國內(nèi)外起停用鉛酸蓄電池測試標(biāo)準(zhǔn)淺析

陳耀

（無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇 無錫 214101）

國內(nèi)外起停用鉛酸蓄電池測試標(biāo)準(zhǔn)淺析

陳耀

（無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇 無錫 214101）

起停用鉛酸蓄電池具有起動性能優(yōu)異、使用壽命長、節(jié)能減排等特點，正被逐步應(yīng)用于國內(nèi)外乘用汽車。本文介紹了現(xiàn)階段國內(nèi)外起停用鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)情況，對國內(nèi)外起停用鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)中主要測試項目和相應(yīng)項目的主要差異進(jìn)行了闡述。

起停；鉛酸蓄電池；微混循環(huán)；起停循環(huán)；動態(tài)充電接受；制動能量回收；節(jié)能減排

0 前言

進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著汽車數(shù)量越來越多，使用范圍越來越廣，汽車污染日益成為全球性問題，特別是汽車怠速期間造成的燃油浪費和尾氣污染，對世界能源和環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)尤為突出。近年來，汽車起停系統(tǒng)作為一種新的汽車節(jié)能減排手段，正在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展、廣泛應(yīng)用。安裝起停系統(tǒng)的汽車可以達(dá)到 5 %～15 % 的節(jié)油減排功效，而起停電池，正是關(guān)系起停系統(tǒng)性能水平的關(guān)鍵部件。

1 起停電池概況

1.1 產(chǎn)品種類

近年來，起停系統(tǒng)在歐洲和日本都快速增長。日本的起停系統(tǒng)新車裝配率從 2010 年的幾萬臺迅速增長至 2012 年的 200 多萬臺，占其新車銷量的40 % 以上。歐洲的起停系統(tǒng)新車裝配率也從 2008年的 5 % 迅速增長至 2014 年的 60 % 左右，預(yù)計到2019 年該比例將提升至 90 %。國內(nèi) 2014 年起停系統(tǒng)的新車裝配率僅為 8 % 左右，預(yù)計 2019 年中國汽車年銷量規(guī)模將達(dá)到 3000 萬輛，其中 30 % 將配備起停系統(tǒng)，發(fā)展?jié)摿薮?。隨著起停系統(tǒng)的快速普及，起停電池市場將會迎來爆發(fā)式的增長，市場規(guī)模將達(dá)到百億元。

當(dāng)前，已廣泛應(yīng)用在汽車上的起停電池主要分為增強型富液式鉛酸蓄電池 (EFB) 和吸附式玻璃纖維隔板（AGM）鉛酸蓄電池兩種。增強型富液式鉛酸蓄電池與富液式鉛酸蓄電池基本相同，主要在極板等方面作了改進(jìn)，是性能改進(jìn)、增強的富液式鉛酸蓄電池。吸附式玻璃纖維隔板鉛酸蓄電池也即閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池，其內(nèi)部電解液都吸附在玻璃纖維隔板上，密封設(shè)計用于減少氣體的排放，促進(jìn)氧復(fù)合。它們的循環(huán)壽命分別比傳統(tǒng)汽車起動用鉛酸蓄電池高出 2 倍和 4 倍以上。

1.2 技術(shù)特性

汽車起停系統(tǒng)的工作模式：當(dāng)車輛處于停止?fàn)顟B(tài)（非駐車狀態(tài)）時，發(fā)動機暫停工作（非傳統(tǒng)的怠速模式），但發(fā)動機內(nèi)潤滑油會持續(xù)運轉(zhuǎn)，使發(fā)動機內(nèi)部保持潤滑，電池對車載電子系統(tǒng)及車內(nèi)附屬用電設(shè)備進(jìn)行供電；當(dāng)松開制動踏板的同時，起停系統(tǒng)將快速自動再次起動發(fā)動機。由于潤滑油始終處于循環(huán)工作狀態(tài)，即使頻繁地停車和起步，也不會對發(fā)動機造成磨損。

圖1 傳統(tǒng)車輛起動用鉛酸蓄電池充放電特征

圖2 車輛起停用起動用鉛酸蓄電池充放電特征

在車輛實際運行工況下，起停用鉛酸蓄電池與傳統(tǒng)起動用鉛酸蓄電池的充放電特征差異較大[1]（圖 1 和圖 2）。傳統(tǒng)起動用鉛酸蓄電池在車輛起動后基本處于充電狀態(tài)，而起停用鉛酸蓄電池需經(jīng)歷頻繁的起動、發(fā)動機熄火下的整車電力供應(yīng)以及瞬時的能量回饋等工況，因此起停用鉛酸蓄電池的主要性能要求如下：能承受頻繁的大電流放電，支持發(fā)動機頻繁快速重起；有優(yōu)良的低溫（-18℃、-29℃或更低）起動能力；可以頻繁地充放電，具備更強的瞬時充電接受能力；有更好的深循環(huán)性能；有更好的熱穩(wěn)定性，可以在發(fā)動機室和炎熱氣候中長時間工作；電解液損耗低（微水損耗）；電池倒置或破裂時電解液溢出的風(fēng)險低等。

2 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況

國外對起停電池研究、生產(chǎn)起步較早，因此相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也比較成熟（見表 1）。一直以來，IEC 60095 系列和 EN 50342 系列標(biāo)準(zhǔn)是起動用鉛酸蓄電池的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了起動用鉛酸蓄電池的通用性能和安全要求，也是起停用鉛酸蓄電池首先要滿足的基礎(chǔ)要求，其中，EN 50342-6 是 EN 50342 系列標(biāo)準(zhǔn)中針對微混應(yīng)用鉛酸蓄電池制定的專門標(biāo)準(zhǔn)，主要項目有動態(tài)充電接受能力（DCA）、微混循環(huán)測試（MHT）等[2]。VDA 標(biāo)準(zhǔn)是由德國汽車工業(yè)協(xié)會制定的，分別用于考核 AGM 和 EFB 兩種主流起停用鉛酸蓄電池的性能[3-4]。SBA S0101則由日本電池工業(yè)會制定，是考核排氣式起停用鉛酸蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)，不適用于汽車用閥控式鉛酸蓄電池[5]。

國內(nèi)起停電池標(biāo)準(zhǔn)制定工作相對滯后，但近年來，國內(nèi)行業(yè)技術(shù)專家在研究吸收國外相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定發(fā)布了起停用鉛酸蓄電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（見表 2），填補了該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作的空白。GB/T 5008 系列標(biāo)準(zhǔn)采自 IEC 60095 系列標(biāo)準(zhǔn)，是國內(nèi)起動用鉛酸蓄電池產(chǎn)品的通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，也是鉛酸蓄電池生產(chǎn)許可檢驗依據(jù)。JB/T 12666—2016標(biāo)準(zhǔn)由全國鉛酸蓄電池標(biāo)委會主持制定，其通用性能以 EN 50342-1 和 GB/T 5008 系列標(biāo)準(zhǔn)要求為基礎(chǔ)，對于涉及起停用鉛酸蓄電池特征性能的技術(shù)指標(biāo)和試驗方法，則綜合吸收了 VDA Lastenheft AGM: 2011-12 和 SBA S0101: 2014 標(biāo)準(zhǔn)的要求[6]。該標(biāo)準(zhǔn)于 2016 年 6 月 1 日實施，是當(dāng)前國內(nèi)唯一專門考核起停用鉛酸蓄電池產(chǎn)品質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 主要國外標(biāo)準(zhǔn)

表2 主要國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

3 主要測試項目

3.1 微混循環(huán)測試（MHT）

微混循環(huán)測試（MHT）是 EN 50342-6 特有的測試項目，該項目主要考核電池能否提供充足電力供給汽車發(fā)動機頻繁起動，以及經(jīng)淺脈沖工作負(fù)載循環(huán)老化后恢復(fù)荷電狀態(tài)的能力（見圖 3 和圖 4）。電池需完成起始荷電狀態(tài)設(shè)定、微循環(huán)測試（80 個循環(huán)單元共 8000 次循環(huán)）、循環(huán)后容量檢查三個測試階段，最后通過綜合分析各階段、步驟的典型電流、電壓、容量數(shù)據(jù)來評估電池的性能情況。

圖3 循環(huán)中 300 A 放電步驟最低放電結(jié)束電壓

圖4 循環(huán)中 12 h 靜置步驟結(jié)束電壓

3.2 動態(tài)充電接受能力（DCA）

動態(tài)充電接受能力（DCA）也是 EN 50342-6標(biāo)準(zhǔn)特有的測試項目。車輛運行期間，由于需要提供發(fā)動機頻繁起動所需的充足能量，相比較傳統(tǒng)起動用鉛酸蓄電池，起停用鉛酸蓄電池需要在更短時間內(nèi)充入足夠多的電量（充電接受）以維持能量平衡。該項目主要考核不同荷電狀態(tài)下電池在起停循環(huán)、制動能量回收（剎車充電）和普通充、放電環(huán)境下，有一樣強大的脈沖電流（能量）接受能力。電池同樣需完成預(yù)處理循環(huán)、動態(tài)充電接受測試、微循環(huán)測試三個測試階段，最后通過分析、計算各階段的典型電流數(shù)據(jù)得出動態(tài)充電接受指標(biāo)（IDCA）, 并且要求 IDCA不得低于 0.1 A/Ah。同時，VDA、SBA S0101、JB/T 12666 標(biāo)準(zhǔn)均制定了動態(tài)充電接受能力的考核項目，但測試方法與 EN 50342-6 標(biāo)準(zhǔn)差異較大，方法相對簡單，未考慮模擬起停循環(huán)、制動能量回收等實際環(huán)境的應(yīng)用。3.3 起停循環(huán)測試（start-stop test）

起停測試是考核起停用鉛酸蓄電池在發(fā)動機頻繁、連續(xù)起動工況下的壽命耐久能力。VDA 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在 25 ℃ 環(huán)境溫度下，電池以 45 A 放電 59 s，接著以 300 A 放電 1 s（端電壓低于 7.2 V 時循環(huán)終止），再恒壓充電 60 s 組成一次循環(huán)，360 0 次循環(huán)為一個單元。VDA 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定蓄電池循環(huán)次數(shù)要求依據(jù)電池型號規(guī)格不同而確定；而 SBA S0101：2014 標(biāo)準(zhǔn)則要求排氣式鉛酸蓄電池循環(huán)次數(shù)不低于 30 000 次。

JB/T 12666 標(biāo)準(zhǔn)是在 VDA 標(biāo)準(zhǔn)和 SBA S0101: 2014 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上綜合制定的，但是對起停循環(huán)測試項目的測試溫度、環(huán)境、放電電流等方面要求作了借鑒和修改提高。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測試環(huán)境溫度為40 ℃，且為水浴，59 s 放電步驟電流為 18.3I20，測試方法較國外標(biāo)準(zhǔn)反而更為嚴(yán)酷。起停循環(huán)測試見圖 5。

圖5 起停循環(huán)（36 次）

3.4 17.5 % DoD 循環(huán)耐久能力（25 ℃）

17.5 % DoD 循環(huán)耐久項目是考核起停用鉛酸蓄電池在部分荷電和深循環(huán)狀態(tài)下，提供能量的能力。相比傳統(tǒng)的富液式鉛酸蓄電池，用于起停系統(tǒng)的起停用鉛酸蓄電池應(yīng)具有更顯著的充放電效率。EN 50342-6、VDA 和 JB/T 12666 標(biāo)準(zhǔn)都將該項目列為主要檢驗項目，且測試方法基本相同。它們之間主要差別在于 85 次循環(huán)中放電步驟結(jié)束端電壓要求有所不同：VDA Lastenheft AGM 標(biāo)準(zhǔn)要求 85次循環(huán)中放電步驟結(jié)束端電壓不得低于 11.5 V，其余標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不得低于 10.0 V。17.5 % DoD 循環(huán)耐久見圖 6 和圖 7。

圖6 一個循環(huán)單元（85 次）

圖7 18 個循環(huán)單元

3.5 50 % DoD 循環(huán)耐久能力（40 ℃）

用于微循環(huán)應(yīng)用的電池，在發(fā)動機熄火期間，將獨立提供車載電子系統(tǒng)及車內(nèi)附屬用電設(shè)備的電力供應(yīng)，因此，相比傳統(tǒng)起動用鉛酸蓄電池，起停用鉛酸蓄電池應(yīng)能更好地承受深放電和長期深循環(huán)工況對自身性能、壽命的不利影響。在 EN 50342-6、VDA、JB/T 12666 標(biāo)準(zhǔn)中該項的測試方法基本相同：40 ℃ 水浴環(huán)境下，排氣式蓄電池需要完成 120 次循環(huán)，而閥控式蓄電池需要完成 360次循環(huán)。差異主要為：VDA 標(biāo)準(zhǔn)要求 EFB 類型達(dá)到 240 次；VDA Lastenheft AGM 標(biāo)準(zhǔn)要求循環(huán)中放電步驟結(jié)束端電壓不得低于 11.5 V，其余標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 10.0 V。50 % DoD 循環(huán)耐久見圖 8。

圖8 50 % DoD 循環(huán) (270 次)

4 結(jié)束語

起停用鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程，不僅是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展革新，更是汽車起動用鉛酸蓄電池產(chǎn)品性能和技術(shù)革新發(fā)展的記錄和見證。當(dāng)前，中國已成為汽車生產(chǎn)大國和鉛酸蓄電池生產(chǎn)大國，國內(nèi)鉛酸蓄電池行業(yè)通過研究、引進(jìn)國外起停電池標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化工作的應(yīng)用，正在不斷提升國內(nèi)汽車起動用鉛酸蓄電池產(chǎn)品的產(chǎn)品工藝和技術(shù)性能，縮小與國外產(chǎn)品的差距，從鉛酸蓄電池制造大國向制造強國邁進(jìn)。相信不遠(yuǎn)的將來，我們將用自己的標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)世界汽車起動用鉛酸蓄電池的發(fā)展。

[1] 山中健司. 日本汽車起停功能用增強型排氣式鉛酸蓄電池市場，技術(shù)開發(fā)動向及新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（SBA S0101—2014）的介紹[P]. 2014年中國國際鉛酸蓄電池高峰論壇.

[2] Lead-acid starter batteries: Part 6 Batteries for micro-cycle applications: EN 50342-6-2015[S].

[3] VRLA SLI-batteries (AGM) requirements, tests: VDA Lastenheft AGM: 2011-12[S].

[4] Enhanched flooded batteries (EFB) for microhybrid applications requirements, tests: VDA Lastenheft EFB: 2012-07[S].

[5] Lead-acid batteries for vehicles with idling-stop systems: SBA S0101: 2014 [S].

[6] 起停用鉛酸蓄電池 技術(shù)條件: JB/T 12666—2016[S].

Analysis of the domestic and international standards of start-stop lead-acid batteries

CHEN Yao
(Wuxi Center of Supervision & Inspection on Product Quality, Wuxi Jiangsu 214101, China)

The start-stop lead-acid batteries are being gradually applied to domestic and international passenger cars because of their advantages of good cranking performance, longer service life, energysaving and emission-reduction. The currently domestic and international standards of start-stop lead-acid batteries are reviewed, and the main test items and their differences in these standards are summarized in this paper.

start-stop; lead-acid battery; micro-hybrid cycle; dynamic charge acceptance; braking energy recovery; energy-saving and emission-reduction

TM 912.9

B

1006-0847(2016)03-141-05

2016-05-13