TCSAE 241-2021 电动汽车动力蓄电池剩余寿命评估导则

－2021电动汽车动力蓄电池剩余寿命评估导则GuidelinesforevaluatingtheresiduallifeofelectricvehiclestractionbatteryDraftingguidelinesforcommercialgradesstandardofChinesemedicinalmaterials2021-12-30发布2021-12-30实施中国汽车工程学会发布学兔兔中国汽车工程学会标准（以下简称：CSAE标准），是由中国汽车工程学会按照明确的程序、规则，遵循公开、透明、协商一致原则组织制定的，供市场自由选择、自愿采用的规范性技术文件。CSAE标准旨在发挥市场自主制定标准优势，着眼企业竞争力提升，推动汽车产业创新技术的加速发展和广泛应用。CSAE标准版权归属中国汽车工程学会，除用于国家法律或事先得到中国汽车工程学会许可外，不得以任何形式复制该标准。在本标准实施过程中，如发现需要修改或补充之处，欢迎将意见反馈至中国汽车工程学会，以便修订时参考。中国汽车工程学会地址：北京市大兴亦庄开发区荣华南路13号院（中航国际广场H5座）；电话：[phone]；邮编：100176；邮箱：[e-mail]。学兔兔—2021I目次前言.................................................................................II1范围...............................................................................12规范性引用文件.....................................................................13术语和定义.........................................................................14缩略语和符号.......................................................................15剩余寿命评估的基本原则.............................................................26剩余寿命评估工作的重要因素.........................................................27剩余寿命评估的一般方法.............................................................28模型验证和评估结果输出.............................................................49测试方法...........................................................................510评估结果..........................................................................6附录A（资料性）高温加速测试方法.....................................................7附录B（资料性）一种基于历史充电数据的剩余寿命评估方法...............................8学兔兔—2021II前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件起草单位：中汽数据有限公司、江苏华友能源科技有限公司、武汉动力电池再生技术有限公司、蓝谷智慧（北京）能源科技有限公司、奥动新能源汽车科技有限公司、中创新航科技股份有限公司、浙江新时代中能循环科技有限公司、江西睿达新能源科技有限公司。本文件主要起草人：徐梓淇、惠怡静、王攀、李龙辉、徐树杰、钱龙、张宇平、杨宇威、张建平、马瑞军、蒋小通、杨思蔚、李剑清、胡嵩、李冬杰、王竞逸、吴蒙、武双贺、何斯超、王睿、关舒丹、张凯璇、许浩、龙伟、韩广璞、李攀、高坡。学兔兔—20211电动汽车动力蓄电池剩余寿命评估导则1范围本文件规定了电动汽车动力蓄电池剩余寿命评估的基本原则、重要因素、一般方法、模型验证和评估结果输出、测试方法和评估结果等。本文件适用于电动汽车动力蓄电池在车载使用、梯次利用等工况下的剩余寿命评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T19596电动汽车术语GB/T31467.1电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分：高功率应用测试规程GB/T31467.2电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程GB/T31484电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法GB/T31486电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法GB/T32960.3电动汽车远程服务与管理系统技术规范第3部分：通讯协议及数据格式GB/T34015.3车用动力电池回收利用梯次利用第3部分：梯次利用要求GB/T34631再制造机械零件剩余寿命评估指南GB38031电动汽车用动力蓄电池安全要求3术语和定义GB/T19596、GB/T34631界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1电动汽车electricvehicle纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车的总称。[来源：GB/T19596，定义3.1.1]3.2剩余寿命residuallife动力蓄电池的剩余寿命，为动力蓄电池在车载使用条件下的剩余寿命，或退役动力蓄电池在梯次利用条件下的剩余寿命。4缩略语和符号4.1缩略语下列缩略语适用于本文件。学兔兔—20212BMS：蓄电池管理系统（batterymanagementsystem）SOH：健康状态（stage-of-health）OCV：开路电压（OpenCircuitVoltage）4.2符号下列符号适用于本文件。I2：2小时率放电电流（A），其数值等于额定容量值的1/2。I3：3小时率放电电流（A），其数值等于额定容量值的1/3。5剩余寿命评估的基本原则进行建模和剩余寿命评估应遵循以下准则：a)对动力蓄电池剩余寿命评估时应综合考虑其制造、服役及失效形式的影响，应收集动力蓄电池制造工艺、服役状态和故障信息，为剩余寿命评估提供基础数据；b)剩余寿命评估方法分为以试验检测建模为主的剩余寿命评估方法和以历史数据建模为主的剩余寿命评估方法等，应根据具体对象选择其一或兼用；c)对动力蓄电池剩余寿命评估时应确定评估方案，并以该评估方案指导动力蓄电池的使用；d)建立评估方案时根据实际需要，宜结合采用测试和基于历史数据分析等评估方法；e)评估方案应依据特定评估对象的主要退役原因（SOH下降、功率下降、内阻提升、物理损伤等）和使用（车载使用、梯次利用）的工况要求来确定；f)剩余寿命评估工作时，鼓励采用以历史数据建模为主的剩余寿命评估方法测算表征的寿命曲线；g)采用寿命评估方法时应考虑成本和效率；h)提倡企业间共享评估方法结果和模型。6剩余寿命评估工作的重要因素剩余寿命评估的测试和建模工作应考量以下重要因素：a)应避免测试工艺对动力蓄电池及测试设备造成损伤；b)寿命评估时动力蓄电池的存放、周转、安装、调试等，应避免再次损伤；c)评估设备应符合国家规定的计量要求，保持设备精度稳定；d)寿命评估人员应进行专门培训；e)应对寿命评估过程进行记录和存档管理，作为后续处理的依据；f)所建模型评估结果误差宜不超过10%。7剩余寿命评估的一般方法7.1剩余寿命评估的方法基于电性能状态和全生命周期循环寿命曲线进行分析，评估剩余寿命。评估剩余寿命的方法，按式（1）进行计算：学兔兔—20213𝑅𝐿𝑥,𝑠=𝑅𝐿𝑥,0−𝐿𝑥,𝑠····································································(1)式中：𝑅𝐿𝑥,𝑠——电池在对应工况下使用，达到特定退役条件的剩余寿命，x指对应工况，如车载工况、梯次工况等；𝑅𝐿𝑥,0——电池在对应工况下使用，初始状态的剩余寿命；𝐿𝑥,𝑠——已使用寿命在对应工况下的评估值，对于新电池，𝐿𝑥,𝑠=0。7.2以试验检测建模为主的剩余寿命评估方法7.2.1评估方法评估方法如下：a)建立某一型号电池单体、模组、包对应的全生命周期循环寿命模型；b)对该型号电池单体、模组、包，试验测得一定充放电倍率、特征温度下的内阻、电池容量和OCV变化情况等电性能状态数据；c)根据所测得的数据，对应全生命周期循环模型，评估对应的剩余循环寿命。7.2.2全生命周期循环寿命模型建立按照9.2所述车载工况、梯次储能或低速动力等工况的循环寿命测试方法，对新品的电池单体、模组、包进行全生命周期循环寿命测试，或按附录A.2所述加速循环寿命测试方法对新品的电池单体、模组、包进行全生命周期循环寿命测试，并绘制电性能-循环次数曲线，建立全生命周期循环寿命模型。7.2.3动力电池电性能状态测试按照9.3所述电性能状态测试方法对退役电池单体、模组、包进行一定充放电倍率、特征温度下的内阻、电池容量等测试，获取电性能状态数据。7.2.4动力电池剩余寿命评估基于动力电池电性能状态，参考式（1），利用所构建的模型计算剩余寿命。7.3以历史数据建模为主的剩余寿命评估方法7.3.1评估方法评估方法如下：a)获得电池原始出厂参数、历史运行参数和基于实测的电性能状态数据；b)根据这些参数，建立寿命预测模型；c)对动力电池进行剩余寿命预测。7.3.2原始出厂参数、历史运行参数和电性能状态数据获取获取包括且不限于表1中的，基于GB/T32960.3的电池历史运行数据。学兔兔—20214表1动力电池剩余循环寿命预测模型历史数据参数表序号参数项序号参数项1原始出厂标称容量5最高温度值2报文时间6最低温度值3总电流7单体电池温度值列表4SOC按照9.3所述方法对退役电池单体、模组、包进行电性能状态测试，或与相关企业协商，获取额定容量、额定能量、初始容量、初始能量、标准循环寿命、工况循环寿命等电性能状态数据。7.3.3寿命预测模型构建企业基于测试数据和历史数据，通过数学建模的方式针对不同工况特征和状态限值，进行寿命预测模型构建，模型与测试数据的拟合优度（R2）不低于95%。对于车载电池退役后的梯次利用寿命评估场景：需要综合考虑储能、基站备电、低速动力等梯次利用场景下的充放电倍率、充放电深度、充放电温度等因素，构建已使用的车载寿命与已使用的梯次工况寿命转换评估方法，或车载剩余寿命与梯次工况剩余寿命的转换评估方法。7.3.4动力电池剩余寿命评估基于动力电池历史数据等参数，参考式（1），利用所构建的模型计算剩余寿命。7