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国内电动平衡车用锂离子电池质量与标准化工作现状①

更新时间:2016-07-05

近年来,电动平衡车作为一种新型的时尚智能交通、休闲工具,受到广大消费者,特别是年轻人的喜爱。电动平衡车是一种基于倒立摆模型和静不稳定原理,配备有可充电的驱动系统,以自主或人工操控模式保持动态平衡的轮式载人移动平台(图1)。驱动系统是关系电动平衡车性能的关键部件,而锂离子电池因其比能量高、使用寿命长、轻便、环保等特点,已被广泛应用于电动平衡车。

图1 电动平衡车 Fig.1 electric self-balancing vehicles

1 国内电动平衡车用锂离子电池质量现状

电动平衡车由美国发明家狄恩·卡门(Dean Kamen)与他的DEKA研发公司团队发明设计。2001年,Segway公司首先实现了电动平衡车的商业化量产。2013年,国内企业开始涉足电动平衡车的研发与生产,当年总产量约5万台,销售额10亿元左右;2014年该行业产值超过100亿元;2015年呈现井喷式增长,中国平衡车出货量就达到1200万台,总产值高达约500亿。目前,全球80%以上平衡车产自中国,全国有平衡车整车企业约600家、配件企业1000多家。(图2)随着技术推广,产业链的逐步建立,出现了一批为消费者认可的主流品牌,包括纳恩博(Ninebot),新世纪(I-Robot),赛格威(Segway),骑客(smart), 乐行(Inmotion),奥捷骑(Osdrich),易步(Robstep),快轮(Fastwheel),禧玛(Xima),索罗威尔(Solowheel)等。

图2 2011-2015全球电动平衡车产销量 Fig.2 2011-2015 global electric self-balance vehicle production and sales

现阶段,电动平衡车用锂离子电池主要由圆柱形单体电池组成。电池组标称电压主要有24V、36V、48V三种,容量一般不超过10Ah。

2015年以来,由电动平衡车引发的安全事故频发,由此针对电动平衡车的限制措施不断,国外如亚马逊下架,3次美国“337调查”等。国内,兰州、开封、香港等地也陆续发生电动平衡车引发的安全事故(见表1)。从案例中可以看出,电动平衡车起火、爆炸的事故很大部分发生在充电过程中,其原因极有可能是电池组自身或保护装置质量较差,在充电过程中出现异常,引起电池热失控,最终造成人身健康危害和财产安全损失。

表1 国内电动平衡车引发的安全事故部分事例 Tab.1 Cases of safety accidents caused by electric self-balance vehicle

时间事故过程可能的隐患点2015年8月兰州庆阳市民章先生购买的电动平衡车在家中充电时发生了爆炸。引起火灾,幸好无人员伤亡,但是房屋受损严重。电池,充电器2015年11月香港欧小姐在深圳罗湖购买的扭扭车。在家充电时扭扭车发生爆炸,楼道部分地方也被烧毁及熏黑,近200名住户疏散,所幸事件中无人受伤。电池,充电器2016年3月开封市王女士购买的平衡车在办公室充电时发生爆炸,50多平方米的房间内,紧挨房门的西墙被严重烧毁,墙根儿堆放着被烧毁的平衡车。房屋内物品均烧毁,损失惨重电池,充电器

2016年,国家轻型电动车及电池产品质量监督检验中心在江苏省内开展了电动平衡车产品风险监测,该次风险监测抽取电动平衡车29批次,其中生产企业抽样14批次、实体店买样4批次和电商平台买样11批次[1]。监测项目主要涉及整车性能、电池安全、充电器安全三个方面,其中,电池部分参照GB 31241-2014 《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》,选择高温外部短路(6.2条款)、过充电(6.3条款)、过压充电(9.2条款)、重物冲击(7.7条款)4个项目进行监测。监测结果显示:发现3批次电池“虚标”、伪劣,电池组仅连接一半数量的电芯(图3、图4),实际容量达不到标称值;2批次电池在试验后起火爆炸(图5)。

图3 虚标电池 Fig.3 Virtual standard battery

图4 伪劣电池 Fig.4 Shoddy battery

图5 起火电池 Fig.5 Fired battery

参考文献

2 国内电动平衡车用锂离子电池标准化现状

与电动平衡车产量不断增长的趋势相比,国内电动平衡车用锂离子电池产品领域的标准化工作相对滞后。在电动平衡车高速发展的2014至2016年,其电池相关标准尚处于空白,直至2017年底,经过行业技术专家的共同努力,陆续出台了电动平衡车国家标准2项、地方标准1项、技术规范1项,电动平衡车用锂离子电池行业标准1项。

我国中药饮片行业发展现状及存在的问题研究…………………………………………………… 张 雪等(13):1734

表2 国内电动平衡车用锂离子电池相关的主要标准规范 Tab.2 Major standards and specifications related to lithium ion batteries for electric balance vehicles

名称标准号(计划号)标准名称技术归口原材料国标,已报批锂离子电池用聚烯烃隔膜全国碱性蓄电池标准化技术委员会GB/T24533-2009锂离子电池石墨类负极材料全国钢标准化技术委员会HG/T4066-2015六氟磷酸锂全国化学标准化技术委员会无机化工分会HG/T4067-2015六氟磷酸锂电解液全国化学标准化技术委员会无机化工分会GB/T23367.1-2009钴酸锂化学分析方法第1部分:钴量的测定ED-TA滴定法全国有色金属标准化技术委员会GB/T23367.2-2009钴酸锂化学分析方法第2部分:锂、镍、锰、镁、铝、铁、钠、钙和铜量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法全国有色金属标准化技术委员会YS/T677-2016锰酸锂全国有色金属标准化技术委员会GB/T26031-2010镍酸锂全国有色金属标准化技术委员会GB/T20252-2014钴酸锂全国有色金属标准化技术委员会原材料YS/T1027-2015磷酸铁锂全国有色金属标准化技术委员会YS/T798-2012镍钴锰酸锂全国有色金属标准化技术委员会YS/T1125-2016镍钴铝酸锂全国有色金属标准化技术委员会GB/T23365-2009钴酸锂电化学性能测试首次放电比容量及首次充放电效率测试方法全国有色金属工业标准化技术委员会GB/T23366-2009钴酸锂电化学性能测试放电平台容量比率及循环寿命测试方法全国有色金属工业标准化技术委员会电池GB/T28163-2011含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式密封蓄电池和蓄电池组的机械试验全国碱性蓄电池标准化技术委员会GB/T28164-2011含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全要求全国碱性蓄电池标准化技术委员会GB/T30426-2013含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组便携式锂蓄电池和蓄电池组全国碱性蓄电池标准化技术委员会QB/T2502-2000锂离子电池总规范轻工业化学电源研究所GB/T34667-2017电动平衡车通用技术条件全国自动化系统与集成标准化技术委员会GB/T34668-2017电动平衡车安全要求及测试方法全国自动化系统与集成标准化技术委员会SJ/T11685-2017平衡车用锂离子电池和电池组规范中国电子技术标准化研究院DB44/T1884-2016电动两轮平衡车通用技术条件广东省动力电池标准化技术委员会CQC1125-2016电动平衡车安全认证技术规范中国质量认证中心其他MH/T1020-2013锂电池航空运输规范中国民用航空总局航空安全技术中心GB21966-2008锂原电池和蓄电池在运输中的安全要求全国原电池标准化技术委员会GB19521.11-2005锂电池组危险货物危险特性检验安全规范全国危险化学品管理标准化技术委员会

表2中我们可以看到,由于电动平衡车用锂离子电池整个产业链涉及领域不同,在标准制定工作中,每一个领域都由各自相应的标准化单位来完成。近两年来,全国自动化系统与集成标准化技术委员会、中国电子技术标准化研究院、广东省动力电池标准化技术委员会、中国质量认证中心等单位开展了电动平衡车用锂离子电池相关标准的制修订工作。新立项、制定并发布涉及电动平衡车锂离子电池的国家标准、行业标准、地方标准、技术规范共5项。

现阶段,国内电动平衡车用锂离子电池相关的原材料、电池及其他方面的主要标准、规范见表2。

GB/T 34667-2017[2]由国家标准化管理委员会于2016年10月下达国家标准的制定计划,由全国自动化系统与集成标准化技术委员会归口。该标准于2017年10月14日正式公布,并将于2018年1月1日正式实施。标准中规定,平衡车用锂离子电池和电池组的性能应符合SJ/T 11685-2017的要求。

集装箱在运输过程中的安全事故主要分为两种,非人为事故和人为事故。非人为事故主要包括一些非人为造成的安全事故,如集装箱内的温度过高导致运输的冷藏保鲜类货物变质、箱内易燃物品的意外起火、集装箱漏水造成的货物浸水等,此类事故可以通过在集装箱内安装传感器来实时监测内部环境,如有异常则报警,预防安全事故的发生。人为事故指的是人为造成的安全威胁,主要表现为人为破解集装箱锁具、暴力拆解集装箱盗窃货物、劫持集装箱等,此类事故不仅需要实时检测报警,还需要通过技术手段记录现场情况,为后续的案件侦破提供证据支持。

SJ/T 11685-2017[4]是由工业和信息化部于2016年7月下达的电子行业标准的制定计划。该标准由工信部锂离子电池安全标准特别工作组负责制定,工作组秘书处为中国电子技术标准化研究院,在工作组下设立了以平衡车企业、平衡车电池企业、检测认证机构和科研院所组成的平衡车用锂离子电池标准项目组,专门负责该标准的制定工作。该标准是当前电动平衡车用锂离子电池唯一的行业标准,技术要求主要分为电性能和安全性能两方面。电性能主要包括了容量、倍率放电、荷电保持、循环寿命(工况)、输出功率、振动等项目;安全性能方面未列出具体检验项目,仅规定应满足相关安全标准的要求。现阶段,工作组正开展国标《平衡车用锂离子电池和电池组安全要求》标准的制修订工作,该标准将会是SJ/T 11685-2017标准中安全性能的依据来源。

GB/T 34668-2017[3]也是由国家标准化管理委员会于2016年10月下达国家标准的制定计划,由全国自动化系统与集成标准化技术委员会归口。该标准于2017年10月14日正式公布,并将于2018年1月1日正式实施。该标准主要包括一般安全要求、电气安全、机械安全、环境可靠性四个方面,涉及电池的试验项目主要有:欠压报警限速、短路、环境可靠性(振动、冲击、跌落、局部浸水、温度冲击)。同时,该标准还规定:电动平衡车的电池和电池组应符合电动平衡车的安全要求,且应能保证电动平衡车可在其预期使用条件下正常运行。电动平衡车用电池和电池组的安全应符合相关国家标准或行业标准,产品安全标准优先于其他通用标准。

1992年,“螳丰化肥”顺利通过了国家相关部门的考核和评估,获得了由国家颁发的生产许可证。1991年,原料厂的产值已过500万元,杨宗祥还骑着当年开办养鸡场时靠卖鸡蛋奖励得来的自行车,经常半夜一两点还在外面忙碌。

但是,创新是艰难的,需要打破传统力量形成的惰性,树立不怕失败坚持创新的信念,并且要重视智力投入以扶持创新,让传统工艺保有旺盛的生命力。创新是一项系统工程,并不局限于技术和艺术两个方面,还与经济、文化密切相关,例如市场、品牌、手艺制品的高端化和大众化,以及经营机制、企业文化等,都属于创新的范畴。多元文化是大势所趋,发展是必然的,文化艺术也会随着社会的变化而变化,甚至有可能领先于社会变化。全球化和社会转型是当今世界的嬗变特征,传统工艺的振兴也要着眼于这个大背景,有针对性地发力,只有这样才能把握住正确的方向,实现可持续发展的目标。

CQC1125-2016[6]是由中国质量认证中心牵头,组织平衡车行业内的研发、制造、检测、认证专家以及电商代表(京东等大型电商平台),制定的我国第一部面向全国电动平衡车行业的安全认证规范。该规范不仅适用于电动平衡车,而且适用于电动滑板车,基本覆盖了所有配备有独立充电装置、利用电池作为驱动电源进行工作的类似用途产品。在测试项目上从电气、机械、环境、使用性能等各方面做了规定,包括电池及BMS的充放电特性及保护项目:过充电、短路、过放、不平衡充电等,以及在不同环境下的可靠性项目:振动、冲击、挤压、跌落和防水等。基于该认证规范,中国质量认证中心于2016年11月推出了电动平衡车安全认证(认证规则编号:CQC11-469391-2016),为电动平衡车生产商提供全流程的安全认证服务,该认证规则要求电动平衡车用锂离子电池单体和电池组需分别满足GB 31241-2014和QB/T 2947.3-2008《电动自行车用蓄电池及充电器第3部分锂离子蓄电池及充电器》标准的要求。目前,已有纳恩博、骑客等多家平衡车企业获得该产品的认证证书。

2.家里只有一台电视机,可是晚上爸爸想看足球比赛,妈妈想看电视连续剧,女儿想看动画片。请你根据人物的身份和兴趣特点,设想一下他们之间会怎么说。

3 结语

随着社会对电动平衡车安全问题日益全面的认识及国家质量技术监管部门相关标准化工作的不断深入推进,电动平衡车用锂离子电池后续的相关标准、规范将会不断出台。相信在行业企业的自律创新下,在产品标准规范督促下,电动平衡车用锂离子电池的产品质量将会不断提升,进而推动电动平衡车整个产业的持续发展。

⑱Grant,A.M.,“Relational job design and the motivation to make a prosocial difference”,Academy of Management Review,2007,32(2),pp.393 ~417.

DB44/T1884-2016[5]为广东省地方标准,由广东省动力电池标准化技术委员会归口,经广东省质量技术监督局批准发布。该标准于2016年9月12日正式公布,并于2017年1月1日正式实施。该标准由广东产品质量监督检验研究院提出,标准融合了国外安全标准(UL2272)和国内平衡车使用性能等方面内容,包括整车性能、电安全、电气安全、机械安全、环境适应性五个方面,涉及电池的试验项目主要有:电安全(过充电保护、过放电保护、短路保护)、机械安全(振动、冲击、跌落)、环境适应性(盐水浸泡、热循环)。

政府质量监督部门的监测结果,从另一个侧面印证了电动平衡车所使用的锂离子电池是关系电动平衡车质量安全的一个重要部件。当前,电动平衡车用锂离子电池存在两个主要问题:电池容量“虚标”,在遇到加速、爬坡或越障等情况下,电池倍率放电性能不足,造成供电不足,突然断电,而易导致骑行者跌落摔伤;电池自身质量、技术水平低劣,未安装保护电路或保护电路可靠性低,电池缺少异常保护,极易引发起火、爆炸等危险。

[1] 2016年电动平衡车产品质量风险监测分析报告.无锡市质量技术监督局.

[2] GB/T 34667-2017.电动平衡车通用技术条件.

[3] GB/T 34668-2017.电动平衡车安全要求及测试方法.

[4] SJ/T 11685-2017.平衡车用锂离子电池和电池组规范.

[5] DB 44/T1884-2016.电动两轮平衡车通用技术条件.

[6] CQC 1125-2016.电动平衡车安全认证技术规范.

陈耀,叶险
《电池工业》 2018年第01期
《电池工业》2018年第01期文献

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