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《电动汽车动力蓄电池健康状态评价指标及估算误差试验方法》（T/CSAE 184-2021）
2021-06-11 09:06:23· 来源：中国汽车工程学会标准
《电动汽车动力蓄电池健康状态评价指标及估算误差试验方法》（T/CSAE 184-2021）标准于2021年5月13日正式发布，该标准由电动汽车产业技术创新战略联盟组织提出，
《电动汽车动力蓄电池健康状态评价指标及估算误差试验方法》（T/CSAE 184-2021）标准于2021年5月13日正式发布，该标准由电动汽车产业技术创新战略联盟组织提出，北京交通大学牵头并联合中国汽车技术研究中心有限公司、北京理工大学、宁德时代新能源科技股份有限公司、湖南中车时代电动汽车股份有限公司等多家行业力量共同编制完成。该标准首次提出动力蓄电池系统健康状态的定义，并以放电容量保持率、放电能量保持率、能量效率保持率等参数为核心，建立了完善的电动汽车用动力蓄电池的健康状态评价指标体系，并且从车辆实际应用出发，提出不同应用场景的SOH估算误差的测试流程和试验方法，为电池健康管理提供有力的支撑，填补国内动力蓄电池健康状态评价规范缺乏的空白。
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电动汽车用动力蓄电池性能衰退将导致电池系统性能的下降、故障率提升，运行成本和维护成本显著增加。因此，对电动汽车动力蓄电池的健康状态进行科学准确评价，对延长动力蓄电池使用寿命以及提高系统运行的安全性和可靠性具有重要意义。
虽然目前动力蓄电池系统配置的电池管理系统大都具备健康状态估计功能，但是国内外尚无统一的电池健康状态定义、评价指标及估算误差试验方法，无法在动力蓄电池成组应用中实现有效的健康管理。
基于国内外电池健康状态的研究发展及行业内部广泛的调研，为了保障评判的标准性和唯一性，本标准首先明确提出了动力蓄电池系统健康状态的定义，采用电池表征参数的当前值与初始值的比值来衡量电池系统的健康程度。
由于动力电池电化学体系的复杂性，仅选取单一参数无法正确地评价电池的健康状态，因此在充分研究总结电池容量、能量等表征参数随电池老化状态的变化特性（图1）的基础之上，提出了五大表征参数：放电容量保持率、放电能量保持率、能量效率保持率、峰值功率保持率、直流内阻变化率。
a 容量保持率 b 能量保持率
图1 表征参数与老化状态变化特性
另外，由于电池一致性状态会对可用容量和可用能量造成一定的影响，而电池系统的电压极差变化和电压方差变化率与电池不一致性以及单体老化路径密切相关（图2）。因此，为了更加科学全面地评价电池健康状态，在五大主要表征参数的基础上，本标准提出以电压极差与方差的变化率作为电池健康状态的辅助性判断参数，从而构建涵盖不同层面满足不同应用需求的电池健康评价指标体系（图3）。
图2 电压极差随循环次数变化关系
图3 电池健康评价指标体系
本标准规定的测试方法分为基础电池数据测试和BMS估算误差测试两部分。
基础电池数据测试部分主要用于获得进行BMS估算误差测试的电池健康状态表征参数真值。本标准规定了获取容量、能量、峰值功率、直流内阻电池表征参数的测试方法。
在BMS健康状态估算测试过程中，需要考虑动力电池达到不同健康状态的循环条件，BMS的测试条件以及测试场景。为了更好的实施电池健康状态评估，获取准确的参数指标，本标准规范了动力蓄电池系统循环工况、BMS测试工况、BMS健康状态估算测试流程(图4)。
由于动力蓄电池的实际应用条件各异，为了更好地保障测试的可操作性和针对性，本标准未对循环测试工况进行统一规定，可以选取标准循环工况、典型充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统进行充放电循环，使电池达到不同的健康状态。同时，由于不同厂家的BMS对于电池健康状态的估算方法不同，根据实际条件和应用车型，可以在附录A给出的推荐测试温度下采用快充、慢充、典型充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统测试进行BMS的健康状态估算。最终，通过基础电池数据测试获得的电池健康状态指标真值与估算值，计算获得BMS的健康状态估算精度。
图4 BMS健康状态估算精度测试过程
BMS健康状态估算精度测试过程可以选择在BMS制造商或者第三方检测机构进行，根据BMS制造商与检测机构协商结果，可以采用如图5所示的三种场景完成整个测试，其中：
场景一为BMS制造商进行测试，第三方检测机构进行监督；
场景二为BMS制造商提供样品电池，第三方检测机构进行测试；
场景三为BMS制造商提供电池测试数据，第三方检测机构进行模拟测试。
图5 BMS健康状态估算精度测试三种场景
另外为了保证测试的一致性，标准中规范了进行性能测试的循环次数，要求分别在300次、500次、1000次循环测试性能参数真值和BMS估算值。
综上，本标准完善电动汽车用动力蓄电池健康状态的评价体系和标准测试流程，确保动力蓄电池健康状态测试分析的准确性，既能为消费者提供保质期的参考依据，也能为行业政策制定提供数据支撑和依据，有利于推动电动汽车用锂离子动力蓄电池健康稳步的发展。
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电动汽车用动力蓄电池性能衰退将导致电池系统性能的下降、故障率提升，运行成本和维护成本显著增加。因此，对电动汽车动力蓄电池的健康状态进行科学准确评价，对延长动力蓄电池使用寿命以及提高系统运行的安全性和可靠性具有重要意义。
虽然目前动力蓄电池系统配置的电池管理系统大都具备健康状态估计功能，但是国内外尚无统一的电池健康状态定义、评价指标及估算误差试验方法，无法在动力蓄电池成组应用中实现有效的健康管理。
基于国内外电池健康状态的研究发展及行业内部广泛的调研，为了保障评判的标准性和唯一性，本标准首先明确提出了动力蓄电池系统健康状态的定义，采用电池表征参数的当前值与初始值的比值来衡量电池系统的健康程度。
由于动力电池电化学体系的复杂性，仅选取单一参数无法正确地评价电池的健康状态，因此在充分研究总结电池容量、能量等表征参数随电池老化状态的变化特性（图1）的基础之上，提出了五大表征参数：放电容量保持率、放电能量保持率、能量效率保持率、峰值功率保持率、直流内阻变化率。
a 容量保持率 b 能量保持率
图1 表征参数与老化状态变化特性
另外，由于电池一致性状态会对可用容量和可用能量造成一定的影响，而电池系统的电压极差变化和电压方差变化率与电池不一致性以及单体老化路径密切相关（图2）。因此，为了更加科学全面地评价电池健康状态，在五大主要表征参数的基础上，本标准提出以电压极差与方差的变化率作为电池健康状态的辅助性判断参数，从而构建涵盖不同层面满足不同应用需求的电池健康评价指标体系（图3）。
图2 电压极差随循环次数变化关系
图3 电池健康评价指标体系
本标准规定的测试方法分为基础电池数据测试和BMS估算误差测试两部分。
基础电池数据测试部分主要用于获得进行BMS估算误差测试的电池健康状态表征参数真值。本标准规定了获取容量、能量、峰值功率、直流内阻电池表征参数的测试方法。
在BMS健康状态估算测试过程中，需要考虑动力电池达到不同健康状态的循环条件，BMS的测试条件以及测试场景。为了更好的实施电池健康状态评估，获取准确的参数指标，本标准规范了动力蓄电池系统循环工况、BMS测试工况、BMS健康状态估算测试流程(图4)。
由于动力蓄电池的实际应用条件各异，为了更好地保障测试的可操作性和针对性，本标准未对循环测试工况进行统一规定，可以选取标准循环工况、典型充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统进行充放电循环，使电池达到不同的健康状态。同时，由于不同厂家的BMS对于电池健康状态的估算方法不同，根据实际条件和应用车型，可以在附录A给出的推荐测试温度下采用快充、慢充、典型充放电工况或整车厂和制造商协商的其他工况对蓄电池系统测试进行BMS的健康状态估算。最终，通过基础电池数据测试获得的电池健康状态指标真值与估算值，计算获得BMS的健康状态估算精度。
图4 BMS健康状态估算精度测试过程
BMS健康状态估算精度测试过程可以选择在BMS制造商或者第三方检测机构进行，根据BMS制造商与检测机构协商结果，可以采用如图5所示的三种场景完成整个测试，其中：
场景一为BMS制造商进行测试，第三方检测机构进行监督；
场景二为BMS制造商提供样品电池，第三方检测机构进行测试；
场景三为BMS制造商提供电池测试数据，第三方检测机构进行模拟测试。
图5 BMS健康状态估算精度测试三种场景
另外为了保证测试的一致性，标准中规范了进行性能测试的循环次数，要求分别在300次、500次、1000次循环测试性能参数真值和BMS估算值。
综上，本标准完善电动汽车用动力蓄电池健康状态的评价体系和标准测试流程，确保动力蓄电池健康状态测试分析的准确性，既能为消费者提供保质期的参考依据，也能为行业政策制定提供数据支撑和依据，有利于推动电动汽车用锂离子动力蓄电池健康稳步的发展。
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