ICS29.220.99CCSK82EvaluationmethodforstateofhealthofpowerbatteriesIT/CIAPS0040-2024 II 12規范性引用文件 13術語和定義 14總體原則 35評價指標體系 35.1評價指標體系構成 5.2指標權重確定 36觀測變量 46.1功能性指標 46.2安全性指標 46.3可靠性指標 57數據來源 68測算方法 68.1指標結果加權計算 8.2健康狀態加權計算 9評價程序 7附錄A（資料性）電池功能可靠性系數計算方法 附錄B（資料性）電池機械可靠性系數計算方法 T/CIAPS0040-2024本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國化學與物理電源協會提出并歸口。本文件主要編制單位：國聯汽車動力電池研究院有限責任公司。本文件參與編制單位：陜西頃刻能源科技有限公司、無錫鋰云科技有限公司、西安建筑科技大學、天目湖先進儲能技術研究院有限公司、深圳市量能科技有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司、惠州市賽能電池有限公司、廣電計量檢測集團股份有限公司、鈦深科技、廣汽本田、毅博科技咨詢（香港）有限公司、河南電池研究院、煤炭科學研究總院有限公司、廣東國光電子有限公司。本文件主要起草人：方升、方彥彥、栗敬敬、李健、楊時峰、徐俊、蔣德瓏、林川平、楊乃興、王愿習、陳學兵、王怡、楊曉亮、陳校軍、周書云、鄧健想、吳兵、楊文謝新泰。本文件首次發布。1T/CIAPS0040-2024動力電池健康狀態評價方法本文件規定了動力電池健康狀態評價的總體原則、評價指標體系、觀測變量、數據來源、測算方法、評價程序。本文件適用于各類動力電池健康狀態自我評價及其他組織開展的評價。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求GB/T2900.41-2008電工術語原電池和蓄電池GB/T19596-2017電動汽車術語GB/T31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法GB/T31486-2015電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法T/CSAE184-2021電動汽車動力蓄電池健康狀態評價指標及估算誤差試驗方法3術語和定義3.1單體蓄電池secondarycell將化學能與電能進行相互轉換的基本單元裝置，通常包括電極、隔膜、電解質、外殼和端子，并被設計成可充電。也稱作電芯。[GB/T19596-2017，定義3.3.2.1.1]3.2蓄電池電芯組cellblock一組并聯連接的單體蓄電池，可能包含監測電路與保護裝置（例如熔斷器等）。[GB/T19596-2017，定義3.3.2.1.2]3.3蓄電池模塊batterymodule將一個以上單體蓄電池按照串聯、并聯或串并聯方式組合，并作為電源使用的組合體,也稱作蓄電池組。[GB/T19596-2017，定義3.3.2.1.3]2T/CIAPS0040-20243.4蓄電池包batterypack通常包括蓄電池組、蓄電池管理系統、蓄電池箱及相應附件（冷卻部件、連接線纜等），具有從外部獲得電能并可對外輸出電能的單元。[GB/T19596-2017，定義3.3.2.1.9]3.5額定容量ratedcapacity在規定條件下測得的并由制造商聲明的電池容量值。[GB/T19596-2017，定義3.3.3.4.2]3.6可用容量availablecapacity在規定條件下，從完全充電的蓄電池中釋放的容量值。[GB/T19596-2017，定義3.3.3.4.5]3.7荷電狀態stateofcharge（SOC）當前蓄電池中按照規定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。[GB/T19596-2017，定義3.3.3.2.5]3.8比功率stateofpower（SOP）按照規定充放電條件下，蓄電池輸出的功率與質量比值。[GB/T31486-2015，定義6.3.6.1.2]3.9保持率retentionrate在一定周期內，直接測量或間接計算得到的蓄電池性能參數的當前值與初始值的比值。3.10熱失控thermalrunaway電池單體放熱連鎖反應引起電池溫度不可控上升的現象。[GB/T38031-2020，定義3.14]3.11健康狀態stateofhealth采用綜合性評價分數描述的包含功能性、安全性及可靠性的綜合性能狀態。3T/CIAPS0040-20244總體原則評價指標時，應遵循以下原則：a)科學性原則：評價指標能反映出動力電池老化程度、安全性及可靠性；b)可操作性原則：評價指標應容易獲取、計算方法科學合理、便于操作；c)全面性原則：評價指標需結合應用場景，全面反映評價對象與應用場景的適配性，指標需要多參數、多層次、多維度反映動力電池健康狀態。5評價指標體系5.1評價指標體系構成動力電池健康評價要素包含：功能性指標評價、安全性指標評價及可靠性指標評價，三項要素中都包含多個下一級要素，并有相應的評分標準，如表1所示。功能性評價指標：室溫放電容量保持率，室溫倍率放電容量保持率，低溫放電容量保持率，高溫放電容量保持率，室溫荷電保持容量保持率，高溫荷電保持容量保持率，室溫恢復容量保持率，高溫恢復容量保持率，放電比功率保持率。安全性評價指標：動力電池本征安全性相關參數，該要素包含電濫用邊界值、熱濫用邊界值及機械濫用邊界值?？煽啃栽u價指標：動力電池可靠性相關參數，包含電池功能可靠性系數和機械結構可靠性系數。表1健康狀態評價體系指標5.2指標權重確定建議權重分配原則如下：a)基礎數據穩定、準確性高的三級指標進行上調，基礎數據不穩定或準確性不高的進行下調；b)觀測變量能較為全面的反映三級指標的，對應三級指標權重進行上調，觀測變量受基礎數據限制，相對片面的進行下調；c)指標之間或觀測變量之間有較高相關性的，相關指標的權重總和進行下調。建議功能性、安全性及可靠性三類指標的權重分別設定為50%、25%及25%。具體權重配置可依據具體評價對象應用領域的側重需求進行微調，但對安全性及可靠性有國標要求的項目，不可進行減權重處理。4T/CIAPS0040-20246觀測變量6.1功能性指標功能性指標主要為保持率參數，包括室溫放電容量保持率，室溫倍率放電容量保持率，低溫放電容量保持率，高溫放電容量保持率，室溫荷電保持容量保持率，高溫荷電保持容量保持率，室溫恢復容量保持率，高溫恢復容量保持率，放電比功率保持率，上述參數推薦參照《GB/T31486-2015電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》標準方法進行測試。功能性指標觀測變量及權重分配如表2所示。表2功能性指標及其權重55556.2安全性指標安全性指標關注動力電池的熱失控邊界值，表明電池在遇到濫用情況時，不發生熱失控的極限值。觀測變量主要包括：熱濫用邊界值，機械濫用邊界值，電濫用邊界值（過充電邊界、過放邊界及短路邊界）。上述三類觀測變量可由多個下級參數單獨構成，也可由下級參數耦合后形成，具體觀測變量可根據實際情況決定。例如，電濫用過充中邊界值可以是SOC，電壓或者溫度單獨構成，也可以是三者耦合5T/CIAPS0040-2024后變為過充邊界值。觀測變量參數值低于《GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求》標準的直接判定0分，高于上述標準要求的依據不同情況賦予分值，具體如表3所示。表3安全性指標及其權重指標名稱觀測變量權重（%）觀測變量計算方法56.3可靠性指標可靠性指標觀測變量主要包括電池功能可靠性系數、機械結構可靠性系數，相應的權重分配如表4所示。其中，電池功能可靠性系數計算方法參照附錄A所示，電池機械可靠性系數計算方法如附錄B所示。表4可靠性指標及其權重數數6T/CIAPS0040-20247數據來源評價數據獲取的渠道包括但不限于：a)送檢人提供的可溯源數據；b)評價主體檢測數據。8測算方法8.1指標結果加權計算根據功能性指標、安全性指標及可靠性指標附屬的相應觀測變量評價得分，分別按照各變量得分及其權重相乘后，累加獲得三大類指標加權得分。具體如下：w功能性i功能性i功能性Kw功能性i功能性i功能性i=1………………（1）K安全性安全性*wi安全性………………（2）K可靠性可靠性*wi可靠性………………（3）………………式中：K功能性、K安全性、K可靠性——分別對應功能性、安全性及可靠性指標加權得分；n——指標觀測變量個數；ki功能性、ki安全性、ki可靠性——分別對應功能性、安全性及可靠性指標第i個二級觀測變量得分；wi功能性、wi安全性、wi可靠性——分別對應功能性、安全性及可靠性指標第i個二級觀測變量的權重；hj——對應指標（功能性、安全性、可靠性）第i個二級指標下第j個三級指標的得分；Pj——對應指標（功能性、安全性、可靠性）第i個二級指標下第j個三級指標的權重。8.2健康狀態加權計算7T/CIAPS0040-2024基于8.1測算的每個一級指標得分，將得分與相應的一級指標權重相乘后，累加獲得加權得分，該得分為動力電池健康狀態得分，具體說明如下：L=K功能性*x功能性+K安全性*x安全性+K可靠性*x可靠性………………（5）L——健康狀態指標加權得分；K功能性、K安全性、K可靠性——分別對應功能性、安全性及可靠性指標加權得分；x功能性、x安全性、x可靠性——分別對應功能性、安全性及可靠性指標的權重。注：健康狀態評價若只選取K功能性、K安全性、K可靠性的一項或者兩項，則不再進行加權處理，各分項單獨賦9評價程序評價主體開展評價時可遵循以下程序：a)明確評價目的，確定評價對象；b)確定評價指標及相應權重；c)制定評價數據和信息的采集方案并實施；d)根據測算方法計算評價結果；e)對評價結果的符合性進行檢驗和修正；f)出具評價報告。8T/CIAPS0040-2024（資料性附錄）電池功能可靠性系數計算方法參照IEC62660-2-20106.1.1設置振動參數，振動過程中施加溫度和濕度控制；溫度范圍為-20℃~55℃,濕度為85%R.H.。同時，按照制造商規定的標準充、放電方法進行充放電。整個振動過程記錄電池的電壓和溫度，測試完成后檢查電池狀態，是否有破裂、漏液、極耳損傷等情況。A.1容量變化率電池樣品的容量變化率可使用公式1進行計算：×100%……其中，x1為容量變化率，H為四綜合測試前電池樣品的標定容量，H’為四綜合測試后電池樣品的標定容量。A.2直流內阻變化率電池樣品的直流內阻變化率可使用公式2進行計算：×100%……其中，x2為直流內阻變化率，RDC為四綜合測試前電池樣品的直流內阻，RD’C為四綜合測試后的電池樣品直流內阻。A.3交流內阻變化率電池樣品的交流內阻變化率可使用公式3進行計算：×100%……其中，x3為交流內阻變化率，RAC為四綜合測試前電池樣品的交流內阻，RA’C為四綜合測試后的電池樣品交流內阻。A.4開路電壓變化率電池樣品的開路電壓變化率可使用公式4進行計算：×100%……其中，x4為開路電壓變化率，V為四綜合測試前電池樣品的滿電態開路電壓，V’為四綜合測試后電池樣品的滿電態開路電壓。9T/CIAPS0040-2024A.5電壓監控在四綜合測試過程中監控電池樣品的電壓。該值賦值y1，如出現電壓跳變（1s內單體電壓波動大于0.15V），該值為0，如不出現電壓跳變，該值為1。A.6結構檢查在四綜合測試前后對電池進行結構檢查，可采用CT進行無損掃描，或進行拆解檢查。該值賦值y2，如出現內部結構損傷，該值為0，如無損傷，該值為1。A.7單項電池功能可靠性失效系數計算單項連續功能可靠性失效指標計算公式：pi=exp(xi,ref?xi)?1,i=1,2,3,4………………(5)其中，pi為單項連續指標失效系數，x1,ref～x4,ref為對應連續性指標的失效閾值，其值分別為0.2、0.3、0.3、0.1。單項離散功能可靠性失效指標計算公式：pj=(1?yi)?1,j=1,2………………（6）其中：pj為單項離散指標失效系數。A.8總體電池功能可靠性失效系數計算將所有電池功能可靠性評價指標帶入功能可靠性評價系數計算公式，計算評價系數。電池功能可靠性系數計算公式如下：其中，Q為最終失效指標系數；w1w4等為連續失效形式的權重系數，其值分別為0.8、其中，Q為最終失效指標系數；w1w4等為連續失效形式的權重系數，其值分別為0.8、0.5、0.2、0.3；v1、v2為離散失效形式的權重系數，其值分別為0.5、0.5。T/CIAPS0040-2024（資料性附錄）電池機械可靠性系數計算方法對電池包或系統進行四綜合測試，其中振動測試參數參照GB38031-20208.2.1振動測試，環境溫度范圍為-20℃~55℃,當溫度為0℃以上時濕度保持在85%R.H.，定頻振動過程中溫度為25℃,濕度50%RH。試驗過程中，需監控測試樣品內部最小監控單元的狀態，如電壓和溫度等。每個方向完成測試后觀察兩個小時。四綜合前后進行掃頻測試，掃頻加速度為0.5g，頻率范圍5Hz~200Hz，掃頻速度1oct/min。B.1超聲探傷參數設定探傷參數值為x1，計算公式如下：x1=1?10l…………(1)其中，x1為探傷參數值，l為最大微裂紋的長度，單位mm。l取值上限為0.1mm，下限為0.001mm。B.2螺栓扭矩保持率對比電池樣品四綜合測試前后所有關鍵位置螺栓扭矩的變化率，以扭矩下降超過60%定義失效螺栓，計算螺栓扭矩保持率，公式如下：×100%……其中，x2為螺栓扭矩保持率，N為電池樣品關鍵位置螺栓數量，N60%為四綜合測試后的扭矩低于原扭矩60%的螺栓數量。B.3Z軸一階固有頻率變化率電池樣品的Z軸的一階固有頻率變化率可使用公式3進行計算：×100%……其中，x3為Z軸的一階固有頻率變化率，fZ為四綜合測試前電池樣品的一階固有頻率，f`Z為四綜合測試后的電池樣品的一階固有頻率。注：部分電池樣品出現測試過后一階固有頻率增大的情況B.4Y軸一階固有頻率變化率電池樣品的Y軸的一階固有頻率變化率可使用公式4進行計算：×100%……其中，x4為Y軸的一階固有頻率變化率，fY為四綜合測試前電池樣品的一階固有頻率，f’y為四綜合測試后的電池樣品的一階固有頻率。T/CIAPS0040-2024B.5X軸一階固有頻率變化率電池樣品的X軸的一階固有頻率變化率可使用公式5進行計算：×100%……其中，x5為X軸的一階固有頻率變化率，fX為四綜合測試前電池樣品的一階固有頻率，fx’為四綜合測試后的電池樣品的一階固有頻率。B.6應變量變化率該值以電池樣品四綜合測試前后掃頻所測出的最大應變量為基準，計算測試前后應變量的變化率，公式如下：×100%……其中，x6為電池樣品最大應變量的變化率，ε為四綜合測試前最大應變量，ε’為四綜合測試后的該應變片所對應的應變力。B