中国储能网讯：作者：胡建 林春景 郝维健 郑天雷

单位：中国汽车技术研究中心有限公司

引用： 胡建,林春景,郝维健等.动力电池标准体系建设现状及建议[J].储能科学与技术,2022,11(01):313-320.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0391

摘 要 动力电池是新能源汽车的核心零部件，对新能源汽车的动力性、安全性、续驶里程和使用寿命起着决定性作用。当前，国内外标准化组织机构相继制定并发布了多项动力电池标准，但现有标准内容仍然不足以覆盖动力电池全生命周期、实际复杂应用场景以及新技术等多方面使用需求。对此，本文系统归纳了国内外动力电池标准化组织机构及其发布、在研标准进展和主要内容，同时综合标准分类和实际应用场景等方面内容对比分析了国内外动力电池标准在制定原则、编制思路以及技术要求和试验方法设定等方面的差异性及主要考量因素。进一步，结合现有国内外动力电池标准现状以及技术发展趋势，重点从动力电池全生命周期的安全性、寿命及残余价值评估、全气候综合性能、绿色低碳循环要求、兼容互换要求以及现有标准体系对于新技术的适用性等六方面内容论述了现有标准体系的主要缺失项目和标准化新需求，同时在此基础之上提出了标准制修订建议，为优化完善我国动力电池标准体系提供借鉴和参考。

关键词 动力电池；标准体系；标准需求

随着新一轮科技革命与产业变革的不断推进，汽车与能源、交通、信息通信等领域有关技术加速融合，电动化、网联化、智能化成为汽车产业的发展潮流和趋势。动力电池作为新能源汽车的核心部件，其技术发展水平是汽车产业电动化转型的关键支撑。当前，面对全球汽车工业向新能源汽车加速转型的发展形势，世界各主要新能源汽车生产国均在积极推进动力电池的技术研发和产能扩增，竞争态势日趋激烈。

标准化作为行业发展的技术性基础工作，在便利经贸往来、支撑产业发展、促进科技进步、规范社会治理中的作用日益凸显。早在20世纪90年代末，我国便由全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会(SAC/TC114/SC27)组织行业开展动力电池标准化研究工作，20余年间我国先后制定并发布了QC/T 743、GB/T 31485、GB/T 31486、GB 38031等一系列重要标准，有力支撑了新能源汽车及动力电池产业的快速发展。然而现阶段，伴随着产业化进程的不断推进以及新技术、新模式、新平台的不断出现，动力电池标准化工作也必将被赋予新的内涵与要求。

本文旨在通过梳理分析国内外动力电池标准现状、动态以及最新需求，进一步细化完善我国现有动力电池标准体系，为后续更好开展动力电池标准研制工作提供参考依据。

1 国内外动力电池标准

1.1 国内动力电池标准现状

1.1.1 国家标准和行业标准

全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会(SAC/TC114/SC27)于1998年正式成立，负责电动车辆领域标准化工作和技术归口管理任务。在动力电池领域，我国已经构建了较为完善的动力电池标准体系，其中现行有效标准共计22项(国家标准15项、行业标准7项)，在研标准共计8项(国家标准5项、行业标准3项)，涵盖安全性、电性能、循环寿命以及回收利用等多方面内容，在规范安全性、促进新技术应用以及协调产业发展方面发挥了重要作用。见表1。

表1   动力电池国家标准和行业标准

1.1.2 团体标准

以中国汽车工业协会、中国汽车工程学会、吉林省汽车电子协会等为代表的行业组织积极开展动力电池团体标准研制工作，标准内容涉及动力电池规格尺寸、低温电性能、寿命、热管理系统性能、安全性以及梯次利用等，成为现有动力电池标准体系的有益补充。见表2。

表2   动力电池团体标准

1.2 国外动力电池标准现状

1.2.1 国际法规

联合国世界车辆法规协调论坛(UN/WP.29)是联合国机制下的永久性工作组，主要开展国际范围内汽车技术法规和汽车产品认证的协调和统一工作。UN/WP.29管理三份协定书，即《1958年协定书》《1998年协定书》以及《1997年协定书》。其中，《1958年协定书》旨在欧洲范围内对汽车产品制定和实施统一汽车技术法规(即UN法规，原ECE法规)，《1998年协定书》旨在全球范围内按照该协定书中规定的程序规则制定和实施全球统一的汽车技术法规(即GTR法规)。在动力电池领域，暂无专项国际法规，相关安全性要求及试验方法主要以章节或条款形式在UN R100、UN GTR No.20等整车法规中进行了规定。见表3。其中，UN GTR No.20正在修订中，研究重点主要聚焦于在动力电池热失控热扩散、浸水、振动以及有毒气体等内容。同时，联合国针对危险品运输专门制定了《联合国危险物品运输试验和标准手册》，其中该手册第38.3款规定了锂电池运输安全要求，即锂电池在运输前，必须要通过高低温循环、振动、冲击、外短路、过充电试验以及强制放电等试验。除上述三项现行法规外，目前WP.29下设的电动汽车与环境非正式工作组(electric vehicles and the environment，EVE)正在开展电池耐久性法规研制工作。

表3   动力电池国际法规

1.2.2 国际标准

动力电池领域国际标准主要由国际标准化组织/道路车辆技术委员会/电动道路车辆分技术委员会(ISO/TC22/SC37)和国际标准化组织/蓄电池和电池组技术委员会(IEC/TC21)组织制定，其中现行有效标准共计8项(ISO标准4项、IEC标准4项)，在研标准共计3项(ISO标准1项、IEC标准2项)，重点聚焦于动力电池安全性和可靠性等方面内容。其中，ISO 6469-1 AMENDMENT正在制定中，该标准主要涉及动力电池热失控触发方法和热扩散风险缓解两部分内容。见表4。

表4   动力电池国际标准

1.2.3 区域标准

欧盟于2021年1月通报了《关于电池和废电池的法规提案；撤销指令2006/66/EC和修订法规(EU) No 2019/1020(COM(2020)798)》，该法规草案作为前一版指令2006/66/EC(已废除)的替代，实施方式由“指令”变为“法规”。新法规草案拟对可持续性和安全性、标签和信息、电池废弃物管理、电子信息交换四个方面提出强制性要求，以达到可持续发展、绿色交通、清洁能源和气候中和的发展目的。

1.2.4 其他国外标准

除上述标准外，以美国汽车工程师学会(SAE)、美国保险商试验所(UL)等为代表的团体或者组织也发布了SAE J2464、SAE J292、UL 2580、USABC以及FreedomCAR多项动力电池专项标准，涵盖安全性、电性能以及寿命等多方面内容。

1.3 国内外动力电池标准对比分析

国内外标准化组织机构相继制定并发布了多项动力电池标准，内容涉及安全性、电性能、循环寿命以及回收利用等，对于提高产品质量、推动技术进步具有重要作用。然而，受限于标准分类、实际应用场景等因素，各类标准在制定思路或具体内容上存在一定差异性。

1.3.1 标准分类

按制定宗旨、制定主体、标准化对象的基本属性、标准的约束力以及标准信息载体等不同，标准可以有多种不同划分方式。以世界贸易组织《技术性贸易壁垒协定》(WTO/TBT)中的分类为例，广义标准主要包括“技术法规”和“标准”两种文件(按标准的约束力，我国标准分为强制性标准和推荐性标准)。其中，“技术法规”是强制性文件，体现了国家对贸易的干预；“标准”是自愿性、非强制执行的，更多反映的是市场对贸易的要求。例如，在热失控触发方法方面，当前UN GTR No.20修订工作组主流意见是采用小面积、高功率加热片触发电池热失控，即“外部加热”，在减少外部引入能量的同时，提高触发成功率。与此同时，ISO 6469-1 AMENDMENT也正在制定中，区别于UN GTR No.20，该标准不具备强制约束力，因此在热失控触发方面允许存在多种方法，例如“外部加热”“内部加热”以及“针刺”等。

1.3.2 实际应用场景

动力电池标准主要围绕整车需求而制定，而整车使用情况又与当地环境、气候等因素密切相关，因此在相关标准制定过程中，需要统筹考虑或结合当地技术水平以及实际应用场景设定各项技术要求和实验方法。例如，以中国、韩国、俄罗斯等为代表的国家，部分地区常年发生内涝或积水等问题，在此环境下动力电池包或系统可能由于密封性不足或降低等问题存在安全隐患。对此，ISO 6469-1、GB 38031、KMVSS 48结合实际应用场景，在振动试验测试后增加电池包或系统浸水安全试验，主要解决动力电动包或系统在长期使用过程中由于密封性降低而引发线路短路漏电或者整车起火燃烧等安全事故。然而，在UN GTR 20、UN R100等制修订过程中，以欧盟、日本等代表的工作组成员认为由城市内涝等自然灾害引发的泡水问题不属于一般车辆使用需要考虑的情况，为此不建议在技术法规当中对动力电池包或系统浸水试验进行强制要求。

2 动力电池标准需求分析与建议

当前，我国已经构建了较为完善的动力电池标准体系，但相关标准内容仍然不足以覆盖动力电池全生命期、复杂场景使用需求。对此，本文结合现有国内外动力电池标准现状以及技术发展趋势，重点从安全、寿命、性能以及环保等方面分析了动力电池标准化需求，为优化完善我国动力电池标准体系提供参考建议。

2.1 全生命周期的安全性

作为电化学储能装置，电池安全涉及材料、结构、电气、化学等多方面内容，不仅要保证正常使用情形下的安全性能，还要考虑到全生命周期可能遇到的各种滥用情形，例如过充、过放、机械冲击、温度异常等，避免对车内外人员以及周围环境造成伤害。目前，GB 38031、GTR 20、ISO 6469-1等国内外标准仅考虑动力电池最基本的安全要求以提供对人身的安全保护，不涉及生产、运输、维护和回收安全。同时，国内外标准主要聚焦新品电池安全测试，暂无相关标准对在用车辆或者动力电池安全性能做出特殊规定和要求。对此，在原有动力电池安全标准基础之上，需要持续优化完善动力电池安全标准体系研究，重点开展动力电池在线无损检测、循环后安全性评价、排气安全以及安全预警等方面标准研制，拓宽现有动力电池安全性评价维度和手段。

2.2 寿命及残余价值

电池寿命或容量衰减程度直接影响车辆使用性能和残余价值。在表征方式方面，电池寿命可分为日历寿命、循环寿命和服役寿命。其中日历寿命通常也称为搁置寿命，是指电池在某环境温度、SOC下搁置存储直至达到寿命终止所需的时间，该参数主要是用来评估电池在最低程度使用条件下时间累计对电池老化的影响。循环寿命是指在一定充放电策略和容量衰减限值下，电池所能完成的充放电次数。目前，GB/T 31484、IEC 62660-1、ISO 12405-4等国内外标准给出了不同的试验方法，但均与实际存在较大出入。例如图1所示，依据GB/T 38146.1—2019《中国汽车行驶工况第1部分：轻型汽车》对某电动汽车进行转鼓测试，记录动力电池输出电压和电流。试验结果表明，电动汽车对于电池的功率需求是动态变化的，采用恒定电流或者静态测试方法不能真实反映电池所经历的剧烈工况，一般难以用于电池寿命评估或预测。因此，需要基于典型道路行驶工况，开展整车道路工况向动力电池工况的转化工作，研究建立动力电池循环寿命试验方法和量化评价方法。服役寿命是指从生产之日到电池寿命终止所经历的时间，是前述日历寿命和循环寿命的集合。该参数与电池充放电策略、搁置和使用时间比以及使用环境等多因素密切相关，目前暂无通用方法评测该参数。

图1   中国汽车行驶工况下某车型动力电池电流/电压随时间变化

2.3 全气候综合性能

锂离子电池对外界环境温度的变化比较敏感，其适宜工作温度范围通常为10～45 ℃，温度过高或过低都会对电池的充放电性能、容量特性、循环寿命以安全性造成一定的影响。如图2所示，在不同温度环境或放电倍率下分别测量磷酸铁锂和三元体系电池放电容量。实验结果表明，无论是磷酸铁锂还是三元体系电池，当环境温度下降时，特别是低于0 ℃之后，由于离子和电子扩散速度下降，会导致电池放电性能显著下降。目前，尽管GB/T 31486、GB/T 31467等国家标准中都涉及相关高、低温性能要求，但与实际情况存在出入，不足以覆盖全生命周期和全气候环境使用要求。同时，为保障电动汽车及动力电池处于相对适宜的工作温度，避免发生过热自燃、过冷性能下降等问题，越来越多的企业开始重视电动汽车热管系统的设计，然而目前行业暂无现行有效标准对电动汽车热管理系统技术要求进行测试和评价。

图2   不同款锂离子电池高低温放电性能对比

2.4 绿色低碳循环

鉴于电池产业的蓬勃发展，以及电池的整个生命周期对资源、能源和环境造成的巨大潜在影响，各国纷纷出台各项政策推进动力电池的碳中和。其中，以欧盟为代表的地区组织在最新电池法规草案中对电池供应企业的供应链管控、有害物质削减、再生材料使用、废旧电池收集率和材料回收利用水平、节能降耗以及减少碳排放等多方面提出了更高的要求。反观国内，尽管我国已经发布了多项绿色低碳循环等方面的推荐性国家标准，但相关内容仍然不能满足动力电池全生命周期管理要求。同时，对于动力电池而言，碳足迹不仅涉及制造过程中的碳排放，还包括上游原材料的生产、运输等各环节的碳排放，目前国际上已经形成了动力电池全生命周期足迹评价细则，而国内尚无相关标准。

2.5 兼容互换

规格尺寸作为动力电池的重要技术参数，是整车、电池企业重点关注指标。早在2017年，我国先后制定发布GB/T 34013—2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》、GB/T 34014—2017《汽车动力蓄电池编码规则》等国家标准，规范了电池单体、模块、包的规格和尺寸，以及动力蓄电池编码规则，为电池单体及电池包的生产、安装、使用、维修、更换、回收、报废全生命周期管理奠定基础。然而，从标准实施效果来看，受制于车型定位、车辆尺寸、整车布置等因素，动力电池在电池能量、外形和尺寸方面存在较大差异，难以在短时间内统一其规格尺寸。但值得关注的是，换电作为一种新型的电池能量补充方式，推动了“车电分离”模式的尝试及运行，可以一定程度解决新能源汽车初次购置成本高、二手车残值低等问题，有利于新能源汽车市场化发展。目前，换电车辆在车型、质量、尺寸等车辆参数方面较为接近，有相似的使用场景和性能需求，该类车辆统一动力电池规格尺寸具有一定的可能性。对此，建议可针对换电等特殊场景，加快推进换电电气接口、冷却接口、机械机构以及电池包外形规格尺寸等关键标准研制，促进换电设施的共享使用。

2.6 标准适用性研究

近年来，伴随我国新能源汽车产业的快速发展，动力电池产业在市场规模、产业链完整度以及技术水平等方面都取得了长足进步，新技术、新模式、新平台不断涌现。但与此同时，以高镍无钴电池、全气候电池、固态/半固态电池等为核心的前沿电池技术也对动力电池标准化工作提出了新的要求。对此，在系统评估现有标准体系对于新技术产品适用性的前提下，要加快制修订相关标准，明确术语定义、安全性、电性能以及回收利用等多方面内容。

3 结论

本文系统归纳了国内外动力电池标准现状，并重点分析了各类标准在编制原则和思路等方面的差异性以及主要考量因素，可以看出由于标准性质、使用目的以及实际应用场景等方面内容的不同，相关标准在具体技术要求和实验方法方面会存在差异。同时，本文基于现有标准实施效果、动力电池技术发展趋势等重点论述了动力电池在安全、寿命、性能以及绿色循环等方面的标准需求，并在此基础之上提出以支撑行业管理、引领产业发展、规范产品生产为目标，以动力电池产业的规模化发展需求和新技术创新发展为导向，持续开展标准体系研究与标准制修订工作，支撑新能源汽车产业高质量可持续发展。

第一作者：胡建（1989—），男，硕士，工程师，从事动力电池标准化工作，E-mail：hujian@catarc.ac.cn。