BMS标准GB/T 38661-2020与QC/T 897-2011的对比

2021-09-03白国军何志辉

电池 2021年4期

程浩，白国军，何志辉，葛亮

(广东省珠海市质量计量监督检测所，广东珠海 519000 )

全国汽车标准化技术委员会提出并归口的QC/T 897-2011《电动汽车用电池管理系统技术条件》[1]实施已超过10年。随着新能源汽车产业的不断发展，电动汽车用电池管理系统(BMS)的产品形态和结构发生了变化，该标准的适应性和兼容性不够，且市场对BMS产品的安全性和可靠性提出了更高的要求。GB/T 38661-2020《电动汽车用电池管理系统技术条件》[2]标准已于2020年3月31日发布，2020年10月1日起正式实施。

本文作者全面对比分析了国家标准GB/T 38661-2020与行业标准QC/T 897-2011两种电动汽车用BMS标准文件，从试验内容和试验方法等方面，考查两个标准的异同点，以便为BMS产品的开发、标准测试提供参考。

1 标准介绍

GB/T 38661-2020与QC/T 897-2011均是电动汽车用BMS技术条件的标准，其中的所有试验项目可归纳为：基本性能试验、电气适应性能试验、环境适应性能试验、电磁兼容性能试验以及附录。GB/T 38661-2020标准试验包括4项基本性能试验，7项电气适应性能试验，10项环境适应性能试验，7项电磁兼容性能试验以及2项附录增加的试验项目；QC/T 897-2011标准测试包括4项基本性能试验，3项电气适应性能试验，9项环境适应性能试验，1项电磁兼容性能试验，具体内容见表1。

表1 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011试验项目总结

2 标准试验内容比较

2.1 标准适用范围

QC/T 897-2011和GB/T 38661-2020均适用于电动汽车用BMS，不同点在于GB/T 38661-2020将电动汽车用BMS分为锂离子动力电池和镍氢动力电池的管理系统，并且在试验结果要求上有较大的差异。QC/T 897-2011未对BMS的应用对象进行进一步的区分，虽然目前市场上电动汽车大部分采用锂离子动力电池，但镍氢电池仍有一定的市场份额[3]，如丰田普锐斯。锂离子电池与镍氢电池在性能上差别较大，对BMS的设计与要求不尽相同，因此，根据应用电池的类型对BMS进行区分测试，更具有科学性。

2.2 BMS基本功能要求

GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011均对BMS的基本功能提出了一定的要求，包括电池参数检测[总电压、总电流、单体(电芯组)电压、温度等]、故障诊断、故障信息记录以及故障处理。要求BMS具有与整车其他控制器进行信息交互、充电过程控制与管理的功能，且可实现与充电机实时通讯，还要有防过充、过放、过流、过温等保护功能。此外，GB/T 38661-2020增加了对BMS自检、高压互锁检测、SOP估算以及均衡功能的要求，这是新能源汽车行业的不断发展对BMS提出的要求。

表2 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011对BMS基本功能的要求

2.3 状态参数测量精度

BMS状态参数试验项目包括总电压、总电流、单体(电芯组)电压、温度、绝缘电阻和绝缘耐压。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011的状态参数精度要求如表3所示。

表3 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011状态参数测量精度要求

GB/T 38661-2020对状态参数测量精度要求总体高于QC/T 897-2011，且部分参数因电池类型不同而具有不同的测试精度要求。在电池总电压采集精度方面，GB/T 38661-2020要求不高于±1%总量程(FS)，而QC/T 897-2011仅要求不高于±2%FS；在总电流采集精度方面，GB/T 38661-2020要求锂离子电池和镍氢电池分别不高于±2%FS和±3%FS，QC/T 897-2011要求所有均不高于±3%FS；在单体(电芯组)电压采集精度方面，GB/T 38661-2020要求锂离子电池和镍氢电池均不高于±0.5%FS且最大分别不超过10 mV和±1%FS，QC/T 897-2011要求所有均不高于±0.5%FS；在温度采集精度方面，GB/T 38661-2020分别在-20～65 ℃、-40～-20 ℃、65～125 ℃等3个温度范围内，对锂离子电池和镍氢电池分别要求为不高于±2 ℃、±3 ℃、±3 ℃和±3 ℃、±5 ℃、±5 ℃，QC/T 897-2011要求所有均不高于±2 ℃。

在绝缘耐压性能方面，GB/T 38661-2020要求：完成湿热循环试验后的待测BMS，在非工作状态下，按要求施加直流电压时的绝缘电阻不小于10 MΩ；在工作状态下，绝缘电阻不小于100 Ω/V，交流电下的绝缘电阻不小于500 Ω/V。QC/T 897-2011要求：对待测BMS直接施加500 V的直流电压，绝缘电阻不低于2 MΩ。综上可知，GB/T 38661-2020对BMS的绝缘性能要求明显高于QC/T 897-2011，且GB/T 38661-2020标准对绝缘耐压测试项目的试验顺序进行限定，这对BMS的绝缘耐压性能设计提出了更高的要求。

2.4 电池故障诊断

电池故障诊断是BMS的重要功能之一[4]，标准文件均将电池故障诊断试验项目分为基本试验项和可拓展试验项。相对于QC/T 897-2011，GB/T 38661-2020将原属于基本试验项的“电池温度低”列为可拓展试验项，并且在可拓展试验项中增加了“SOC跳变”，减少了“内部通信网络故障”和“电池连接松动”故障诊断项目。这种微调在一定程度上是对电池系统故障诊断项目分类的优化。

表4 电池系统故障诊断试验项目 Table 4 Fault diagnosis test items of battery system

2.5 电气适应性

电气适应性试验主要是为了测试外部供电异常情况对BMS运行状况以及功能的影响。相对于QC/T 897-2011仅有过电压、欠电压及反向电压试验等项目，GB/T 38661-2020增加了直流供电电压、叠加交流电压、供电电压缓降和缓升、供电电压瞬态变化以及短路保护，并且取消了欠电压试验。这种变化主要是因为QC/T 897-2011中电气适应性试验主要参照普通电气/电子设备标准，与汽车领域标准融合度不够[5]，而GB/T 38661-2020中电气适应性的试验方法直接引用GB/T 28046.2-2011《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第2部分：电气负荷》[6]，更符合BMS作为新能源汽车车载零部件的特点，以更高的标准要求BMS产品的安全性与可靠性。

2.6 环境适应性

BMS作为车载动力电池系统的控制器，应在各种车载环境下具有一定的运行稳定性。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011均对BMS的环境适应性有一定的要求，但在具体试验项目上有些许差异。环境适应性试验一般细分为机械安全性试验和气候安全性试验。与QC/T 897-2011相比，在机械安全性试验方面，GB/T 38661-2020增加了机械冲击和随机振动试验，测试方法引用GB/T 28046.3-2011《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷》[7]，使BMS的机械安全性试验更加全面；气候安全性试验项目中，GB/T 38661-2020增加了温度梯度试验，减少了耐温度变化性能试验，其他试验项目相同，但是引用的试验方法标准不同。QC/T 897-2011主要引用GB/T 2423电子电工产品环境试验的一系列试验方法标准，而GB/T 38661-2020主要引用GB/T 28046.4-2011《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第4部分：气候负荷》[8]，侧重于汽车领域的电子电气环境适应性能试验，更符合新能源汽车行业要求。

2.7 SOC估算精度及估算方法

SOC估算精度是衡量BMS性能优劣的关键依据之一。GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011对BMS的SOC估算精度试验均具有一定要求，但试验工况不尽相同。QC/T 897-2011采用4种简单的典型充放电工况，测试BMS的SOC采集精度，充放电时间一般控制在50～90 s；GB/T 38661-2020采用联邦城市运行工况(FUDS)以及动态应力测试工况(DST)的充放电工况，能更好地反映BMS在实车上的运行状况。DST工况试验时间控制在360 s，而FUDS工况则长达1 400 s，尤其是GB/T 38661-2020在低温(≤15 ℃)、常温(25 ℃)、高温(≥35 ℃)条件下，增加了SOC误差修正速度试验，对SOC的估算修复提出了较高的要求，增加了SOC估算的可信度，并且能够避免实车行驶中因SOC跳变而引起的产品质量安全问题。

表5 GB/T 38661-2020和QC/T 897-2011对SOC试验的要求

2.8 SOP估算误差试验以及均衡试验

动力电池系统的SOP是衡量动力电池可输出功率和估算车辆续航里程的重要参数之一，准确性日益受到产品开发者与消费者的重视。QC/T 897-2011尚未对动力电池SOP估算精度提出要求，但GB/T 38661-2020对SOP估算误差试验作出了详细规定，要求通过恒功率脉冲充放电测试拟合曲线来计算SOP估算误差，填补了SOP估算测试方法的空白。

动力电池均衡技术作为BMS的核心技术之一，可提升电池系统的单体一致性，合理智能化调整均衡电池单体容量，并且为提升电池系统的安全性与可靠性提供了重要保障，一直受到BMS研发的重视。QC/T 897-2011未对电池均衡作出试验要求，而GB/T 38661-2020不仅要求BMS应具有均衡功能，同时在附录E部分给出均衡试验方法，且要求试验电池串联数不低于5串，填补了BMS均衡试验方法的空白。

2.9 电磁兼容性

电动汽车中的电子电气环境复杂，而BMS是动力电池系统的“大脑”，因此，电磁兼容性测试对于BMS尤为重要。QC/T 897-2011主要依据GB/T 17619《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》[9]对BMS的电磁辐射抗扰性进行检测，要求简单且试验项目单一，不利于管控BMS的电磁兼容性。GB/T 38661-2020主要依据GB/T 18655-2018《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》[10]进行传导骚扰试验和辐射骚扰试验；依据GB/T 21437.2-2008《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导》[11]进行电源线瞬态传导抗扰度试验；依据GB/T 21437.3-2012《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第3部分：除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射》[12]进行信号线/控制线瞬态传导抗扰度试验；依据GB/T 17626.4-2018《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》[13]进行电快速瞬态脉冲群抗扰度试验；依据GB/T 33014.2-2016 《道路车辆电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第2部分：电波暗室法》[14]、GB/T 33014.4-2016《道路车辆电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第4部分：大电流注入(BCI)法》[15]、ISO 11452-8：2015《道路车辆窄带辐射电磁能量的电干扰元部件试验方法第8部分：磁场抗扰性》[16]的试验方法分别进行辐射抗扰度试验、大电流注入试验、磁场抗扰度试验；依据GB/T 19951-2019《道路车辆电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法》[17]中测试及布置相关规定进行静电放电试验。综上可知，GB/T 38661-2020通过增加电磁兼容性测试项目，引用更合理的测试方法标准，使BMS电磁兼容性测试更加全面，测试方法更加合理，能更好地促进BMS的质量管控及行业的发展。

3 标准试验样品数比较

若完成标准文件规定的全部试验项目，GB/T 38661-2020至少需要5组试验样品，而QC/T 897-2011只需要3组。GB/T 38661-2020标准要求：所有测试样品均要求状态参数测量精度以及绝缘电阻测试，样品1完成SOC估算精度试验以及电池故障诊断，样品2进行绝缘耐压性能和气候安全性试验，样品3进行电气适应性试验，样品4进行机械安全性试验，样品5进行电磁兼容性试验。QC/T 897-2011标准要求：全部样品同样需要进行状态参数测量精度以及绝缘电阻试验，样品1完成绝缘耐压、耐电源极性反接以及电磁兼容性所有试验内容，样品2完成耐湿热性能以及耐振动性能试验，样品3则完成剩余的所有试验项目。对比可知，GB/T 38661-2020试验项目的试验样品分组更合理，电性能试验、机械安全性试验、气候环境试验、电磁兼容性试验使用不同组别的样品试验，避免类型差距较大的试验项目之间对试验结果的干扰，因此，试验项目更多，分组更为细致的GB/T 38661-2020所需的试验样品数更多。