《电动汽车用动力蓄电池安全要求GB+38031-2020》详细解读

《电动汽车用动力蓄电池安全要求GB38031-2020》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4缩略语和符号4.1缩略语4.2符号5安全要求contents目录5.1电池单体安全要求5.2电池包或系统安全要求6试验条件6.1一般条件6.2测量仪器、仪表准确度6.3测试过程误差6.4数据记录与记录间隔7试验准备contents目录7.1电池单体试验准备7.2电池包或系统试验准备8试验方法8.1电池单体安全性试验方法8.2电池包或系统安全性试验方法9实施日期附录A(资料性附录)电池包或系统的典型结构附录B(规范性附录)电池包或系统绝缘电阻测试方法contents目录附录C(规范性附录)热扩散乘员保护分析与验证报告参考文献011范围1范围安全性能评估涵盖电池在极端条件或意外情况下的性能和安全性，确保电动汽车在设计、制造和使用过程中满足国家规定的安全标准。试验项目包括但不限于过放电、过充电、外部短路、加热、温度循环、挤压以及振动、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、浸水、热稳定性等多项测试，以全面评估电池的安全性能。适用对象本标准适用于电动汽车用锂离子电池和镍氢电池等可充电储能装置，主要关注动力蓄电池单体、电池包或系统的安全要求。030201022规范性引用文件GB/T2423.4GB/T2423.56GB/T4208GB/T19596GB/T2423.43GB/T2423.17该标准规定了电工电子产品环境试验中的交变湿热试验方法，对于评估动力蓄电池在湿热环境下的性能和安全性具有重要意义。此标准涉及电工电子产品环境试验中的盐雾试验方法，有助于了解动力蓄电池在盐雾腐蚀环境下的耐久性和稳定性。规定了电工电子产品环境试验中的振动、冲击和类似动力学试验样品的安装方法，为动力蓄电池的振动和冲击测试提供了指导。该标准描述了环境试验中的宽带随机振动试验方法，对于评估动力蓄电池在振动环境下的可靠性和安全性至关重要。外壳防护等级（IP代码）的标准，为动力蓄电池的防护设计提供了参考，确保其在不同环境条件下的正常工作。电动汽车术语标准，为电动汽车及其相关部件，包括动力蓄电池，提供了统一的术语和定义，有助于行业内的沟通和理解。2规范性引用文件033术语和定义动力蓄电池指装在车辆上，可以向车辆提供持续驱动力的蓄电池系统，是电动汽车的关键组成部分。3术语和定义电池单体指构成动力蓄电池的最小单元，通常由正极、负极、电解液及外壳等组成，其性能和安全性直接影响到整个电池系统的表现。电池包或系统指由若干个电池单体通过串联、并联或其他方式组合而成，并配备相应的管理和保护装置，以提供足够的电压和容量的能源存储装置。它是电动汽车中储存和供应电能的核心部分。安全性能：指动力蓄电池在正常使用、异常情况或潜在危险情况下，能够保持其结构完整、功能正常，并防止发生起火、爆炸等危险事件的能力。它是评价动力蓄电池质量的重要指标之一。在《电动汽车用动力蓄电池安全要求GB38031-2020》中，明确规定了这些术语的定义，为后续的安全要求提供了基础。通过对这些术语的准确理解和应用，可以确保动力蓄电池在电动汽车中的安全使用，并推动电动汽车行业的健康发展。3术语和定义044缩略语和符号电池管理系统（BatteryManagementSystem）BMS荷电状态（StateofCharge）SOC01020304电动汽车（ElectricVehicle）EV健康状态（StateofHealth）SOH缩略语电池额定容量（单位：Ah）C电池电压（单位：V）U电池电流（单位：A）I符号010203电池功率（单位：W）P符号电池容量（单位：Ah）Q温度（单位：℃）T内阻（单位：mΩ）R054.1缩略语REEV增程式电动汽车(RangeExtendingElectricVehicle)FCEV燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）HEV混合动力汽车（HybridElectricVehicle）EV电动汽车（ElectricVehicle）BEV纯电动汽车（BatteryElectricVehicle）PHEV插电式混合动力汽车（Plug-inHybridElectricVehicle）常用缩略语010602050304Cell电池单体LIB锂离子电池（Lithium-ionBattery）BatteryPack电池包NiMH镍氢电池（Nickel-MetalHydrideBattery）BMS电池管理系统（BatteryManagementSystem）电池相关缩略语SOC荷电状态（StateofCharge）SOP性能状态（StateofPerformance）SEI安全防护（SafetyEnhancementInitiative）ThermalRunaway热失控安全性能相关缩略语01030504SOH健康状态（StateofHealth）02064.2符号4.2.1通用符号纯电动汽车（BatteryElectricVehicle）BEV插电式混合动力汽车（Plug-inHybridElectricVehicle）PHEV电动汽车（ElectricVehicle）EV增程式电动汽车（RangeExtendingElectricVehicle）REEV燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）FCEV01BMS电池管理系统（BatteryManagementSystem）4.2.2电池系统相关符号BMU电池管理单元（BatteryManagementUnit）BCU电池控制单元（BatteryControlUnit）SOC荷电状态（StateofCharge），表示电池剩余电量与额定容量的百分比SOH健康状态（StateofHealth），表示电池当前性能与初始性能的比值02030405安全相关要求（SafetyRelatedRequirement）SR危险等级（HazardRating）HR01020304安全要求（SafetyRequirement）S汽车安全完整性等级（AutomotiveSafetyIntegrityLevel）ASIL4.2.3安全要求相关符号测试（Test）Test4.2.4测试相关符号程序（Procedure）Procedure标准（Criterion）Criterion结果（Result）Result075安全要求5安全要求电池包或系统安全对于电池包或系统，标准提出了更为复杂的安全要求，包括振动、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、浸水、热稳定性等测试，以保障电池包或系统在多变的环境条件下仍能维持稳定性和安全性。热安全性能标准特别强调电池系统的热安全性能，要求电池单体在发生热失控后，电池系统必须在5分钟内不起火不爆炸，为乘客提供足够的逃生时间。电池单体安全标准规定了电池单体的安全要求，包括过放电、过充电、外部短路、加热、温度循环以及挤压等多项测试，确保电池单体在各种极端情况下都能保持稳定和安全。0302015安全要求试验条件设定：为确保测试结果的准确性和可靠性，标准对试验环境的温度、相对湿度、大气压力以及电池的荷电状态等条件进行了详细规定。这些安全要求的设定，旨在确保电动汽车用动力蓄电池在各种情况下都能保持高性能和安全性，从而保障电动汽车的整体性能和乘客的安全。通过严格遵守这些要求，可以有效降低电池故障的风险，提高电动汽车的可靠性和耐久性。085.1电池单体安全要求绝缘电阻电池单体与外壳之间应具有较高的绝缘电阻，以减少漏电风险。耐压强度电池单体应能承受一定的高压测试，确保在异常情况下不会发生电击事故。5.1.1电安全电池单体应经过挤压测试，确保在受到外力挤压时不会发生内部短路或燃爆。挤压测试通过模拟电池内部短路情况，检验电池单体的安全性能。针刺测试5.1.2机械安全5.1.3热安全温度循环测试通过模拟电池在实际使用中的温度变化，检验其耐受能力。高温测试电池单体应在高温环境下进行测试，确保其性能稳定且不会发生热失控。低温性能电池单体应在低温环境下具备良好的充放电性能，确保电动汽车在寒冷地区的正常使用。高湿性能在高湿度环境下，电池单体应保持良好的性能稳定性，避免因湿度变化导致的故障。5.1.4环境适应性095.2电池包或系统安全要求模拟碰撞测试模拟电动汽车发生碰撞时的情境，检验电池包或系统是否能有效防止电池泄漏、起火或爆炸等危险情况。振动测试模拟电动汽车在行驶过程中可能遇到的振动情况，以检验电池包或系统的结构强度和稳定性。机械冲击测试通过模拟突发性的机械冲击，评估电池包或系统在受到外力撞击时的安全性能。5.2电池包或系统安全要求对电池包或系统进行挤压，以测试其在受到外力压迫时的抗压能力和安全性。挤压测试模拟不同湿度和温度条件下的环境变化，检验电池包或系统的耐候性和可靠性。湿热循环测试将电池包或系统浸入水中，测试其防水性能和在潮湿环境下的工作稳定性。浸水测试5.2电池包或系统安全要求010203热稳定性测试（包括外部火烧和热扩散）：通过外部火烧测试检验电池包或系统的耐火性能；热扩散测试则模拟电池内部热失控的情况，评估电池系统的热安全性能。这些安全要求旨在确保电动汽车用动力蓄电池在设计、制造和使用过程中满足国家规定的安全标准，从而保障用户和乘客的安全。通过这些严格的测试项目，可以全面评估电池包或系统在各种极端条件和意外情况下的性能和安全性。5.2电池包或系统安全要求106试验条件温度条件标准规定了在进行各项安全性能测试时，试验环境的温度范围。这确保了在不同气候条件下电池的安全性能都能得到准确评估。相对湿度除了温度，相对湿度也是影响电池性能的重要因素。标准对试验环境的相对湿度进行了明确规定，以模拟电池在潮湿或干燥环境下的工作情况。大气压力大气压力的变化可能会影响电池的密封性和内部压力。因此，标准在试验条件中考虑了大气压力的因素，确保电池在各种气压条件下都能保持安全性能。6试验条件电池的荷电状态电池的荷电状态（SOC）对其安全性能有着直接影响。在进行安全测试时，标准规定了电池的SOC范围，以评估电池在不同电量状态下的安全表现。这些试验条件的设定，旨在模拟电动汽车动力蓄电池在实际使用过程中可能遇到的各种环境条件，从而全面评估其安全性能。通过严格遵守这些试验条件，可以确保电池在各种极端情况下都能保持稳定性和安全性，为电动汽车的乘客提供可靠的安全保障。6试验条件116.1一般条件6.1一般条件大气压力试验时的大气压力应接近标准大气压，或者在特定条件下进行模拟，以评估电池在不同气压下的性能表现。电池状态电池应处于规定的荷电状态，以便准确评估其性能。此外，电池的健康状态和循环寿命等因素也应考虑在内。温度与湿度试验环境温度应在一定范围内，如通常在10℃至40℃之间，以确保电池在各种环境条件下都能正常工作。同时，相对湿度也应在一定范围内，以模拟实际使用环境中的湿度变化。030201126.2测量仪器、仪表准确度6.2测量仪器、仪表准确度准确度要求：在GB38031-2020标准中，对测量仪器和仪表的准确度提出了明确要求，以确保测试结果的可靠性和准确性。这些要求通常包括仪器的精度、分辨率、稳定性等方面的规定。仪器校准：为确保测量仪器和仪表的准确度，标准要求进行定期的校准。校准过程包括使用标准器具对仪器进行比对、调整和验证，以确保其测量结果与真实值相符。误差范围：标准中还规定了测量仪器和仪表的允许误差范围。这是因为在实际测量中，由于各种因素的影响，测量结果可能会存在一定的偏差。通过规定误差范围，可以确保测量结果的可靠性和有效性。专业仪器选择：针对电动汽车动力蓄电池的安全性能测试，应选择符合标准要求的专业测量仪器和仪表。这些仪器通常具有高精度、高稳定性等特点，能够提供更准确的测量结果，为电池安全性能评估提供有力支持。136.3测试过程误差测试设备自身存在一定的精度限制，可能导致测量结果与真实值之间存在偏差。设备精度限制测试环境中的温度、湿度等变化可能对测试结果产生影响，导致误差。环境因素影响测试人员的操作不当或疏忽也可能导致测试误差的产生。人为操作失误误差来源010203选用高精度测试设备在测试过程中，应严格控制环境温度、湿度等条件，以减小环境因素对测试结果的影响。控制测试环境条件加强人员培训对测试人员进行专业培训，提高其操作技能和严谨性，减少人为操作失误的可能性。为提高测试准确性，应选用高精度的测试设备，并定期进行校准和维护。误差控制方法在测试完成后，应对测试结果进行误差评估，判断其是否在可接受范围内。误差评估对于超出可接受范围的误差，应通过数据处理方法进行修正，以提高测试结果的准确性。数据处理与修正修正后的测试结果应进行复核和确认，确保其真实可靠。结果复核与确认误差评估与处理146.4数据记录与记录间隔数据记录要求在电动汽车用动力蓄电池的测试过程中，应对关键参数进行详尽的数据记录。这些参数包括但不限于电压、电流、温度、压力等，它们对于评估蓄电池的性能和安全状态至关重要。记录间隔的设定为了确保数据的准确性和完整性，数据记录的间隔需要被合理设定。过于频繁的记录可能会造成数据冗余，而记录间隔过长则可能遗漏重要信息。因此，根据蓄电池的具体情况和测试需求，应设定一个既能捕捉关键变化又不失效率的记录间隔。6.4数据记录与记录间隔数据记录的重要性通过持续且精确的数据记录，可以追踪蓄电池在使用过程中的性能变化，及时发现潜在的安全隐患。这对于预防故障、优化设计和提高电动汽车的整体安全性具有重要意义。数据分析与处理记录下来的数据需要经过专业的分析和处理，以提取有价值的信息。通过对数据的解读，可以评估蓄电池的寿命、性能衰减情况，以及在不同条件下的表现等，从而为电动汽车的研发和改进提供有力支持。6.4数据记录与记录间隔157试验准备试验样品准备根据GB38031-2020标准，准备符合要求的动力蓄电池单体、电池包或系统作为试验样品。确保样品的状态良好，未经过滥用或损伤。7试验准备试验设备准备根据试验需求，准备相应的测试设备，如外部短路测试设备、电动伺服挤压试验机、热滥用试验箱、高低温交变试验箱等。确保设备处于良好状态，能够满足试验的精度和可靠性要求。试验环境准备根据标准规定，设置合适的试验环境，包括温度、湿度、大气压力等。确保试验环境符合标准要求，以保证试验结果的准确性和可靠性。安全措施准备在进行动力蓄电池安全试验时，必须采取严格的安全措施。准备相应的安全防护装备，如防护服、绝缘手套、护目镜等。同时，确保试验区域的安全隔离和通风良好，以防止意外情况的发生。试验记录准备在进行试验前，准备好试验记录表格或软件，用于详细记录试验过程中的各项数据。确保试验数据的完整性和可追溯性，为后续的数据分析和处理提供准确依据。7试验准备167.1电池单体试验准备7.1电池单体试验准备试验对象状态：电池单体应按照制造商的规定进行充电或放电，以达到试验所需的特定状态，如充电终止电压、放电终止电压等。试验环境温度：试验应在规定的环境温度下进行，以确保试验结果的准确性和可靠性。通常，环境温度应控制在一定范围内，如20℃至30℃之间。试验设备准备：进行电池单体试验需要准备相应的试验设备，如充放电设备、温度监控设备、数据采集设备等。这些设备应具备相应的精度和稳定性，以满足试验要求。安全防护措施：由于电池单体试验可能涉及高风险操作，因此必须采取充分的安全防护措施。这包括使用防护服、戴防护眼镜、确保试验区域通风良好等，以防止可能发生的电池泄漏、起火或爆炸等危险情况。177.2电池包或系统试验准备试验前准备电池包或系统在进行安全测试前，需要进行充分的预处理，确保电池处于激活和稳定的状态。这包括按规定的充电方法进行充电，并静置一段时间，以及进行放电至规定的放电截止条件。预处理循环电池包或系统需进行预处理循环，通常包括充电、静置和放电等步骤。这一循环的目的是使电池性能稳定，并检查电池的放电容量变化。如果连续两次的放电容量变化不高于额定容量的3%，则认为电池包或系统完成了预处理。7.2电池包或系统试验准备7.2电池包或系统试验准备安全保护措施在进行所有安全试验时，必须确保有充分的安全保护措施。如果试验对象有附加的主动保护线路或装置，应在试验前将其除去，以便准确评估电池本身的安全性能。试验环境要求试验应在规定的温度、相对湿度和大气压力等环境条件下进行，以确保测试结果的准确性和可靠性。同时，还应对试验对象的荷电状态进行明确规定，以模拟电池在实际使用中的情况。188试验方法过放电测试电池单体按特定方法充电后，以一定电流放电至规定时间，观察电池状态。过充电测试电池单体充电至制造商规定的充电终止电压的特定倍数或特定SOC后，停止充电并观察。外部短路测试电池单体正负极端子经外部短路一定时间，观察电池反应。加热测试将电池单体放入温度箱，按特定速率升温至规定温度并保持，然后观察电池情况。温度循环测试电池单体在特定温度条件下进行循环测试，模拟不同环境温度下的使用情况。挤压测试电池单体在特定条件下进行挤压，以评估其在受到物理压力时的安全性。8.1电池单体试验振动测试模拟电池包或系统在车辆行驶过程中受到的振动，检验其结构稳定性和安全性。机械冲击测试通过施加特定冲击波，模拟电池包或系统受到突然冲击时的反应。模拟碰撞测试按照特定条件模拟车辆碰撞情况，评估电池包或系统的安全性能。湿热循环测试在特定湿度和温度条件下进行循环测试，考察电池包或系统的耐候性能。浸水测试将电池包或系统浸入特定深度的水中一定时间，评估其防水性能。热稳定性测试包括外部火烧和热扩散测试，以评估电池包或系统在高温环境下的安全性能。8.2电池包或系统试验010203040506198.1电池单体安全性试验方法8.1电池单体安全性试验方法过充电测试电池单体在充电过程中，以制造商规定的电流进行恒流充电至充电终止电压的1.1倍或达到115%的荷电状态（SOC）后停止。该测试旨在模拟电池过充时的安全性能。外部短路测试将电池单体的正极端子和负极端子经外部短路10分钟，外部线路电阻应小于5mΩ。此测试用于评估电池在外部短路情况下的安全响应。过放电测试电池单体先以制造商规定且不小于1I3的电流放电至放电终止电压，然后进行搁置和充电，确保电池单体性能处于激活和稳定状态。通过此测试评估电池在过度放电情况下的安全性。030201加热测试电池单体在规定的温度循环条件下进行测试，以评估其在温度变化过程中的安全性和稳定性。温度循环测试挤压测试电池单体在垂直于极板方向或以在整车布局上最容易受到挤压的方向受到挤压，以评估其在受到物理压力时的安全表现。针对锂离子电池单体，温度以5℃/min的速率升至130℃±2℃并保持30分钟；对于镍氢电池单体，温度升至85℃±2℃并保持2小时。该测试用于检验电池在高温环境下的安全性能。8.1电池单体安全性试验方法208.2电池包或系统安全性试验方法振动测试模拟电动汽车在行驶过程中遇到的振动环境，测试电池包或系统的耐振动能力。这有助于评估电池在真实使用环境中的安全性和稳定性。8.2电池包或系统安全性试验方法机械冲击测试通过模拟电池包或系统受到外部机械冲击的情况，检验其结构的完整性和安全性。这种测试可以评估电池在遭受意外撞击时的保护能力。模拟碰撞测试模拟电动汽车发生碰撞事故时电池包或系统所受的影响，以验证其在极端情况下的安全性能。这对于确保乘客在碰撞事故中的安全至关重要。8.2电池包或系统安全性试验方法挤压测试对电池包或系统施加压力，模拟其在受到挤压时的表现。这有助于了解电池在受到外力压迫时的反应和安全性。湿热循环测试在交替的湿热环境下对电池包或系统进行测试，以评估其在不同气候条件下的适应性和安全性。这对于电动汽车在各种气候条件下的稳定运行具有重要意义。浸水测试将电池包或系统浸入水中，模拟其在涉水或浸水情况下的性能。这有助于评估电池在潮湿或水淹环境中的安全性能。8.2电池包或系统安全性试验方法外部火烧测试：模拟电池包或系统外部受到火焰燃烧的情况，以检验其防火性能和安全性。这对于防止电动汽车在火灾事故中引发更大的危险具有重要意义。这些试验方法旨在全面评估电动汽车用动力蓄电池在各种极端条件和意外情况下的安全性能。通过严格遵守和执行这些安全要求，可以确保电动汽车在设计、制造和使用过程中满足国家规定的安全标准，从而保障乘客和行人的安全。219实施日期自《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB38031-2020）发布之日起，给予相关企业和机构一定的过渡期，以确保各方能够充分准备并满足新标准的要求。标准发布后过渡期该标准已于2021年1月1日起正式实施。从此日期开始，所有在中国境内生产、销售和使用的电动汽车用动力蓄电池必须符合本标准的安全要求。正式实施日期正式实施时间生产企业需要按照新标准调整生产工艺和质量控制流程，确保所生产的动力蓄电池符合安全要求。同时，企业还需加强研发和创新，提高产品性能和质量，以满足市场需求。对生产企业的影响相关影响新标准的实施将促进电动汽车用动力蓄电池市场的规范化发展，提高产品质量和安全性。这有助于增强消费者信心，进一步推动电动汽车市场的普及和发展。对销售市场的影响监管部门需要加强对电动汽车用动力蓄电池市场的监管力度，确保各方严格执行新标准。对于违反标准规定的行为，应依法予以查处，维护市场秩序和消费者权益。对监管部门的要求22附录A(资料性附录)电池包或系统的典型结构电池管理系统（BMS）BMS是电池包或系统的核心组成部分，负责监测电池状态、控制充放电过程、确保电池安全以及与其他车辆系统进行通信。电池包或系统组成电池包或系统通常由多个电池单体、电池管理系统（BMS）、热管理系统、结构支撑件、电气连接件以及外壳等部分组成。电池单体排列电池单体在电池包或系统中的排列方式可能因设计而异，常见的排列方式包括串联、并联或混联，以满足不同的电压和容量需求。附录A(资料性附录)电池包或系统的典型结构热管理系统结构支撑件为电池包或系统提供机械强度和稳定性，保护电池单体免受外部冲击和振动的影响。结构支撑件电气连接件电气连接件负责电池单体之间的电气连接，确保电流的顺畅传输，同时需要具备高可靠性和安全性。热管理系统用于确保电池单体在适宜的温度范围内工作，通过散热、加热等手段维持电池温度的稳定，从而提高电池性能和安全性。附录A(资料性附录)电池包或系统的典型结构外壳保护：外壳作为电池包或系统的最外层保护结构，需要具备防水、防尘、防火等性能，以保护内部电池单体和组件免受外部环境的影响。此外，附录A还可能涉及电池包或系统的其他重要方面，如安全防护措施、故障诊断与隔离策略等，这些都是确保电动汽车用动力蓄电池安全性和可靠性的关键因素。请注意，以上内容仅为对GB38031-2020标准中附录A的概括性解读，具体细节和要求应以标准原文为准。如需深入了解该标准，建议直接查阅标准原文或咨询相关专业人士。附录A(资料性附录)电池包或系统的典型结构23附录B(规范性附录)电池包或系统绝缘电阻测试方法测试准备测试设备使用绝缘电阻测试仪，确保设备精度和可靠性。