胡路遙 黃 鯤 張思瑤 魏國華 王文濤 莊宇迪

（1.嘉興威凱檢測技術有限公司 嘉興 314000； 2.威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

電動自行車因其經(jīng)濟和輕便的特性，成為人們熱衷的短途出行交通工具之一。為了規(guī)范電動自行車市場，國家出臺了新國標，GB 17761-2018《電動自行車通用技術條件》，并已經(jīng)于2019年4月15日強制實施。新的電動自行車國標明確規(guī)定電動自行車需具有腳踏騎行能力，最高設計車速不超過25 Km/h，整車質量（含電池）不超過55 Kg，電機功率不超過400 W，蓄電池標稱電壓不超過48 V等［1］。鋰電池因其能量密度高、自放電率低、無記憶效應、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，作為動力來源越來越多的應用到電動自行車上。電動自行車新國標的執(zhí)行，在車型結構、重量及相關性能等各方面要求很大程度指向鋰電款，未來電動自行車采用鋰電池是大勢所趨。鋰電池作為電動自行車的能量來源，是最重要的關鍵部件之一。近幾年隨著鋰電池技術的飛速發(fā)展，技術迭代速度加快，電動自行車鋰電池在充電或正常使用過程中發(fā)生起火爆炸的事故也屢見報端。電池質量的高低，直接影響到消費者的安全和使用體驗。為了適應電動自行車對鋰離子電池新的要求，中國國家標準化管理委員會聯(lián)動國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T 36972-2018《電動自行車用鋰離子蓄電池》。新的標準體系以鋰離子蓄電池為核心，主要從電芯及電池組、附件及部件和電動自行車應用等方面完善優(yōu)化，以促進鋰離子電池在電動自行車市場中的應用。為了更好的學習和研究GB/T 36972-2018新標準，本文對比舊有的行業(yè)標準QB/T 2947.3-2008，并簡要分析標準差異背后的原因。

1 標準差異概述

鋰離子電池作為電動自行車產(chǎn)品的動力能源，具有較為廣闊的應用前景，適應了電動自行車輕量化、美觀化的需求，下圖1為車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈，為加快電動自行車用鋰離子電池標準化工作，提升標準對相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體支撐作用，工信部在2014年組織制定了《電動自行車用鋰離子電池綜合標準化技術體系》。盡管近年來我國電動自行車用鋰離子電池有了很大的發(fā)展，但與傳統(tǒng)的鉛蓄電池相比，在安全性、性價比等方面還存在一些需要解決的問題。

行業(yè)標準QB/T 2947.3-2008于2008年正式發(fā)布實施，鋰電池技術經(jīng)過多年的發(fā)展，行業(yè)標準已經(jīng)不能滿足如今電動自行車對鋰電池的要求。國家標準GB/T 36972-2018的制定，參考了原行業(yè)標準，測試項目變化較大，并新增了諸多測試項目。GB/T 36972-2018可以將測試分為電性能測試、電安全性測試、機械及環(huán)境安全性測試、安全保護性能測試、外殼測試五個部分，項目列表及與行業(yè)標準的簡要差異見表1。

2.電性能測試差異

2.1 放電電流

針對額定容量和大功率放電性能，與行業(yè)標準相比，新國標增加了測試電流大小。由原來的0.2I2、1I2分別增加為 1I2、2I2。

放電電流的大小直接影響了測試的放電容量，一般情況下，隨著放電電流越大，要求在一定時間內到達或離開反應位置的離子或電子數(shù)就越多，對電極和電解液的導電性和離子擴散速度要求就更高，若達不到要求電極將產(chǎn)生極化，對放電來講就是比不極化或極化小時更快到達截止電壓，也就是放電容量更低。大電流快速放電，是評價電池放電性能的主要指標，也與電動自行車在實際加速工況中的使用比較貼合。

2.2 低溫測試和高溫測試

電池是一個化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，溫度是影響化學反應最重要的因素之一。溫度對電化學反應速率的影響很大，電池在不同溫度下的表現(xiàn)是評價電池性能的重要指標。以下為放電容量隨溫度變化的曲線，如圖2所示。

圖1 電動自行車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈

圖2 放電容量隨溫度變化的曲線圖

從圖2可以看出，隨著溫度的降低電池的放電容量也會逐漸降低，因為電極/電解液界面上的化學反應速率與溫度有關，溫度越低，反應速度越慢，這就導致了放電容量也會大大降低；另外雖然隨著溫度的升高，反應速率會隨之加快，但溫度一旦過高，反而會破壞電池內的化學平衡，導致副反應的產(chǎn)生，從而減慢反應速率，相應的放電容量也會減小。

中國國土面積廣闊，從北到南橫跨多種氣候環(huán)境?？紤]到國標對國內所有環(huán)境的適用情況，新國標將低溫測試由原來的-10 ℃的溫度降低到-20 ℃，將高溫放電中的40 ℃增加到55 ℃。新標準中的低溫和高溫測試中溫度的改變會使得測試條件更加嚴苛，對于電池制造商來說需要提前做好準備來應對新標準的變化。

2.3 荷電保持及恢復能力

電池生產(chǎn)是一個復雜的工藝流程，任何因素的疏漏都會對最終電池的電性能造成影響。電極材料純度、隔膜性能、生產(chǎn)工藝等瑕疵對電池自放電都有較大影響，嚴重時電池自放電嚴重，甚至發(fā)生內部短路、熱失控等引起電池鼓脹、起火、爆炸?？紤]到實際中電動自行車較長時間不使用后的情況，新國標延長了荷電保持的時間，并且增加存儲后恢復能力項目的測試，比起QB/T 2947.3-2008標準，更注重實際，考慮的更完善，推動鋰電池在電動自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

表1 GB/T 36972-2018與QB/T 2947.3-2008測試項目差異列表

2.4 內阻測試

內阻是作為目前國際公認的對蓄電池最有效的、測量最便捷的性能參數(shù)，能夠反映電池的劣化程度、容量狀態(tài)等性能指標，隨著電池劣化程度的加大，電池的內阻也會出現(xiàn)顯著的增高，所以標準GB/T 36972-2018增加內阻的測試，能很快速的分辨出電池性能的劣化程度。

2．1 初篩和復篩基本情況 調查發(fā)現(xiàn)，2006－2011年總出生人口數(shù)為29 698例，共篩查27 662例，初篩率為93．14%，初篩率逐年上升，年度間差異有統(tǒng)計學意義，P＜0．01）。初篩通過24 928例，通過率90．12%。應復篩2 734例，實際復篩1 644例，復篩率60．13%，復篩率逐年上升，年度間差異有統(tǒng)計學意義（χ2＝117．56，P＜0．01）。復篩通過1 413例，通過率85．95%。見表1。

一般使用交流法進行測試，測試前，在環(huán)境溫度23℃±2℃中以I2（A）恒流放電至終止電壓，電池組按標準要求充電結束以后，在溫度為20℃±5℃的環(huán)境中擱置1h-4h，之后對電池組施加電流有效值為In、頻率為1.0kHz±0.1 kHz的交流電，用交流表測量交流電壓有效值Ua，測量時間1～5 s。所有電壓在電池組的端子進行測量，不包括承載電流的接觸點。電池組的交流內阻值Rac按式（1）計算［2］：

式中：

Rac—交流內阻值，單位為歐姆（Ω）；

Ua—交流電壓有效值，單位為伏特（V）

In—交流電流有效值，單位為安培（A）

注：宜選擇峰值電壓低于20 mV的交流電。

3 安全性測試差異

3.1 電安全性

3.1.1 過充電測試

3.1.2 強制放電測試

QB/T 2947.3-2008中的過放電測試，以去除保護線路的電池組為對象，電池組放完電后，再按照0.2I2電流放電至任一單體電壓為0V［3］。國標與之相比有根本的不同。新國標規(guī)定，將電池組充滿電后，去除保護電路，選擇任一單體電池將其電壓放至0V，其余電池仍保持滿電狀態(tài)。再以2I2大電流放電1h［2］。單體電池批量生產(chǎn)及應用時，電池的一致性是非常重要的因素。如果電池一致性較差，在長時間的充放電使用過程中，單一電池的過充或者過放問題就會累積，最終導致某一節(jié)電芯的率先失效。新國標的測試方法，考慮到了單體電池一致性的問題，更加貼近實際。

3.1.3 外部短路測試

與QB/T 2947.3-2008相比，新國標在外部短路測試中主要參考了聯(lián)合國運輸標準UN38.3的測試條件，將外部導線阻值由30～50 mΩ變?yōu)?0 mΩ±20 mΩ，其余變化不大。

電安全性測試的難點在于它們測試時都需要將保護裝置拆除，給試驗人員的預處理帶來了難題，同時也增加了測試的危險程度。所以測試應在有強制排風條件及防爆措施的環(huán)境下進行，測試人員要注意將自身安全放在第一位，操作完成及時遠離測試儀器，等待足夠從的時間再去觀察電池。另一方面，對于過充、過放，短路測試，電池組本身有三道保護措施，第一道充電器，第二道保護裝置，第三道就是電芯本身的安全性能了，但是由于保護板的拆除，最后的防線就落在了電芯本身的安全性能上。這就意味著對電芯的要求就更高，很多測試的不合格項就容易出現(xiàn)在這里，所以要求電池制造商能在這個方面力求改良電芯的安全性能，爭取在前兩道安全防護失效的時候，還能保證測試的安全通過。

3.2 機械及環(huán)境安全性

聯(lián)合國運輸標準UN 38.3是鋰電池運輸必須符合的標準，被世界上絕大多數(shù)國家承認，應用最廣的標準之一。GB/T 36972-2018標準最大的特點之一是參考了UN 38.3，新增了機械沖擊、低氣壓測試，振動測試修訂后與UN 38.3保持一致。擠壓測試、高低溫沖擊在UN 38.3相關條款的基礎上也做了修訂，總體來說變化不大。自由跌落測試中則是將硬木板改成了水泥板面，跌落面強度加強［2］，測試更加嚴格，另外浸水測試雖沒有做修改，但卻是很容易出現(xiàn)不合格項的地方，例如前段時間就有出現(xiàn)浸水實驗電池著火的現(xiàn)象，圖3是浸水實驗測試失敗的電池照片。

浸水實驗作為考量電動自行車在雨天使用的安全性很有必要，通過測試我們發(fā)現(xiàn)，電池包的密封性對于浸水實驗有很大影響，密封性高的電池包在浸泡過程中可以防止內部高壓部件及其電路被具有導電性的鹽水溶液侵入，因此密封性高的電池結構是電池制造商們可以考慮的一個設計方向。

針對動力電池芯的標準最近幾年都有出臺，GB/T 36972-2018與行業(yè)標準相比，新國標更加注重對電池組的測試評價，取消了針對單體電池的測試。單體電池安全的評估可以參考GB/T 31485-2015。

4 安全保護性能測試差異

提高電池的安全性，一方面是提高電池本身的質量，另一方提高電池保護線路的可靠性。電池保護線路安全保護性能的測試是新增加的章節(jié)。新增項目有過充電保護、過放電保護、短路保護、放電過流保護、靜電放電等5項測試［2］。電池組在具備保護線路的情況下，將更嚴酷的實驗條件施加到樣品，以評估在極端測試條件下電池的主動保護性能。

5 外殼

鋰離子電池作為電動自行車產(chǎn)品的動力能源，具有較為廣闊的應用前景。為了適應電動自行車輕量化、美觀化的需求，目前市場上電池組外殼多以非金屬材料為主。新國標增加了專門針對外殼的測試，測試項目為模制殼體應力測試、殼體承受壓力測試、阻燃性測試等三項測試［2］。

前兩項測試主要評估電池組在長時間高溫或者表面有應力施加時，電池組殼體的應力及受壓能力。而阻燃測試的增加則因為近年來，電動自行車火災事故頻發(fā)，嚴重影響人民群眾的生命財產(chǎn)安全而變得尤為重要，而且阻燃測試也是電動自行車測試很容易出現(xiàn)不合格項的地方。圖4是電動自行車著火的圖片。

由此可見電動自行車著火的危害是很大的，如果我們能提高電池部件材料，如主回路、主回路鏈接、與電池直接接觸的非金屬、次回路等的阻燃性能，那么將大大減小電動自行車著火的概率，同時減少事故發(fā)生的概率，希望電池制造商們生產(chǎn)電池時多多考慮電池各個部件材料的阻燃性能，減少電動自行車著火事件，讓大家能都安全用車。

6 結論

圖3 浸水實驗測試失敗電池照片

圖4 電動自行車著火照片（圖片來源于衢州新聞網(wǎng)）

隨著現(xiàn)行強制性國家標準GB 17761-2018《電動自行車通用技術條件》強制實施，QB/T 2947.3-2008標準已經(jīng)不能滿足GB 17761-2018標準中對電動自行車的種種要求，工信部正式發(fā)布出臺了GB/T 36972-2018《電動自行車用鋰離子蓄電池》新的標準，該標準在基于GB 17761-2018標準對電動自行車更高的要求上，結合使用電動自行車以及目前鋰電池技術發(fā)展水平的實際狀況，對QB/T 2947.3-2008標準進行改良和完善。新標準的出臺無疑能促進鋰離子電池在電動自行車市場上更好的應用，同時也對于電池各方面的性能要求也更高。希望本文通過將GB/T 36972-2018與QB/T 2947.3-2008標準的對比，能幫助我們更好的學習新標準，并能為鋰電產(chǎn)品的技術改進提供一定的方向。