刘旭鹏

【摘  要】对国内动力电池系统认证标准GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》和出口欧盟电动车用电池系统测试标准ECE R100《电动车辆统一认证规定的特殊要求》进行对比分析，从试验项目、试验方法及试验要求入手，指出GB 38031—2020和ECE R100标准中关于动力电池系统试验的差异点，为动力电池系统的检测与认证工作提供参考。

【关键词】电动汽车；动力电池系统；安全性

中图分类号：U469.72    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）06-0081-03

Analysis of Differences in Test Items for Power Battery Systems in Standards GB 38031—2020 and ECE R100

LIU Xu-peng

（China Automotive Engineering Research Institute Co.，Ltd.，Chongqing 401100，China）

【Abstract】This paper makes a comparative analysis of the domestic certification standard GB 38031—2020，“Safety Requirements for Power Batteries for Electric Vehicles”，and the export European Union testing standard ECE R100，“Special Requirements for Uniform Certification of Electric Vehicles”. Through the specific analysis of the test items，test methods and test requirements，the differences of GB 38031—2020 and ECE R100 standards on the test of power battery system are given，which provides a reference for the test and certification of power battery system.

【Key words】electric cars；power battery system；safety

在全球气候变暖的背景下，各国都在不断探索应对策略，并在2016年4月国际社会正式签署《巴黎协定》，多个国家都做出碳中和承诺并展开行动，中国也明确提出“力争2030年碳达峰，2060年碳中和”的宏伟目标。低碳发展已成为全球共识，各国都在积极推进汽车电动化。

动力电池系统作为新能源电动汽车的重要部件，也是车辆能量的提供载体，电池系统的安全性对整车的安全性有着至关重要的影响。2020年5月12日，GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》[1]正式发布，作为中国现行的动力电池系统强制性认证测试标准，也是与国际标准接轨的测试标准，不仅对国内动力电池系统安全性进行规范，也使国内相关企业具有更好的国际竞争力，促进了国内动力电池系统的安全性。从2016年7月开始，动力电池系统必须通过ECE R100符合认证才能在欧盟协议国家进行注册和上市，通过后会由各成员国交通部颁发E-mark证书，表示产品已经符合相关的法规要求，可以合法进行进口和销售[2]。

本文从动力电池系统安全性来分析和思考，对国内动力电池系统认证标准GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》和出口欧盟电动车用电池系统测试标准ECE R100《电动车辆统一认证规定的特殊要求》进行对比分析，对标准中试验项目、试验方法及试验要求进行针对性地分析，为动力电池系统的检测与认证工作提供参考。

1  标准综述

1.1  GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》综述

GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》于2021年1月1日正式实施，是中国目前现行针对动力电池系统的强制标准。该标准不仅是对GB/T 31467.3—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分：安全性要求与测试方法》及GB/T 31467.3—2015第1号修改单的进一步改进和优化，也是在参照国外相关动力电池系统标准的基础上，同时对近几年发生的新能源汽车安全问题进行思考和总结后的进一步完善[3]。

该标准要求，除另有规定外，试验应在温度为22℃±5℃、相对湿度为10％～90％、大气压力为86～106kPa的环境中进行。关于动力电池系统试验方面，试验项目分别为振动、机械冲击、模拟碰撞、挤压、湿热循环、浸水安全、热稳定性（外部火烧、热扩散）、温度冲击、盐雾、高海拔、过温保护、过流保护、外部短路保护、过充电保护和过放电保护，共16项试验。每个样品在到样后，都需要进行预处理，符合预处理要求后，方可进行试验。試验前除有特殊规定，电池系统均应以制造商规定的完全充电状态进行试验。做完上述所有试验，一般需要6个动力电池系统样品。

1.2  ECE R100《电动车辆统一认证规定的特殊要求》综述

ECE R100由联合国欧洲经济委员会制订，是欧洲目前已正式公布的唯一一项针对电动汽车的安全法规，规定了车辆结构和基本安全方面的认证内容。最初ECE R100发布于1996年，当时并未包含电池包认证，2013年7月ECE R100法规02版本生效，加入电池包的认证，可以申请型式认证，2016年7月15号ECE R100法规02版本强制实施。对进口欧洲的汽车动力电池提高了技术准入门槛。

该标准要求，除非在某些具体试验项目中另有说明，试验应在温度为室温20℃±10℃的环境中进行。关于动力电池系统试验方面，试验项目分别为振动、温度冲击、机械冲击、挤压、外部火烧、外部短路保护、过充电保护、过放电保护和过温保护，共9项试验。试验前无需对样品进行预处理，只需要调整电池系统电量至试验要求电量即可进行试验。除过充电保护、过放电保护和过温保护试验外，其他试验前均应将电池系统电量调至50%以上。做完上述所有试验，一般需要4个动力电池系统样品。

2  标准试验分析

GB 38031—2020与ECE R100都包含动力电池系统安全性试验，通过对试验项目、试验方法及试验要求进行针对性地分析，得出GB 38031—2020与ECE R100在动力电池系统试验方面存在以下区别。

2.1  试验项目的差异

在动力电池系统试验方面，GB 38031—2020共有16项，ECE R100共有9项，GB 38031—2020比ECE R100多出的试验分别为：机械冲击、湿热循环、浸水安全、热扩散、盐雾、高海拔和过流保护。由此可以看出，中国对于环境安全类验证重视程度比较高（以湿热循环、浸水安全、盐雾和高海拔为代表），欧洲则更集中关注机械可靠性和保护功能类验证。

通过试验周期和试验成本两方面来看，在条件满足的情况下，GB 38031—2020多出的试验将会把试验周期延长1～2周，同时需要提供的试验样品也需要多1～2个，增加了企业认证的经济负担。但是，增加环境安全类验证对于提升国内的产品品质具有重要的意义，具体表现为：①通过高海拔试验，验证电池系统在高海拔情况下的状态，可以为电池系统在中国新疆、西藏等高海拔地区使用时提供安全保障；②由于中国不同区域存在湿度差异较大现象，湿热循环试验可以验证电池系统在极端湿度的情况下的安全状态，为电池系统在湿度较高的环境下使用提供保障；③電动车在停放或行驶中，会可能遇到各种各样的水溶液，在发生水灾或过河时也存在完全浸没在水溶液中的情况，这些水溶液大都是混有杂质，存在电解质，具有腐蚀作用，这些情况则可以通过浸水安全和盐雾试验来进行验证。

此外，GB 38031—2020多出的热扩散和过流保护试验项目也具有重要意义，热扩散试验为车辆发生安全事故时的人员安全提供了保障；过流保护试验为车辆在进行充电时发生电流异常情况提供了安全保障。

2.2  试验方法的差异

2.2.1  振动试验

GB 38031—2020振动试验要求试验前，应将电池系统电量调至不低于50%，试验分别在z/x/y这3个轴向进行随机和定频振动，振动顺序可以自行选择，同时按电池系统装载车辆类型，分成了M1、N1类和除M1、N1类两种振动测试条件[3]。M1、N1类随机振动每个方向测试时间为12h，频率为5～200Hz，RMS值为0.64g（z轴）、0.45g（y轴）、0.50g（x轴），定频振动每个方向测试时间为1h，频率为24Hz，定频幅值为±1.5g（z轴）、±1.0g（y轴）、±1.0g（x轴），试验的总时长为39h。除M1、N1类随机振动每个方向测试时间为12h，频率为5～200Hz，RMS值为0.73g（z轴）、0.57g（y轴）、0.52g（x轴），定频振动每个方向测试时间为2h，频率为20Hz，定频幅值为±1.5g（z轴）、±1.5g（y轴）、±2.0g（x轴），试验的总时长为42h。

ECE R100振动试验要求电池系统在z轴向进行15min正弦波振动，振动频率从7Hz增加至50Hz再回至7Hz，重复12次，试验的总时长为3h。

此外，GB 38031—2020中电池系统通过振动试验后，需按照整车连接方式连接好线束、插接件等零部件，进行浸水安全试验，ECE R100振动试验后则需进行1个充放电标准循环。

2.2.2  模拟碰撞试验

GB 38031—2020模拟碰撞试验按整车装备质量，将试验条件分为≤3.5t、3.5t～7.5t、≥7.5t这3个选项；ECE R100模拟碰撞试验则是按电池系统装载车辆类型，将试验条件分为M1和N1车型、M2和N2车型、M3和N3车型3个选项。GB 38031—2020和ECE R100模拟碰撞试验中≤3.5t与M1和N1车型、3.5t～7.5t与M2和N2车型≥7.5t与M3和N3车型的试验条件（点、脉宽、x方向加速度、y方向加速度）完全一致。

2.2.3  挤压试验

GB 38031—2020挤压试验在挤压板形式上有半径75mm的半圆柱体和3个半径为75mm的半圆柱体组成的挤压板两种可供选择，挤压速度要求不大于2mm/s，挤压结束条件为挤压力达到100kN或挤压变形量达到挤压方向整体尺寸的30%，保持时间为10min。

ECE R100挤压试验规定使用3个半径为75mm的半圆柱体组成的挤压板，挤压时间要求从接触样品开始挤压到结束不超过3min，挤压力要求至少100kN，但不超过105kN，保持时间至少为100ms，但不超过10s。

2.2.4  外部火烧试验

GB 38031—2020外部火烧试验前需要将燃油预热60s，ECE R100外部火烧试验前若燃油温度不低于20℃，可直接进行测试，不需要进行预热。其中，2份标准测试阶段的直接暴露和间接暴露时间要求一致。

2.2.5  温度冲击试验

GB 38031—2020与ECE R100中温度冲击试验，温度规定均为-40℃±2℃～60℃±2℃，循环次数均为5次，但GB 38031—2020中在极端温度中保持时间为8h，ECE R100中在极端温度中保持时间则为6h，且ECE R100温度冲击试验后，在无异常情况下，需进行1个充放电标准循环。

2.2.6  保护试验

GB 38031—2020与ECE R100外部短路保护、过充电保护、过放电保护和过温保护试验方法基本一致。不同的是，ECE R100外部短路保护、过充电保护、过放电保护试验后，需进行1个充放电标准循环。

2.3  试验要求的差异

振动试验项目，GB 38031—2020与ECE R100对比，不同的是，GB 38031—2020规定了不触发异常终止条件以及满足浸水试验的要求，而ECE R100则是规定了应能进行1个充放电标准循环的要求。2个标准都不仅要求了电池系统在振动过程中的安全性，同时也要求在振动后也应能符合相关要求。

挤压试验项目，GB 38031—2020与ECE R100对比，都要求无着火或爆炸现象发生，但GB 38031—2020允许试验后电池系统内部电芯有漏液现象发生，ECE R100则不允许。

模拟碰撞、外部火烧、过温保护试验项目，GB 38031—2020与ECE R100对比，试验要求基本一致，没有较大不同，而对于温度冲击、外部短路保护、过充电保护、过放电保护试验项目，GB 38031—2020与ECE R100对比，最大的不同为ECE R100规定要求了电池系统试验后应能进行1个充放电标准循环，进一步考察与验证了电池系统的功能及性能。

GB 38031—2020与ECE R100试验项目结果要求对比如表1所示。

3  总结与思考

3.1  总结

通过对比分析，在试验项目上，GB 38031—2020共有16项，ECE R100共有9项。GB 38031—2020对于环境安全类验证重视程度较高，以湿热循环、浸水安全、盐雾和高海拔试验项目为代表，虽然增加了试验周期和试验成本，但是对提升中国动力电池系统的产品品质具有重要的意义。同时，GB 38031—2020有热扩散和过流保护试验项目，为车辆在发生安全事故和进行充电时提供了安全保障。ECE R100试验项目较少，试验周期更短，主要集中验证电池系统机械可靠性和保护功能。

在试验方法和要求上，GB 38031—2020中振动试验整合了随机振动和定频振动，分别在z/x/y这3个轴向进行，试验时间较长，更好地模拟了汽车长时间行驶后动力电池系统的损伤状态，同时在试验后进行浸水试验，更加符合实际情况，试验方法和要求更加严谨。挤压试验的挤压板形式有半径75mm的半圆柱体和3个半径为75mm的半圆柱体组成的挤压板2种可供选择，选择性更加合理。ECE R100中振动只进行z轴向，试验时间较短，试驗方法和要求较为宽松。在振动、温度冲击、外部短路保护、过充电保护和过放电保护试验后，电池系统还需进行1个充放电标准循环，更加直接地考察了电池系统试验后的功能和性能。

3.2  思考

GB 38031—2020作为中国目前现行针对动力电池系统的强制标准，ECE R100作为动力电池系统欧洲市场准入的安全法规，通过对比分析，2个标准中关于动力电池系统挤压试验方法都未明确规定挤压板的放置方向和电池系统的挤压位置。例如，GB 38031—2020中半径75mm的半圆柱体，垂直放置或水平放置，挤压电池系统中间位置或两边位置，接触的面积不同，挤压的点位不同，都可能会造成结果的不同。2个标准中关于试验要求“无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸”现象的判定，都较为宽泛和模糊，缺少具体详细的描述和判定，可以根据现象和危害程度进行分等级评价，建立具体详细的评价体系。

同时，GB 38031—2020对于环境安全类验证试验，如湿热循环、温度冲击、高海拔和盐雾，对比ECE R100，有必要在试验后进行充放电标准循环，从而更加真实地模拟和验证电池系统在经过环境变化后的性能情况。

随着新能源行业的蓬勃发展，相关标准也需要进行不断更新和完善，从而提升产品的整体水平，促使电池行业健康快速的发展。

参考文献：

[1] 蒋立琴，王记磊，邹兴华，等. GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》解析[J]. 电池，2020（3）：276-279.

[2] 王佳琪，陈立铎，尚庆波. 出口欧盟电动车用电池系统的测试标准对比研究[J]. 电源技术，2021，45（3）：414-418.

[3] 孙晓娜，张华树，韩思远，等. 电动汽车用动力蓄电池安全要求标准对比分析[J]. 汽车科技，2021（1）：2-7.

（编辑  凌  波）