胡路遥 黄 鲲 张思瑶 魏国华 王文涛 庄宇迪

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引言

电动自行车因其经济和轻便的特性，成为人们热衷的短途出行交通工具之一。为了规范电动自行车市场，国家出台了新国标，GB 17761-2018《电动自行车通用技术条件》，并已经于2019年4月15日强制实施。新的电动自行车国标明确规定电动自行车需具有脚踏骑行能力，最高设计车速不超过25 Km/h，整车质量（含电池）不超过55 Kg，电机功率不超过400 W，蓄电池标称电压不超过48 V等［1］。锂电池因其能量密度高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长等优点，作为动力来源越来越多的应用到电动自行车上。电动自行车新国标的执行，在车型结构、重量及相关性能等各方面要求很大程度指向锂电款，未来电动自行车采用锂电池是大势所趋。锂电池作为电动自行车的能量来源，是最重要的关键部件之一。近几年随着锂电池技术的飞速发展，技术迭代速度加快，电动自行车锂电池在充电或正常使用过程中发生起火爆炸的事故也屡见报端。电池质量的高低，直接影响到消费者的安全和使用体验。为了适应电动自行车对锂离子电池新的要求，中国国家标准化管理委员会联动国家市场监督管理总局联合发布了GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》。新的标准体系以锂离子蓄电池为核心，主要从电芯及电池组、附件及部件和电动自行车应用等方面完善优化，以促进锂离子电池在电动自行车市场中的应用。为了更好的学习和研究GB/T 36972-2018新标准，本文对比旧有的行业标准QB/T 2947.3-2008，并简要分析标准差异背后的原因。

1 标准差异概述

锂离子电池作为电动自行车产品的动力能源，具有较为广阔的应用前景，适应了电动自行车轻量化、美观化的需求，下图1为车用锂离子电池产业链，为加快电动自行车用锂离子电池标准化工作，提升标准对相关产业发展的整体支撑作用，工信部在2014年组织制定了《电动自行车用锂离子电池综合标准化技术体系》。尽管近年来我国电动自行车用锂离子电池有了很大的发展，但与传统的铅蓄电池相比，在安全性、性价比等方面还存在一些需要解决的问题。

行业标准QB/T 2947.3-2008于2008年正式发布实施，锂电池技术经过多年的发展，行业标准已经不能满足如今电动自行车对锂电池的要求。国家标准GB/T 36972-2018的制定，参考了原行业标准，测试项目变化较大，并新增了诸多测试项目。GB/T 36972-2018可以将测试分为电性能测试、电安全性测试、机械及环境安全性测试、安全保护性能测试、外壳测试五个部分，项目列表及与行业标准的简要差异见表1。

2.电性能测试差异

2.1 放电电流

针对额定容量和大功率放电性能，与行业标准相比，新国标增加了测试电流大小。由原来的0.2I2、1I2分别增加为 1I2、2I2。

放电电流的大小直接影响了测试的放电容量，一般情况下，随着放电电流越大，要求在一定时间内到达或离开反应位置的离子或电子数就越多，对电极和电解液的导电性和离子扩散速度要求就更高，若达不到要求电极将产生极化，对放电来讲就是比不极化或极化小时更快到达截止电压，也就是放电容量更低。大电流快速放电，是评价电池放电性能的主要指标，也与电动自行车在实际加速工况中的使用比较贴合。

2.2 低温测试和高温测试

电池是一个化学能转变为电能的装置，温度是影响化学反应最重要的因素之一。温度对电化学反应速率的影响很大，电池在不同温度下的表现是评价电池性能的重要指标。以下为放电容量随温度变化的曲线，如图2所示。

图1 电动自行车用锂离子电池产业链

图2 放电容量随温度变化的曲线图

从图2可以看出，随着温度的降低电池的放电容量也会逐渐降低，因为电极/电解液界面上的化学反应速率与温度有关，温度越低，反应速度越慢，这就导致了放电容量也会大大降低；另外虽然随着温度的升高，反应速率会随之加快，但温度一旦过高，反而会破坏电池内的化学平衡，导致副反应的产生，从而减慢反应速率，相应的放电容量也会减小。

中国国土面积广阔，从北到南横跨多种气候环境。考虑到国标对国内所有环境的适用情况，新国标将低温测试由原来的-10 ℃的温度降低到-20 ℃，将高温放电中的40 ℃增加到55 ℃。新标准中的低温和高温测试中温度的改变会使得测试条件更加严苛，对于电池制造商来说需要提前做好准备来应对新标准的变化。

2.3 荷电保持及恢复能力

电池生产是一个复杂的工艺流程，任何因素的疏漏都会对最终电池的电性能造成影响。电极材料纯度、隔膜性能、生产工艺等瑕疵对电池自放电都有较大影响，严重时电池自放电严重，甚至发生内部短路、热失控等引起电池鼓胀、起火、爆炸。考虑到实际中电动自行车较长时间不使用后的情况，新国标延长了荷电保持的时间，并且增加存储后恢复能力项目的测试，比起QB/T 2947.3-2008标准，更注重实际，考虑的更完善，推动锂电池在电动自行车产业的发展。

表1 GB/T 36972-2018与QB/T 2947.3-2008测试项目差异列表

2.4 内阻测试

内阻是作为目前国际公认的对蓄电池最有效的、测量最便捷的性能参数，能够反映电池的劣化程度、容量状态等性能指标，随着电池劣化程度的加大，电池的内阻也会出现显著的增高，所以标准GB/T 36972-2018增加内阻的测试，能很快速的分辨出电池性能的劣化程度。

2．1 初筛和复筛基本情况 调查发现，2006－2011年总出生人口数为29 698例，共筛查27 662例，初筛率为93．14%，初筛率逐年上升，年度间差异有统计学意义，P＜0．01）。初筛通过24 928例，通过率90．12%。应复筛2 734例，实际复筛1 644例，复筛率60．13%，复筛率逐年上升，年度间差异有统计学意义（χ2＝117．56，P＜0．01）。复筛通过1 413例，通过率85．95%。见表1。

一般使用交流法进行测试，测试前，在环境温度23℃±2℃中以I2（A）恒流放电至终止电压，电池组按标准要求充电结束以后，在温度为20℃±5℃的环境中搁置1h-4h，之后对电池组施加电流有效值为In、频率为1.0kHz±0.1 kHz的交流电，用交流表测量交流电压有效值Ua，测量时间1～5 s。所有电压在电池组的端子进行测量，不包括承载电流的接触点。电池组的交流内阻值Rac按式（1）计算［2］：

式中：

Rac—交流内阻值，单位为欧姆（Ω）；

Ua—交流电压有效值，单位为伏特（V）

In—交流电流有效值，单位为安培（A）

注：宜选择峰值电压低于20 mV的交流电。

3 安全性测试差异

3.1 电安全性

3.1.1 过充电测试

3.1.2 强制放电测试

QB/T 2947.3-2008中的过放电测试，以去除保护线路的电池组为对象，电池组放完电后，再按照0.2I2电流放电至任一单体电压为0V［3］。国标与之相比有根本的不同。新国标规定，将电池组充满电后，去除保护电路，选择任一单体电池将其电压放至0V，其余电池仍保持满电状态。再以2I2大电流放电1h［2］。单体电池批量生产及应用时，电池的一致性是非常重要的因素。如果电池一致性较差，在长时间的充放电使用过程中，单一电池的过充或者过放问题就会累积，最终导致某一节电芯的率先失效。新国标的测试方法，考虑到了单体电池一致性的问题，更加贴近实际。

3.1.3 外部短路测试

与QB/T 2947.3-2008相比，新国标在外部短路测试中主要参考了联合国运输标准UN38.3的测试条件，将外部导线阻值由30～50 mΩ变为80 mΩ±20 mΩ，其余变化不大。

电安全性测试的难点在于它们测试时都需要将保护装置拆除，给试验人员的预处理带来了难题，同时也增加了测试的危险程度。所以测试应在有强制排风条件及防爆措施的环境下进行，测试人员要注意将自身安全放在第一位，操作完成及时远离测试仪器，等待足够从的时间再去观察电池。另一方面，对于过充、过放，短路测试，电池组本身有三道保护措施，第一道充电器，第二道保护装置，第三道就是电芯本身的安全性能了，但是由于保护板的拆除，最后的防线就落在了电芯本身的安全性能上。这就意味着对电芯的要求就更高，很多测试的不合格项就容易出现在这里，所以要求电池制造商能在这个方面力求改良电芯的安全性能，争取在前两道安全防护失效的时候，还能保证测试的安全通过。

3.2 机械及环境安全性

联合国运输标准UN 38.3是锂电池运输必须符合的标准，被世界上绝大多数国家承认，应用最广的标准之一。GB/T 36972-2018标准最大的特点之一是参考了UN 38.3，新增了机械冲击、低气压测试，振动测试修订后与UN 38.3保持一致。挤压测试、高低温冲击在UN 38.3相关条款的基础上也做了修订，总体来说变化不大。自由跌落测试中则是将硬木板改成了水泥板面，跌落面强度加强［2］，测试更加严格，另外浸水测试虽没有做修改，但却是很容易出现不合格项的地方，例如前段时间就有出现浸水实验电池着火的现象，图3是浸水实验测试失败的电池照片。

浸水实验作为考量电动自行车在雨天使用的安全性很有必要，通过测试我们发现，电池包的密封性对于浸水实验有很大影响，密封性高的电池包在浸泡过程中可以防止内部高压部件及其电路被具有导电性的盐水溶液侵入，因此密封性高的电池结构是电池制造商们可以考虑的一个设计方向。

针对动力电池芯的标准最近几年都有出台，GB/T 36972-2018与行业标准相比，新国标更加注重对电池组的测试评价，取消了针对单体电池的测试。单体电池安全的评估可以参考GB/T 31485-2015。

4 安全保护性能测试差异

提高电池的安全性，一方面是提高电池本身的质量，另一方提高电池保护线路的可靠性。电池保护线路安全保护性能的测试是新增加的章节。新增项目有过充电保护、过放电保护、短路保护、放电过流保护、静电放电等5项测试［2］。电池组在具备保护线路的情况下，将更严酷的实验条件施加到样品，以评估在极端测试条件下电池的主动保护性能。

5 外壳

锂离子电池作为电动自行车产品的动力能源，具有较为广阔的应用前景。为了适应电动自行车轻量化、美观化的需求，目前市场上电池组外壳多以非金属材料为主。新国标增加了专门针对外壳的测试，测试项目为模制壳体应力测试、壳体承受压力测试、阻燃性测试等三项测试［2］。

前两项测试主要评估电池组在长时间高温或者表面有应力施加时，电池组壳体的应力及受压能力。而阻燃测试的增加则因为近年来，电动自行车火灾事故频发，严重影响人民群众的生命财产安全而变得尤为重要，而且阻燃测试也是电动自行车测试很容易出现不合格项的地方。图4是电动自行车着火的图片。

由此可见电动自行车着火的危害是很大的，如果我们能提高电池部件材料，如主回路、主回路链接、与电池直接接触的非金属、次回路等的阻燃性能，那么将大大减小电动自行车着火的概率，同时减少事故发生的概率，希望电池制造商们生产电池时多多考虑电池各个部件材料的阻燃性能，减少电动自行车着火事件，让大家能都安全用车。

6 结论

图3 浸水实验测试失败电池照片

图4 电动自行车着火照片（图片来源于衢州新闻网）

随着现行强制性国家标准GB 17761-2018《电动自行车通用技术条件》强制实施，QB/T 2947.3-2008标准已经不能满足GB 17761-2018标准中对电动自行车的种种要求，工信部正式发布出台了GB/T 36972-2018《电动自行车用锂离子蓄电池》新的标准，该标准在基于GB 17761-2018标准对电动自行车更高的要求上，结合使用电动自行车以及目前锂电池技术发展水平的实际状况，对QB/T 2947.3-2008标准进行改良和完善。新标准的出台无疑能促进锂离子电池在电动自行车市场上更好的应用，同时也对于电池各方面的性能要求也更高。希望本文通过将GB/T 36972-2018与QB/T 2947.3-2008标准的对比，能帮助我们更好的学习新标准，并能为锂电产品的技术改进提供一定的方向。