、滥用性。
NOTE1混动和燃料电池汽车应用的高功率电池系统
NOTE2电芯层面的测试请参照IEC
2相关引用
ISO16750Parts1,3,4:
公路汽车环境条件和测试电子电气设备
IEC60068-2-64环境试验-第2部分:
试验方法;testFh;较大振幅的振动,(数字控制的)和说明。
3术语和定义
3.1batterycontrolunitBCU
控制和管理电池系统的电气和热功能的电子装置,并在电池系统和其它车载控制器之间提供通讯。
3.2batterypack
储能装置,包括电芯、电芯模组、电芯采集单位、高压回路、过流关断装置,和电子的相互连接,界面FOR冷却、高压、辅助低压和通讯
3.3batterysystem
储能装置,包括电芯、电芯模组、电芯采集单元、电池控制单元、带接触器的高压回路、过流关断装置,和电子的相互连接,界面FOR冷却、高压、辅助低压和通讯
3.4capacity
3.5cellelectronics
电子装置,用来收集和可显示电芯或模组的温度及数据,并将这些数据提供给电池控制单位,它包含电芯均衡电路。
NOTE电芯采集单位可能包含一个电芯控制器。
电芯均衡功能可由电芯采集单位控制或由电池控制单位控制。
3.6depthofdischargeDOD
电池组或系统在测试电流和温度下,放电的小时数,除以额定容量,以百分数表示。
3.7deviceundertestDUT
在本标准中,是一个电池组或电池系统
3.8energydensity
与电池包或者电池系统体系相关的,存储的能量的问题,用Wh/l表达
NOTE电池包或者电池系统包括冷却系统,如果有的话,包含冷却剂管道或者风管的可逆(可撤消)附件。
3.9highenergyapplication
电池包或者电池系统的一种应用的特性,在常温条件下,其最大允许放电功率与其放电能量的比值小于10
NOTE典型高能量电池包或者系统是为BEV应用设计的
3.10highpowerapplication
电池包或者电池系统的一种应用的特性,在常温条件下,其最大允许放电功率与其放电能量的比值大于或等于10
NOTE典型高功率电池包或者系统是为HEV和FCEV应用设计的
3.11hybridelectricvehicleHEV
具备可充电的能量存储系统和燃料能源双重动力的车辆
3.12ratecapacity
制造商说明的总的,在一定条件下,比如放电倍率、温度、放电截止电压等,从一个满充的电池包或者电池系统中放出的安时数。
3.13roomtemperatureRT
25±2℃
3.14specificenergy
电池包或电池系统中存储能量的总数,以Wh/kg表示
3.15stateofchargeSOC
电池包或电池系统中有效容量与额定容量的比,以百分数表示
4符号和术语
BCUbatterycontrolunit
BEVbatteryelectricvehicle
BOLbeginningoflife
Ccapacity,expressedinamperehours(Ah)
nCCurrentrateequaltontimestheonehourdischargecapacityexpressedinampere
DODdepthofdischarge
DUTdeviceundertest
EODVendofdischargevoltage
EUCAREuropeanCouncilforAutomotiveResearch
EVelectricvehicle
FCEVfuelcellelectricvehile
HEVhybridelectricvehile
HVhighvoltage,voltagelevelshigher60Vd.c
IEVInternationalElectrotechnicalcommission
ISOInternationalOrganizationforstandardization
Lilithium
Li-ionlithium-ion
LIBERALlithiumbatteryevaluationandresearch-acceleratedlifetestdirection
LVlowvoltagevoltagelevelslowerorequal60Vd.c
OCVOpenCircuitVoltage
PNGVPartnershipforanewgenerationofvehicles
PSDPowerspectralDensity
RESSrechargeableenergystoragesystem
RMSrootmeansquare
RPTReferenceperformancetest
RTRoomtemperature
SCstandardcycle
SCHstandardcharge
SDCHstandarddischarge
SOCstateofcharge
USABCUnitedStatesAdvancedBatteryConsortium
ηefficiency
5测试条件
5.1一般条件
电池包或电池系统根据此项规范测试时,需要满足以下条件:
——高电压安全设计,需要先满足ISO6469-1和-3的测试和认可
——递送的应是一整套系统和用户说明文件,包含必要的操作说明文件、与设备连接的必要配件,如连接器、插头含冷却装置
BCU应能完成指定的测试,如指定的测试方法,以及通过常用的COMBUS协议与深度台架通讯
如果没有另外规定,在测试之前,DUT应在测试温度下保持至少12小时,BCU应关闭。
如果达到热稳定,这个期间可以减少。
所有温度检测单元的温度变化在1小时内小于4K,可以认定为达到热稳定。
如果没有另外规定,每一次充电和每一次SOC变化都需要静置30min
电压和电流测量精度应不小于±0.5%,温度测量精度应不小于±1K
控制或测量值的总体精度,相对于指定的或实际的值,应不小于下列容差:
——voltage±1%
——current±1%
——capacity±1
——temperature±2K
——time±1
——mass±1
——dimensions±1
所有数值(时间、温度、电流、电压)应每充电或放电约5%记录一次
5.2测试顺序
每一个电池包或电池系统的测试顺序,应由客户和提供商共同认可,还应基于选择的测试项目或5.3中提到的所有测试项目
5.3测试程序
图1展示了测试程序的详细概述,同时给出了对应的条款
测试程序–概述
预处理循环
(条款6.1)
标准循环
(条款6.2)
标准放电
(条款6.2.2.2)
标准充电
(条款6.2.2.3)
常规测试(条款6)
常温能量和容量
(条款7.1)
不同温度和放电倍率容量
(条款7.2)
功率和内阻
(条款7.3)
无负载容量损失
(条款7.4)
存储容量损失
(条款7.5)
低温启动功率
(条款7.6)
高温启动功率
条款7.7
能量效率
(条款7.8)
循环寿命
(条款7.9)
特性测试(条款7)
温度变化
(条款8.1)
振动
(条款8.2)
热冲击循环
(条款8.3)
机械冲击
(条款8.4)
可靠性测试(条款8)
短路
(条款9.2)
过充保护
(条款9.3)
过放保护
(条款9.4)
滥用测试(条款9)
5.4电池包–典型设计
电池包代表子一个能量存储装置,它包含电芯或电芯模组,电芯采集,高压回路和过流关断装置含电子连接,冷却接口,高压,辅助低压和通讯。
电池包的高压回路包含接触器。
60VDC及以上电压的电池包,应包含手动关断功能。
所有的组件都应安装在一个可防撞击的箱子里。
5.5电池系统典型设计
5.5.1BCU的用途
BCU计算SOC和SOH,并提供电池系统的运行限止给车辆的管理单元。
BCU可以直接控制电池系统的主接触器,以便在特定条件下断开高压回路,如过电流,过电压,低电压,高温度。
BCU因设计或安装有所差异,它可能是一个单独的单元被集成到电池系统中,或者它可能安装在电池包外面再通过COMBUS或输入输出线路连接到电池包。
BCU的功能可能是一台或者多台车辆控制单元的集成功能
5.5.2集成BCU的电池系统
电池系统代表子一个能量存储装置,它包含电芯或电芯模组,电芯采集,BCU,高压回路含接触器和过流关断装置含电子连接,冷却接口,高压,辅助低压和通讯。
电池包的高压回路包含接触器。
60VDC及以上电压的电池包,应包含手动关断功能。
所有的组件都应安装在一个可防撞击的箱子里。
在这个例子中,BCU是集成在箱子内部的,并将其控制功能连接到电池包。
5.5.3外接BCU的电池系统
电池系统代表子一个能量存储装置,它包含电芯或电芯模组,电芯采集,高压回路含接触器和过流关断装置含电子连接,冷却接口,高压,辅助低压和通讯。
电池包的高压回路包含接触器。
60VDC及以上电压的电池包,应包含手动关断功能。
所有的组件都应安装在一个可防撞击的箱子里。
在这个例子中,BCU安装在箱子外面,然后将其控制功能连接到电池包。
5.6电池包和电池系统台架测试前的预处理
5.6.1电池包的预处理
如果没有另外说明,电池包高压和低压连接器应与测试平台设备连接。
接触器、获得的电压,电流和温度数据都应根据电池包制造商的要求和根据测试设备给的测试规范进行控制。
电池包的被动过电流保护装置应开启。
主动过电流保护应由测试平台设备维持,如果需要可通过电池包主接触器断开。
冷却装置应连接到测试平台设备并根据电池包制造商的要求工作。
5.6.2电池系统的预处理
如果没有另外说明,电池包高压、低压和冷却连接器应与测试平台设备连接。
电池系统应由BCU控制,测试平台设备应通过COMBUS遵循BCU的运行限制。
6一般测试程序
6.1预处理循环
DUT应进行几次充放电循环后,再进行正式的测试程式。
这是为了使电池包或电池系统的性能达到充分的稳定状态。
6.2测试程序
电池包的准备工作:
DUT的高压和低压连接器应与测试平台设备连接,测试在室温,满充状态和正常运行状态条件下进行,冷却系统运行(主接触器关闭,电池系统由BCU控制)。
测试时,集成的被动回路保护装置保持运行。
主动充电控制应断开。
测试程序应按下列进行:
——室温下进行
——放电应使用2C电流,或者依照制造商在交货前提供的不同电流进行测试。
充电根据制造商推荐的方法完成
——预循环应进行5次。
若客户和提供商同意,可少进行几次。
——电池包或电池系统在放电结束时,电池不能低于提供商推荐的电小电压(最小电压是避免造成电压不可逆损坏的最低电压)
——当两次连续放电容量的变化不超过标称容量的3%时,可认为电池的预处理完成。
(根据制造商指示,测试过程中放电30分钟或其它放电方式是可接受的);如果放电方法等同于制造在同一电池在出厂测试时使用的方法,那么第二次循环的数据可直接与制造商的数据对比。
6.2标准循环(SC)
6.2.1目的
为了保护每个测试是在电池初始状态条件相同的情况下完成的,一个标准循环,如下描述,应在每一个测试前进行。
6.2.2测试程序
6.2.2.1概述
SC应在室温下进行,SC组一个标准的放电(SDCH)跟一个标准的充电(SCH)组成。
如果由于某些原因,造成SC测试后与一项新的测试开始前之间的时间间隔超过3H,那么需要重复SC测试。
6.2.2.2标准放电(SDCH)
放电倍率
——1C或者根据电池制造商给出的规范书中,指定的放电方法。
放电限制
——根据电池制造商给出的规格书中的规定
6.2.2.3标准充电(SCH)
充电程序和充电结束条件:
——根据电池制造商给出的规格书中的规定。
规格书应涵盖整个充电过程中的充电条件和时间限制。
充电后,电池达到稳定状态的静置时间
——30min
7性能测试程序
7.1能量和容量测试,室温下
7.1.1目的
根据制造商1C倍率的容量(Ah),用这个值以恒定的电流倍率放电,来测量DUT的容量(Ah)(例如一小时率放电容量是10Ah,放电率就是10A)。
放电终止条件是制造商指定的放电截止电压。
一小时率(1C)是测量静态容量和能量的参照电流,也是电池包和电池系统的标准测试倍率。
另外,10C、20C或者最大允许倍率容量的测定应按照混合系统的需要来执行。
所有测试均在室温进行。
7.1.2测试程序
放电阶段
——以下列放电率的恒定电流:
1C、10C、20C和/或电池制造商允许的最大倍率。
在开始充电阶段之前,DUT应静置至少30min或达到室温
充电阶段
——直到满足以下条件时才能充电:
电池包或电池系统温度与适合充电温度完全平衡;或确定一个达到平衡时间,以便DUT能够充分平衡室温。
在放电阶段结束后,DUT应静置至少30min或应达到RT,才能进行充电阶段。
标准的充电(SCH)程序应参照6.2.2.3
所有的放电都应按照制造商的放电截止电压结束。
制造商的规格书中的容量(Ah)是电池以1C的恒定电流放电至截止电压,所放出的容量。
如果以1C测试放出的容量与制造商的规格书中的相关5%以上,那么应在测试报告中清晰的声明测量值,并应将其作为额定容量。
7.1.3要求
如果条款7.1.2步骤2.3中得到的1C容量与制造商的规格书中的1C容量相关超过5%,那么这个测量的1C容量将作为额定容量,并应作为所有后续放电电池需求的基础。
下列数据应被报告:
——不同放电倍率和紧接着的标准充电的电流、电压、及对应的电池和环境温度。
——不同放电倍率的放电容量(Ah)、能量(Wh)和平均功率(W)
——每次放电测试后的充电容量(Ah),能量(Wh)和平均功率(W)。
——不同放电倍率下,“往返行程”放电/充电效率。
——在不同放电倍率下,放电能量(Wh)视作放电深度的能力。
——1C放电倍率的终止放电电压离散图表
NOTE容量数据同样用来计量后续的容量衰减(见条款7.9.2.8)
7.2不同温度和不同放电率的能量和容量
7.2.1目的
这项测试说明了不同温度下,三种不同恒定电流放电率的容量。
这三种不同放电率应按顺序在环境温度变化前进行,然后在新的温度达到后再重复。
7.2.2测试程序
在放电阶段完成后,DUT应静置至少30min或应达到环境温度要求,再开始充电阶段。
SCH过程应按照条款6.2.2.3执行
所有的放电测试结束条件应以制造商提供的放电截止电压为准
7.2.3要求
下列数据应被报告:
——不同放电倍率和紧接着的标准充电的电流、电压、及对应的电池和环境温度。
——不同放电倍率的放电容量(Ah)、能量(Wh)和平均功率(W)
——每次放电测试后的充电容量(Ah),能量(Wh)和平均功率(W)。
——不同放电倍率下,“往返行程”放电/充电效率。
——在不同放电倍率下,放电能量(Wh)视作放电深度的能力。
——1C放电倍率的终止放电电压离散图表
7.3功率和内阻测试
7.3.1目的
功率和内附测试是为了测定动态功率性能,充放电条件下的欧姆内阻以及DUT的OCV都视作(不同)SOC和温度下的能力(参数)。
此项测试程序结合了PNGV/FreedomCar“混合脉冲功能性能测试”和EUCAR“内阻、开路电压和功能测定测试”。
此项测试应包含4个温度(40度,室温,0度和-18度)和应函盖SOC在80%-20%范围的五个步骤(80%,65%,50%,35%,20%),但是,为了避免DUT的深度放电,最后一步20%SOC只能在DUT的最大放电电流等于或小于10C电流率时先进。
7.3.2脉冲功率特性介绍
这部分的目的是解释不同SOC下,放电脉冲功率(0.1s,2s,10s和18s)和再充电脉冲功率(0.1s,2s和10s)的性能。
通常测试协议使用的是一个恒定的电流,它来自于制造商的最大额定脉冲放电电流,最高不超过400A。
只有当DUT在放电中达到放电电压极限时,应降低电流,使电池电压在18s脉冲放电时,维持在放电电压极限。
再生充电脉冲电流应保持恒定,其数值为放电脉冲电流的75%。
只有当DUT在充电中达到充电电压极限时,应降低电流,使电池电压在10s脉冲充电时,维持在充电电压极限。
测试说明由18s放电脉冲跟着40s静置组成,静置期间允许测量电芯的极化内阻。
以放电脉冲电流的75%的电流率,进行一个10s再生充电脉冲,用以确定再生充电能力。
放电电流以正数表示,充电电流以负数表示(参见表3和图5)。
图5显示了一个最高额定脉冲放电电流是20C的电池的例子。
脉冲功率性能的最高额定脉冲放电电流,应由电池制造商确定。
NOTE图6中的电压值只是一个例子,表示电芯的水平。
这些值会因电池的材料体系、温度、SOC等而不同。
为了峰值功率,再新功率和内阻的测定,脉冲功率特性介绍表4中给出的时间点对应的电池未端电压应被测量。
进行下列计算:
7.3.3测试程序
每个测试之前,电池应在测试温度下至少保持12h。
若达到热稳定,这个时间可以减少。
达到热稳定是指,所有的单体电芯温度在1小时内的变化不超过1K。
在每个测试温度中,测试下的电池应以标准循环放电和充电(1C放电和标准充电),接着静置至少30min,以便使电芯温度达到要求温度。
对满充的电池,以1C放电至初始的80%SOC,静置阶段不少于30min然后按照脉冲功率特性介绍中的表3进行测试。
再以1C放电至下一个SOC步骤,静置30min,重复测试脉冲功率。
在这个过程中,所有的SOC状态(80%,65%,50,35%,20%)都会测试到。
下表5列明了测试顺序。
7.3.4要求
下列数据按条款7.3.2的公式计算:
——不同SOC和不同温度下,0.1s,2s,10s和18s的放电功率。
——不同SOC和不同温度下,0.1s,2s和10s的再生充电功率。
——不同SOC和不同温度下,0.1s,2s,10s和18s的放电内阻和总体内阻。
——不同SOC和不同温度下,0.1s,2s和10s的充电内阻和总体内阻。
——不同SOC和不同温度下,开路电压。
——常温下,第一次与最后一次的误差(如果有)
——如果由于电压限制,必须减小充放电电流,那么在计算内阻值时,应在协议和结果表格中记录清楚。
7.4无负载容量损失
7.4.1目的
这项测试是用来衡量电池系统在时间没有使用,或车辆长时间没有行使,也没有对电流系统进行充电的情况下,容量的损失。
当发生这种衰减,如果是自放电造成的,它可能是临时性的,或者如果由于其它机理造成的损失出现,那么它可能引起永久或半永久容量衰减。
这项测试只适用于电池系统。
7.4.2测试程序
电池系统自放电应使用一个完整且全面运行的电池系统来测量。
BCU应由辅助电源供电,以保证在静置阶段能够控制电池系统的必要功能。
如:
电池系统电芯均衡;周期性唤醒BCU。
电池系统的自放电率计算两个不同存储周期和在两个不同温度。
电池系统放电至80%SOC再开路放置一定的时间,BCU应能执行控制动作。
剩余容量应由1C放电决定。
测试温度由恒温箱控制,要求温度下的每一个测试周期前,电池应在测试温度下保持至少12小时。
此时间可以减少,当1小时区间内,电芯的温度变化少于4K。
温度:
RT和40度
标准循环:
测试前应进行一次标准SC(条款6.2),以保证每个测试都是电池系统是在相同初始状态下进行的
放电率:
以1C电流将电池系统放电至80%。
存储周期:
24小时(1天),168小时(7天)和720小时(30天)
辅助能量:
BCU以及其它电池系统的电子部件对辅助能量的消耗,都就持续记录(Wh)并体现到每个存储期内。
7.4.3测试顺序
第一测试顺序:
常温存储
第二测试顺序:
40度存储
7.4.4要求
报告1C放电剩余能量和容量。
计算80%初始容量在每个存储期的能量和容量损失百份比。
报告每个存储期,BCU以及其它电子器件对辅助能量的消耗。
制作图表,包含两个温度中,不同存储期的残余容量。
7.5存储容量损失
7.5.1目的
这项测试是用来衡量电池系统存储较长时间的情况下的容量损失,比如从制造商船运到客户手上这段时间。
当发生这种衰减,如果是自放电造成的,它可能是临时性的,或者如果由于其它机理造成的损失出现,那么它可能引起永久或半永久容量衰减。
7.5.2测试程序
存储期间,所有电池的端子应断开,含高压端子,低压端子,冷却系统插件,以及其它必要连接。
将初始容量为50%SOC的电池系统,在45度环境下存储720小时测试自放电率。
以1C电流测试剩余容量。
温度:
45度
标准循环:
保证初始状态(条款6.2)
放电率:
以1C放电至50%SOC
周期:
720小时
辅助能量:
存储期,所有端子断开
维修断路器:
如果有,也断开。
7.5.3测试顺序
7.5.4要求
报告1C放电剩余能量和容量。
计算50%初始容量在存储后的能量和容量损失百份比。
7.6低温启动功率
7.6.1目的
低温启动功率测试是为了计算低温下的功率能力(-18度和-30度,-30度需要电池系统制造商与测试协合共同同意)。
测试应在电池系统制造商提供的说明允许的最低SOC水平进行。
目的是生成基础数据,包含在低温下依赖输出功率的时间。
测试中采集频率为50ms。
7.6.2测试程序
测试由下面工步组成:
NOTE为了后面计算低温启动功率能力,应进行5秒持续脉。
7.6.3要求
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