王彩娟，朱相歡，田宏錦，秦劍峰

(1.中華人民共和國吳江海關(guān),江蘇 吳江 215200；2.蘇州市吳江區(qū)檢驗檢測中心，江蘇 吳江 215200)

1 引言

2020年，特斯拉、寶馬、現(xiàn)代、福特、力帆、極星、威馬、零跑、中車、鄭州日產(chǎn)等車企都相繼發(fā)布過召回公告，全球新能源汽車召回事件頻發(fā)。據(jù)報道，召回事件的起因主要是其電動汽車用電池存在安全隱患。提高電動汽車用電池的安全性能，除了電池材料的革新，完善的汽車電池管理系統(tǒng)不可或缺。汽車電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)是電池組的“大腦”，主要負責控制和保護電池單元不受外界條件的影響，其作為動力電池安全性能保障的作用日益凸顯。目前沒有可參考的電動汽車電池管理系統(tǒng)國際標準，我國為實現(xiàn)電動汽車電池管理系統(tǒng)的規(guī)范化生產(chǎn)，推動新能源汽車行業(yè)的良性發(fā)展，正在逐步建立電動汽車電池管理系統(tǒng)標準化體系，其中新國標GB/T 38661-2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》已發(fā)布實施[1]。

在此新國標發(fā)布之前，電動汽車電池管理系統(tǒng)只有行業(yè)標準QC/T 897-2011，程浩等提出該行業(yè)標準已經(jīng)遠遠滯后于電池管理系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展，針對QC/T 897-2011的不足，他們從SOC/SOH/SOP測試、均衡管理、熱管理、電磁兼容性等其他方面，對未來BMS標準化的方向進行了展望[2]。這是由于之前對汽車電池管理系統(tǒng)的研究處于初期，對電池充放電管理的可靠性、電池電量均衡管理、電池狀態(tài)估算方面還有所欠缺。因此，新發(fā)布的國標GB/T 38661-2020或?qū)⒊蔀槲覈妱悠囯姵毓芾硐到y(tǒng)標準化的重要依據(jù)，廣大電動汽車電池相關(guān)企業(yè)應(yīng)高度重視對新國標的要求解讀。為幫助相關(guān)企業(yè)全面了解新國標的各項規(guī)定，本文對新國標的檢測對象、要求和方法進行解讀，以期為相關(guān)企業(yè)提供必要的技術(shù)參考。

2 BMS功能簡介

電池管理系統(tǒng)是電動汽車動力電池系統(tǒng)的重要組成部分。它的主要目的是保證電池系統(tǒng)的設(shè)計性能，從安全性、耐久性和動力性3個方面提供作用，主要通過監(jiān)控電池系統(tǒng)的運行狀態(tài)，防止電池出現(xiàn)過充和過放的情況[3]。而新國標GB/T 38661-2020規(guī)定電動車用電池管理系統(tǒng)的基本功能應(yīng)包括監(jiān)測或獲取數(shù)據(jù)、故障診斷信息記錄及處理、自檢、信息交互、實時通信等，如下表1所示。

表1 電動車用電池管理系統(tǒng)基本功能(GB/T38661-2020)Table 1 Basic functions of battery management system for electric vehicles in GB/T 38661-2020.

3 解讀GB/T 38661-2020

GB/T 38661-2020規(guī)定了3類檢測對象：蓄電池電子部件、蓄電池控制單元和蓄電池管理系統(tǒng)，對應(yīng)7大類檢驗項目，從狀態(tài)參數(shù)測量精度、SOC估算精度、電池故障診斷、絕緣性能、電氣適應(yīng)性能、環(huán)境適應(yīng)性能和電磁兼容性能規(guī)定了車用電池管理系統(tǒng)的測試要求；同時這7大類檢驗項目又細分為32個檢驗分項(如下表2)[1]。

表2 檢驗項目、對象和要求(GB/T 38661-2020)Table 2 Inspection items,objects and requirements in GB/T 38661-2020.

序號檢驗對象檢驗大項檢驗分項要求章條號試驗方法章條號要求10111213141516171819202122232425安裝在電池包內(nèi)部的蓄電池電子部件和蓄電池控制單元、安裝在電池外部與蓄電池系統(tǒng)有電氣連接的蓄電池電子部件和蓄電池系統(tǒng)控制單元電氣適應(yīng)性能直流供電電壓5.8.16.6.1電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.1進行試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級過電壓5.8.26.6.2電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.2進行試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的C級疊加交流電壓5.8.36.6.3電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.3進行試驗,標稱電壓為12 V系統(tǒng)測試嚴酷等級2,24 V系統(tǒng)測試嚴酷等級為3,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級供電電壓緩降和緩升5.8.46.6.4供電電壓瞬態(tài)變化5.8.56.6.5電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.5進行試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的C級反向電壓5.8.66.6.6電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.6進行試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的C級短路保護5.8.76.6.7電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.6.7進行試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的C級環(huán)境適應(yīng)性能正弦振動5.9.16.7.1電池管理系統(tǒng)應(yīng)能經(jīng)受標準規(guī)定的6.7.1規(guī)定的振動試驗,在試驗后應(yīng)能正常工作,且滿足標準規(guī)定的5.4狀態(tài)參數(shù)測量精度的要求,并通過目檢不應(yīng)有零部件脫落隨機振動5.9.26.7.2電池管理系統(tǒng)應(yīng)能經(jīng)受標準規(guī)定的6.7.2規(guī)定的振動試驗,在試驗后應(yīng)能正常工作,且滿足標準規(guī)定的5.4狀態(tài)參數(shù)測量精度的要求,并通過目檢不應(yīng)有零部件脫落機械沖擊5.9.36.7.3電池管理系統(tǒng)應(yīng)能經(jīng)受標準規(guī)定的6.7.3規(guī)定的振動試驗,在試驗后應(yīng)能正常工作,且滿足標準規(guī)定的5.4狀態(tài)參數(shù)測量精度的要求,并通過目檢不應(yīng)有零部件脫落低溫性能5.9.46.7.4電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.4.1進行低溫貯存試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的C級電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.4.2進行低溫貯存試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級高溫性能5.9.56.7.5電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.5.1進行高溫貯存試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的C級電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.5.2進行高溫貯存試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級溫度梯度5.9.66.7.6電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.6進行溫度梯度試驗,以5 ℃溫度梯度從20 ℃降到-20 ℃,然后以5 ℃溫度梯度從-20 ℃升到65 ℃,在-20 ℃至65 ℃間的每個溫度點,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級溫度循環(huán)5.9.76.7.7電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.7進行規(guī)定變化率的溫度循環(huán)試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級耐鹽霧5.9.86.7.8電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.8進行規(guī)鹽霧試驗,不得有鹽水進入殼體,在GB/T28046.1-2011規(guī)定的工作模式3.2下功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級。對于完全放置在乘員艙、行李艙或貨艙的測試對象可不進行耐鹽霧試驗。對于安裝在電池艙內(nèi)部的受試對象,如果艙體防護等級達到IP67,可不進行耐鹽霧試驗濕熱循環(huán)5.9.96.7.9電池管理系統(tǒng)按標準規(guī)定的6.7.9進行濕熱循環(huán)試驗,功能狀態(tài)應(yīng)達到附錄A中規(guī)定的A級

3.1 狀態(tài)參數(shù)測量精度

GB/T 38661-2020規(guī)定的狀態(tài)參數(shù)包括:總電壓、總電流、單體(電芯組)電壓、溫度、絕緣電阻[1]，各參數(shù)的精度要求見表2。汽車電池內(nèi)所含的電芯數(shù)量龐大，狀態(tài)參數(shù)測量精度是實現(xiàn)電池管理的前置條件。采集到的電池關(guān)鍵信息是電池管理系統(tǒng)對電池和動力裝置進行控制的控制算法和策略的前提和基礎(chǔ)，因此信息的采樣速率和精度均會影響電池管理系統(tǒng)的性能[3]。

3.2 SOC估算精度

SOC是指電池的荷電狀態(tài)，目前國內(nèi)外普遍定義為可用容量占額定容量的百分比。汽車電池管理系統(tǒng)將SOC作為充放電的重要閾值，通過對SOC的監(jiān)測動態(tài)調(diào)整鋰離子電池充放電狀態(tài)，避免電池濫用延長使用壽命。雖然從定義看直接決定SOC值的是鋰離子電池的額定容量和可用容量。但從計算方法涉及的參數(shù)看鋰離子電池端電壓和回路電流是最重要的測量參數(shù)，故最終影響SOC估算精度的主要還是歸結(jié)于電壓和電流測量的精度。

3.3 電池故障診斷

為防止鋰離子電池出現(xiàn)過充、過放或過溫等濫用情況，延長電池使用壽命，必須實時監(jiān)控鋰離子電池組及各單芯電池的運行狀態(tài)，并在異常情況出現(xiàn)時及時進行故障診斷給出預(yù)警信號，才能為保障乘員安全贏得必要時間，避免突發(fā)事故的發(fā)生。GB/T 38661-2020對汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷的基本項目和可擴展項目分別做出規(guī)定，一方面對汽車電池管理系統(tǒng)電池故障診斷的基本功能進行界定，另一方面考慮到不同車企的產(chǎn)品設(shè)計需要，新國標也允許根據(jù)整車功能設(shè)計和電池系統(tǒng)的具體需要設(shè)定標準之外的故障診斷功能。

3.4 性能測試

GB/T 38661-2020參考了行業(yè)標準QC/T 897-2011，并結(jié)合車用電池的實際使用環(huán)境，從硬件性能層面對車用電池管理系統(tǒng)設(shè)定了絕緣、電氣適應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)和電磁兼容的性能測試方法和判定依據(jù)[4]。與QC/ T 897-2011相比，新國標增加了12個檢驗項目：電磁兼容性能6個(傳導(dǎo)騷擾、電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度、信號線/控制線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度、電快速瞬態(tài)脈沖群抗擾度、輻射抗擾度和靜電放電)，電氣適應(yīng)性能5個(直流供電電壓、疊加交流電壓、供電電壓緩降和緩升、供電電壓瞬態(tài)變化和短路保護)和環(huán)境適應(yīng)性能部分1個(機械沖擊)[1]。新國標是以QC/T 897-2011為指導(dǎo)，結(jié)合汽車電池管理系統(tǒng)的實際使用工況對各個測試項目和結(jié)果判定進行了細化，監(jiān)測項目涵蓋了電動汽車電池管理系統(tǒng)的主要功能，是汽車電池管理系統(tǒng)標準化的重要體現(xiàn)。

4 結(jié)論

新國標GB/T 38661-2020的發(fā)布實施，標志著電動汽車電池管理系統(tǒng)標準化體系的不斷完善，必將影響電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。一方面新國標成為行業(yè)新門檻，是電動汽車行業(yè)優(yōu)勝劣汰的重要推手；另一方面新標準也成為行業(yè)監(jiān)督的利器，促進電動汽車電池管理系統(tǒng)的標準化生產(chǎn)，全面提升電動汽車電池管理系統(tǒng)的安全性，必將極大促進電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。