ISO 12405-1:2011
(Main)Electrically propelled road vehicles — Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems — Part 1: High-power applications
Electrically propelled road vehicles — Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems — Part 1: High-power applications
ISO 12405-1:2011 specifies test procedures for lithium-ion battery packs and systems for use in electrically propelled road vehicles. The specified test procedures enable the determination of the essential characteristics of performance, reliability and abuse of lithium-ion battery packs and systems. They assist the user of ISO 12405-1:2011 to compare the test results achieved for different battery packs or systems. Therefore, ISO 12405-1:2011 specifies standard test procedures for basic characteristics of performance, reliability and abuse of lithium-ion battery packs and systems. It enables the setting up of a dedicated test plan for an individual battery pack or system subject to agreement between the customer and supplier. If required, the relevant test procedures and/or test conditions of lithium-ion battery packs and systems can be selected from the standard tests provided in ISO 12405-1:2011 to configure a dedicated test plan. ISO 12405-1:2011 specifies tests for high-power battery packs and systems.
Véhicules routiers à propulsion électrique — Spécifications d'essai pour packs et systèmes de batterie de traction aux ions lithium — Partie 1: Applications à haute puissance
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ISO
СТАНДАРТ 12405-1
Первое издание
2011-08-15
Транспортные средства дорожные с
электроприводом. Техническое
описание испытаний тяговых литий-
ионных батарей и систем.
Часть 1.
Высокомощные применения
Electrically propelled road vehicles – Test specification for lithium-ion
traction battery packs and systems –
Part 1: High-power applications
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO
Ссылочный номер
ISO 12405-1:2011(R)
©
ISO 2011
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
Отказ от ответственности при работе в PDF
Настоящий файл PDF может содержать интегрированные шрифты. В соответствии с условиями лицензирования, принятыми
фирмой Adobe, этот файл можно распечатать или смотреть на экране, но его нельзя изменить, пока не будет получена ли-
цензия на установку интегрированных шрифтов в компьютере, на котором ведется редактирование. В случае загрузки на-
стоящего файла заинтересованные стороны принимают на себя ответственность за соблюдение лицензионных условий
фирмы Adobe. Центральный секретариат ISO не несет никакой ответственности в этом отношении.
Adobe - торговый знак Adobe Systems Incorporated.
Подробности, относящиеся к программным продуктам, использованным для создания настоящего файла PDF, можно найти в
рубрике General Info файла; параметры создания PDF оптимизированы для печати. Были приняты во внимание все меры
предосторожности с тем, чтобы обеспечить пригодность настоящего файла для использования комитетами – членами ISO. В
редких случаях возникновения проблемы, связанной со сказанным выше, просим информировать Центральный секретариат
по адресу, приведенному ниже.
ДОКУМЕНТ ЗАЩИЩЕН АВТОРСКИМ ПРАВОМ
© ISO 2011
Все права сохраняются. Если не указано иное, никакую часть настоящей публикации нельзя копировать или использовать в ка-
кой-либо форме или каким-либо электронным или механическим способом, включая фотокопии и микрофильмы, без предвари-
тельного письменного согласия ISO по адресу, указанному ниже, или членов ISO в стране запрашивающей стороны.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Опубликовано в Швейцарии
ii © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
Содержание Страница
Предисловие. iv
Введение . v
1 Область применения . 1
2 Нормативные ссылки . 1
3 Термины и определения . 2
4 Символы и сокращенные термины . 5
4.1 Символы . 5
4.2 Сокращенные термины . 5
5 Общие требования . 6
5.1 Общие условия . 6
5.2 Планирование последовательности испытаний . 7
5.3 Испытания . 7
5.5 Батарейная система. Типовая конфигурация . 8
5.6 Подготовка батарейного блока или батарейной системы для стендовых испытаний . 11
6 Общие испытания . 11
6.1 Циклы предварительного кондиционирования . 11
6.2 Стандартный цикл . 12
7 Испытания по определению выходных параметров . 13
7.1 Энергия и емкость при комнатной температуре . 13
7.2 Энергия и емкость при различных температурах и интенсивностях разряда . 15
7.3 Мощность и внутреннее сопротивление . 18
7.4 Потеря степени заряженности без нагрузки . 23
7.5 Потеря степени заряженности при хранении . 25
7.6 Мощность прокручивания при низких температурах . 27
7.7 Мощность прокручивания при высоких температурах . 29
7.8 Энергетическая эффективность . 30
7.9 Долговечность по циклам . 33
8 Испытания на надежность . 40
8.1 Конденсация влаги. Изменения температуры . 40
8.2 Термоударное циклирование . 42
8.3 Вибрация . 42
8.4 Механический удар . 47
9 Испытания на поведение при неправильной эксплуатации . 49
9.1 Информация . 49
9.2 Защита от короткого замыкания. 49
9.3 Защита от перезарядки . 50
9.4 Защита от чрезмерного разряда . 51
Приложение А (информативное) Обзор типовых схем батарейных блоков, батарейных
систем и программ их испытаний . 53
Приложение В (информативное) Пример технического описания батарейных блоков и
систем литий-ионных аккумуляторов в протоколе испытаний . 57
Приложение С (информативное) Пример условий проведения испытаний . 61
Библиография . 62
© ISO 2011 – Все права сохраняются iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
Предисловие
Международная организация по стандартизации (ISO) это всемирно известное объединение
национальных органов по стандартизации (организациям-члены ISO). Работа по подготовке
Международных Стандартов обычно проводится через технические комитеты ISO. Каждая организация
– член ISO, заинтересованный в теме для работы по которой был создан технический комитет имеет
право быть представленным в этом комитете. Международные организации как правительственные,
так и неправительственные, в связи с ISO также принимают участие в работе. ISO тесно сотрудничает
с Международной Электротехнической Комиссией (IEC) по вопросам стандартизации электротехники.
Международные стандарты подготавливаются в соответствии с правилами, изложенными в
Директивах ISO/IEC, Часть 2.
Главной задачей технических комитетов является подготовка международных стандартов. Проекты
международных стандартов, принятые техническими комитетами рассылаются организациям-членам
для голосования. Для публикации в качестве международного стандарта требуется не менее 75 %
голосов организаций-членов.
Следует обратить внимание на возможность того, что некоторые элементы настоящего документа
могут быть объектом патентного права. ISO не несет ответственности за идентификацию какого либо
одного или всех случаев применения таких патентных прав.
ISO 12405-1 был подготовлен Техническим комитетом ISO/ТC 22, Дорожный транспорт, Подкомитетом
SC 21, Дорожные транспортные средства с электроприводом.
ISO 12405 состоит из двух нижеперечисленных частей под общим заголовком Дорожные
транспортные средства с электроприводом. Техническое описание тяговых литий-ионных
батарей и систем:
Часть 1. Высокомощные применения
Часть 2. Высокоэнергоемкие применения
iv © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
Введение
Системы литий-ионных батарей являются одним из наиболее эффективных альтернативных
вариантов накопителей энергии для дорожных транспортных средств с электроприводом. Требования
к системам литий-ионных батарей как к тяговым источникам энергии для электромобилей существенно
отличаются от требований к батареям для бытовой электроники и батарей для стационарного
применения.
Данная часть ISO 12405 предписывает специфические процедуры испытаний батарейных блоков и
батарейных систем литий-ионных аккумуляторов, специально предназначенных для приведения в
движение дорожных транспортных средств. Данная часть ISO 12405 устанавливает номенклатуру
испытаний и связанных с ними требований с целью обеспечения соответствия батарейных блоков и
батарейных систем литий-ионных аккумуляторов специфическим требованиям автомобильной
промышленности. Стандарт дает возможность производителям транспортных средств подобрать
процедуры испытаний для оценки характеристик батарейных блоков и систем литий-ионных
аккумуляторов для своих конкретных случаев их применения.
Согласование комбинаций испытаний для отдельных аккумуляторов, батарейных блоков и систем
литий-ионных аккумуляторов необходимо для практического применения стандартов.
Технические требования для литий-ионных аккумуляторов установлены в IEC 62660-1 и IEC 62660-2.
Отдельные испытания, устанавливаемые настоящим стандартом, основаны на действующих
методиках организаций, таких как USABC, EUCAR, FreedomCAR и других источников.
© ISO 2011 – Все права сохраняются v
---------------------- Page: 5 ----------------------
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 12405-1:2011(R)
Дорожные транспортные средства с электроприводом.
Техническое описание испытаний тяговых литий-ионных
батарей и систем.
Часть 1.
Высокомощные применения
1 Область применения
Данная часть ISO 12405 устанавливает процедуры испытаний на батарейные блоки и системы литий-
ионных аккумуляторов, предназначенные для приведения в движение дорожных транспортных средств
с электрическим приводом.
Установленные процедуры испытаний позволяют определять существенные эксплуатационные
характеристики батарейных блоков и систем литий-ионных аккумуляторов, включая их выходные
параметры, характеристики надежности, а также их поведение в случаях неправильной эксплуатации.
Они позволяют пользователям данной части ISO 12405 обеспечить сравнимость результатов
испытаний различных батарейных блоков и систем.
Таким образом, данная часть ISO 12405 устанавливает нормализованные процедуры испытаний по
отдельным свойствам батарейных блоков и систем литий-ионных аккумуляторов, включая их
выходные параметры, характеристики надежности, а также их поведение в случаях неправильной
эксплуатации.
Данная часть ISO 12405 дает возможность создания специальных программ испытаний для
отдельной батареи или системы по согласованию между заказчиком и поставщиком. При
необходимости соответствующие процедуры испытаний батарейных блоков и систем литий-ионных
аккумуляторов и/или условия их проведения могут быть выбраны из нормализованных процедур испытаний,
предусмотренных данной частью ISO 12405, в процессе составления оптимизированных программ их
испытаний.
Данная часть ISO 12405 описывает испытания для батарейных блоки и систем высокомощного
применения.
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Типичная область применения батарейных блоков и батарейных систем литий-ионных
аккумуляторов высокомощного применения – это гибридные электрические транспортные средства (HEV – Hybrid
Electric Vehicles) и транспортные средства на топливных элементах (FCVs - Fuel Cell Vehicles).
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Испытания отдельных литий-ионных аккумуляторов (ячеек их блоков) устанавливаются
стандартами IEC 62660-1 и IEC 62660-2.
2 Нормативные ссылки
Упомянутые ниже ссылочные документы являются обязательными для применения настоящего
стандарта. Для датированных ссылок используется только указанное в тексте издание документа. Для
недатированных ссылок используются самые последние версии ссылочных документов (включая
любые изменения и поправки).
ISO 6469-1 Электромобили. Требования безопасности. Часть 1. Аккумулирование электроэнергии на
борту автомобиля(RESS)
ISO 6469-3 Электромобили. Требования безопасности. Часть 3. Защита людей от поражения
электрическим током
© ISO 2011 – Все права сохраняются 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
ISO 16750-1 Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и
электронного оборудования. Часть 1. Общие требования
ISO 16750-3 Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и
электронного оборудования. Часть 1. Механические нагрузки
IEC 60068-2-30 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-30 Испытания. Испытание
Db: Влажное тепло, циклическое (12 ч + 12-часовой цикл)
IEC 60068-2-47 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-47: Испытания.
Размещение компонентов, оборудования и других изделий при испытаниях на воздействие
вибрации, ударов и подобных динамических испытаниях
IEC 60068-2-64 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-64. Испытания. Испытание
Fh. Широкополосная случайная вибрация (цифровое управление) и руководство
3 Термины и определения
В настоящем стандарте используются следующие термины с соответствующими определениями.
3.1
блок управления батареей (BCU)
электронное устройство, которое предназначено для контроля, управления, а также определения или
расчета электрических и термических параметров батарейной системы, и обеспечивает обмен
информацией между батарейной системой и другими управляющими системами автомобиля
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Более подробные объяснения термина приведены в 5.5.1.
3.2
батарейный блок
устройство накопления энергии, включающее отдельные аккумуляторы или аккумуляторные сборки,
обычно соединенные с электронной системой аккумуляторов, с напряжением цепи класса В, имеющее
устройство защиты от сверхтоков и включающее электрические межсистемные соединения и
интерфейсы для внешних систем
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Более подробные объяснения термина приведены в 5.4 и А.2.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Примерами внешних систем являются система охлаждения, система проводки по классу
напряжения B, дополнительная система проводки по классу напряжения А, информационная система.
3.3
батарейная система
устройство накопления энергии, включающее отдельные аккумуляторы или аккумуляторные сборки,
или батарейные блоки, а также электрические цепи и электронные системы
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Более подробные объяснения термина приведены в 5.5.2, 5.5.3, А.3.2. Компоненты батарейной
системы могут также входить в состав разных систем автомобиля.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Примерами электронной системы могут быть BCU и контакторы.
3.4
емкость (С)
электрический заряд, который батарейный блок или система могут отдать в установленных условиях
ПРИМЕЧАНИЕ Величина емкости часто выражается в ампер-часах (A·ч), где 1 A⋅ч = 3 600 C.
2 © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
3.5
электронная система аккумуляторов
электронное устройство, предназначенное для мониторинга термических и электрических параметров
работы аккумуляторов или аккумуляторных сборок, содержащее, при необходимости, электронную
систему балансировки аккумуляторов
ПРИМЕЧАНИЕ Электронная система аккумуляторов может включать их контроллер. Функционально
балансировка аккумуляторов может осуществляться электронной системой аккумуляторов или BCU.
3.6
заказчик
сторона, заинтересованная в использовании батарейного блока или батарейной системы и, исходя из
этого, заказывающая или осуществляющая испытания
ПРИМЕР Изготовитель автомобиля.
3.7
плотность энергии
отношение количества запасенной энергии к объему батарейного блока или батарейной системы
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Для батарейного блока или батарейной системы, имеющих систему охлаждения, объем
ограничивается местом разъемного соединения охлаждающих магистралей при жидкостной системе или
патрубков воздушной системы.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Плотность энергии выражается в ватт-часах на л (Вт·ч/л).
3.8
энергетическая эффективность при разряде-заряде
отношение энергии постоянного тока, фактически отдаваемой батарейным блоком или системой в
процессе испытания на разряд, к общей энергии постоянного тока, требующейся для восстановления
первоначального состояния степени заряженности батарейного блока или системы (SOC) при их
стандартном заряде
ПРИМЕЧАНИЕ Величина фактически отдаваемой энергии постоянного тока выражается в ватт-часах (Вт·ч)
разряда, а общей энергии постоянного тока выражается в ватт-часах (Вт·ч) заряда.
3.9
высокоэнергоемкое применение
характеристика устройства или особенности его применения, для которых типовое численное
соотношение между максимально допустимым значением выходной электрической мощности и
значением выходной электрической энергии, получаемой в режиме разряда постоянным током
величиной 1С при комнатной температуре, не превышает 10
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Характерным примером блока батарей или системы батарей высокоэнергоемкого применения
являются конструкции для применения в аккумуляторных электромобилях (battery electric vehicles – BEV).
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Максимально допустимое значение выходной электрической мощности выражается в ваттах
(Вт), а выходной электрической энергии – в ватт-часах (Вт·ч).
3.10
высокомощные применения
характеристика устройства или особенности его применения, для которых типовое численное
соотношение между максимально допустимым значением выходной электрической мощности и
значением выходной электрической энергии, получаемой в режиме разряда постоянным током
величиной 1С при комнатной температуре, равно или более 10
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Характерным примером блока батарей или системы батарей высокомощного применения
являются конструкции для применения на гибридных автомобилях (hybrid electric vehicles – HEV) и автомобилях,
использующих топливные элементы (fuel cell vehicles – FCV).
© ISO 2011 – Все права сохраняются 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Максимально допустимое значение выходной электрической мощности выражается в ваттах
(Вт), а выходной электрической энергии – в ватт-часах (Вт·ч).
3.11
максимальное рабочее напряжение
Наибольшее значение напряжения переменного тока (среднеквадратичное значение) или постоянного
тока, которое может возникать в электрической системе при нормальных режимах функционирования,
установленных производителем, без учета переходных процессов
3.12
номинальная емкость
установленное производителем общее количество ампер-часов, которое может отдать полностью
заряженный блок или система при заданных условиях испытаний, таких как режим разряда,
температура и конечное разрядное напряжение
3.13
комнатная температура
T
room
температура, равная (25 ± 2) °C
3.14
знак тока батареи
знак тока разряда батареи устанавливается как положительный, знак тока заряда батареи
устанавливается как отрицательный
3.15
удельная энергия
отношение количества запасенной энергии к массе батарейного блока или системы
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Для батарейного блока или системы, включающих систему охлаждения учитывается та часть
массы системы, которая ограничивается точкой разъемного соединения трубопроводов или воздуховодов
охлаждения. Для жидкостной системы охлаждения в учитываемое значение массы входит масса охлаждающей
жидкости внутри батарейного блока или системы.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Удельная энергия выражается в ватт-часах на килограмм (Вт·ч/кг).
3.16
степень заряженности
SOC
доступная часть запасаемой энергии блока или системы батарей
ПРИМЕЧАНИЕ Степень заряженности выражается в процентах от номинальной емкости.
3.17
поставщик
сторона, которая поставляет батарейный блок или систему
ПРИМЕР Производитель батарей.
3.18
напряжение класса А
классификация электрических компонентов или цепей, рассчитанных на максимальное рабочее
напряжение u 30 В перем.тока или u 60 В пост. тока
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Более подробное объяснение в ISO 6469-3.
3.19
напряжение класса В
классификация электрических компонентов или цепей, рассчитанных на максимальное рабочее
напряжение (> 30 и u 1000) В переменного тока или (> 60 и u 1500) В постоянного тока
4 © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
ПРИМЕЧАНИЕ Более подробное объяснение в ISO 6469-3.
4 Символы и сокращенные термины
4.1 Символы
Символ Описание Единица
измерения
C Снижение емкости percentage
fade
C 1C (номинальная) емкость при токовом испытании
A⋅h
rttx
C Номинальная емкость 1С в начале эксплуатации (BOL)
A⋅h
rtt0
I Зарядный ток (ток заряда) A
charge
I Разрядный ток (ток разряда) A
discharge
I Максимальный разрядный ток (ток разряда) для энергетических и A
d,max
емкостных испытаний, установленный производителем
I Максимальный импульсный разрядный ток (ток разряда) для испытаний A
dp,max
по определению мощности, внутреннего сопротивления и энергетической
эффективности, установленный производителем
T Максимальная рабочая температура °C
max
T Минимальная рабочая температура °C
min
T Комнатная температура °C
room
t Время s
Коэффициент полезного действия (к.п.д.) %
η
4.2 Сокращенные термины
BOL Beginning of life (Начало жизненного цикла)
DUT Device under test (Устройство, подвергаемое испытаниям)
EODV End of discharge voltage (Конечное разрядное напряжение)
EUCAR European Council for Automotive Research and Development (Европейский Совет по
исследованиям и развитию в автомобилестроении)
IEC International Electrotechnical Commission (Международная электротехническая комиссия)
ISO International Organization for Standardization (Международная организация по
стандартизации)
OCV Open circuit voltage (Напряжение разомкнутой цепи)
PNGV Partnership for a New Generation of Vehicles (Партнерство «За новое поколение
транспортных средств»)
PSD Power spectral density (Спектральная плотность мощности (СПМ))
RESS Rechargeable energy storage system (Перезаряжаемая система накопления энергии)
r.m.s root-mean-square (Среднеквадратичное значение)
SC Standard cycle (Стандартный цикл)
SCH Standard charge (Стандартный заряд)
SDCH Standard discharge (Стандартный разряд)
SOC State of charge (Степень заряженности)
USABC United States Advanced Battery Consortium (Американский Консорциум Развития
Батарей)
© ISO 2011 – Все права сохраняются 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
5 Общие требования
5.1 Общие условия
5.1.1 Предварительные условия
Батарейный блок или батарейная система, испытанные в соответствии с настоящим стандартом
должны отвечать следующим требованиям:
– электробезопасность конструкции должна быть подтверждена на соответствие требованиям ISO 6469-1 и
ISO 6469-3;
– необходимая эксплуатационная документация и требуемые для испытания компоненты соединения
с испытательным оборудованием (т.е. вилки, розетки, а также соединители для системы
охлаждения) должны поставляться вместе с DUT.
Батарейная система должна обеспечивать возможность проведения всех предписанных испытаний, т.е.
прохождение всех режимов испытаний при использовании алгоритма работы BCU, а также иметь
возможность обмена информацией с испытательным стендом посредством общей информационной
шины.
Подсистема батарейного блока, в качестве DUT, должна включать в себя все компоненты,
предписанные поставщиком (например, включать механические и электрические соединительные
компоненты для механических испытаний).
При отсутствии иных предписаний, перед каждым испытанием DUT должен быть приведен к
температуре испытаний (предварительное кондиционирование). Термическое кондиционирование
может быть достигнуто, если в течение промежутка времени длительностью 1 ч при отсутствии
активного охлаждения разница между температурой испытаний и температурой в любой точке каждой
из составляющих батарей не превышает ± 2 К.
При отсутствии иных предписаний, каждая зарядка и каждое из текущих состояний SOC должны
сопровождаться периодом выдержки продолжительностью 30 мин.
5.1.2 Точность испытательного оборудования и измеряемых величин
Точность внешнего испытательного оборудования не должна выходить за границы указанных ниже
предельных отклонений:
a) напряжение ± 0,5 %;
b) ток ± 0,5 %;
c) температура ± 1 K.
Общая точность измерений контролируемых извне и измеряемых величин по отношению к установленным
или реальным значениям не должна выходить за границы указанных ниже предельных отклонений:
напряжение ± 1 %;
ток ± 1 %;
температура ± 2 K;
время ± 0,1 %;
масса ± 0,1 %;
размеры ± 0,1 %.
6 © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
Все величины (время, температура, ток и напряжение) должны фиксироваться каждые 5 % от
предполагаемого промежутка времени зарядки и разрядки, за исключением особых случаев испытаний,
когда эта частота указывается специально.
5.2 Планирование последовательности испытаний
Последовательность испытаний для конкретного блока, подсистемы или системы батарей
устанавливается на основе соглашения между поставщиком и заказчиком, с учетом 5.3 настоящего
стандарта.
Пример перечня условий испытаний, которые согласовываются между поставщиком и заказчиком
приведен в Таблице С.1.
5.3 Испытания
Общий обзор испытаний представлен на Рисунке 1, где в скобках указаны ссылки на разделы
настоящего стандарта.
Общий обзор
Испытания по проверке
Испытания
Общие Испытания поведения при
по определению
процедуры испытаний на надежность неправильной
выходных параметров
(Раздел 6) (Раздел 8) эксплуатации
(Раздел 7)
(Раздел 9)
Циклы кондиционирования Энергия и емкость при Конденсация влаги (8.1) Защита от короткого
(6.1) T (7.1) замыкания (9.2)
room
Термическое
Стандартный цикл Энергия и емкость при Защита от перезаряда
(температурное)
(6.2) различных температурах (9.3)
циклирование (8.2)
и режимах разряда (7.2)
Защита от чрезмерного
Вибрация (8.3)
Стандартный разряд Мощность и внутреннее
разряда (9.4)
(6.2.2.2)
сопротивление (7.3)
Механические удары (8.4)
Стандартный заряд Потеря SOC без нагрузки
(6.2.2.3)
(7.4)
Потеря SOC при хранении
(7.5)
Мощность прокручивания*
при низких температурах
(7.6)
Мощность прокручивания*
при высоких температурах
(7.7)
Энергетическая
эффективность (7.8)
Долговечность при
циклировании (7.9)
Рисунок 1 — План испытаний. Общий обзор
© ISO 2011 – Все права сохраняются 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 12405-1:2011(R)
5.4 Батарейный блок. Типовая конфигурация
Обозначение
1 электрические цепи напряжения класса В (соединители, предохранители, провода)
2 выводы напряжения класса В
3 выводы напряжения класса А
4 блок батарей
5 электронная система аккумуляторов
6 система охлаждения и выводы системы охлаждения
7 ударопрочный (для обычных условий применения) корпус
8 аккумуляторная подсборка (аккумуляторы, датчики, элементы системы охлаждения)
9 сервисное устройство отключения
a
Вход.
b
Выход.
Рисунок 1 — Типовая схема батарейного блока
Батарейный блок представляет собой устройство накопления энергии, которое включает отдельные
аккумуляторы или аккумуляторные подсборки, со своей электронной системой, проводящий контур,
относящийся к классу напряжения В с устройством защиты по току; батарейный блок также включает
электросоединители и интерфейс для подключения системы охлаждения. В батарейный блок также
входит дополнительный проводящий контур напряжения класса А и внешнее соединение с этим
контуром. Проводящий контур для напряжения класса В батарейного блока может включ
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12405-1
First edition
2011-08-15
Electrically propelled road vehicles —
Test specification for lithium-ion traction
battery packs and systems —
Part 1:
High-power applications
Véhicules routiers à propulsion électrique — Spécifications d'essai pour
packs et systèmes de batterie de traction aux ions lithium —
Partie 1: Applications à haute puissance
Reference number
ISO 12405-1:2011(E)
©
ISO 2011
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2011
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .2
4 Symbols and abbreviated terms .4
4.1 Symbols.4
4.2 Abbreviated terms .5
5 General requirements .5
5.1 General conditions .5
5.2 Test sequence plan .6
5.3 Tests .6
5.4 Battery pack — Typical configuration.8
5.5 Battery system — Typical configuration.8
5.6 Preparation of battery pack and system for bench testing.11
6 General tests.11
6.1 Preconditioning cycles .11
6.2 Standard cycle .12
7 Performance tests .12
7.1 Energy and capacity at room temperature .12
7.2 Energy and capacity at different temperatures and discharge rates.14
7.3 Power and internal resistance .17
7.4 No-load SOC loss .22
7.5 SOC loss at storage .24
7.6 Cranking power at low temperature .26
7.7 Cranking power at high temperature.27
7.8 Energy efficiency.29
7.9 Cycle life.31
8 Reliability tests .38
8.1 Dewing — Temperature change.38
8.2 Thermal shock cycling.40
8.3 Vibration .40
8.4 Mechanical shock.45
9 Abuse tests .46
9.1 Information.46
9.2 Short-circuit protection.46
9.3 Overcharge protection.47
9.4 Overdischarge protection.48
Annex A (informative) Battery pack and system and overview on tests .49
Annex B (informative) Examples of data sheet for battery pack and system testing.53
Annex C (informative) Example of test conditions.57
Bibliography.58
© ISO 2011 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 12405-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 22, Road vehicles, Subcommittee SC 21,
Electrically propelled road vehicles.
ISO 12405 consists of the following parts, under the general title Electrically propelled road vehicles — Test
specification for lithium-ion traction battery systems:
⎯ Part 1: High-power applications
⎯ Part 2: High-energy applications
iv © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
Introduction
Lithium-ion-based battery systems are an efficient alternative energy storage system for electrically propelled
vehicles. The requirements for lithium-ion based battery systems for use as a power source for the propulsion
of electric road vehicles are significantly different from those batteries used for consumer electronics or
stationary usage.
This part of ISO 12405 provides specific test procedures for lithium-ion battery packs and systems specially
developed for propulsion of road vehicles. This part of ISO 12405 specifies such tests and related
requirements to ensure that a battery pack or system is able to meet the specific needs of the automobile
industry. It enables vehicle manufactures to choose test procedures to evaluate the characteristics of a battery
pack or system for their specific requirements.
A coordination of test specifications for battery cells, packs and systems for automotive application is
necessary for the practical usage of standards.
For specifications for battery cells, see IEC 62660-1 and IEC 62660-2.
Some tests as prescribed within this specification are based on existing specifications, i.e. USABC, EUCAR,
FreedomCAR and other sources.
© ISO 2011 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 12405-1:2011(E)
Electrically propelled road vehicles — Test specification for
lithium-ion traction battery packs and systems —
Part 1:
High-power applications
1 Scope
This part of ISO 12405 specifies test procedures for lithium-ion battery packs and systems for use in
electrically propelled road vehicles.
The specified test procedures enable the determination of the essential characteristics of performance,
reliability and abuse of lithium-ion battery packs and systems. They assist the user of this part of ISO 12405 to
compare the test results achieved for different battery packs or systems.
Therefore, this part of ISO 12405 specifies standard test procedures for basic characteristics of performance,
reliability and abuse of lithium-ion battery packs and systems.
This part of ISO 12405 enables the setting up of a dedicated test plan for an individual battery pack or system
subject to agreement between the customer and supplier. If required, the relevant test procedures and/or test
conditions of lithium-ion battery packs and systems can be selected from the standard tests provided in this
part of ISO 12405 to configure a dedicated test plan.
This part of ISO 12405 specifies tests for high-power battery packs and systems.
NOTE 1 Typical applications for high-power battery packs and systems are hybrid electric vehicles (HEVs) and fuel cell
vehicles (FCVs).
NOTE 2 Testing on cell level is specified in IEC 62660-1 and IEC 62660-2.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 6469-1, Electrically propelled road vehicles — Safety specifications — Part 1: On-board rechargeable
energy storage system (RESS)
ISO 6469-3, Electrically propelled road vehicles — Safety specifications — Part 3: Protection of persons
against electric shock
ISO 16750-1, Road vehicles — Environmental conditions and testing for electrical and electronic
equipment — Part 1: General
ISO 16750-3, Road vehicles — Environmental conditions and testing for electrical and electronic
equipment — Part 3: Mechanical loads
© ISO 2011 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
ISO 16750-4: Road vehicles — Environmental conditions and testing for electrical and electronic
equipment — Part 4: Climatic loads
IEC 60068-2-30, Environmental testing — Part 2-30: Tests — Test Db: Damp heat, cyclic (12 h + 12 h cycle)
IEC 60068-2-47 Environmental testing — Part 2-47: Test — Mounting of specimens for vibration, impact and
similar dynamic tests
IEC 60068-2-64:2008, Environmental testing — Part 2-64: Tests — Test Fh: Vibration, broadband random
and guidance
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
battery control unit
BCU
electronic device that controls, manages, detects or calculates electric and thermal functions of the battery
system and that provides communication between the battery system and other vehicle controllers
NOTE See 5.5.1 for further explanation.
3.2
battery pack
energy storage device that includes cells or cell assemblies normally connected with cell electronics, voltage
class B circuit and overcurrent shut-off device, including electrical interconnections, interfaces for external
systems
NOTE 1 For further explanation, see 5.4 and A.2.
NOTE 2 Examples of external systems are cooling, voltage class B, auxiliary voltage class A and communication.
3.3
battery system
energy storage device that includes cells or cell assemblies or battery pack(s) as well as electrical circuits and
electronics
NOTE 1 For further explanation, see 5.5.2, 5.5.3, A.3.1 and A.3.2. Battery system components can also be distributed
in different devices within the vehicle.
NOTE 2 Examples of electronics are the BCU and contactors.
3.4
capacity
C
electrical charge that can be delivered from a battery pack or system under specified conditions
NOTE The capacity is often expressed in ampere-hours (A⋅h), where 1 A⋅h = 3 600 C.
3.5
cell electronics
electronic device that collects and possibly monitors thermal and electric data of cells or cell assemblies and
contains electronics for cell balancing, if necessary
NOTE The cell electronics may include a cell controller. The functionality of cell balancing may be controlled by the
cell electronics or by the BCU.
2 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
3.6
customer
party that is interested in using the battery pack or system and, therefore, orders or performs the test
EXAMPLE A vehicle manufacturer.
3.7
energy density
amount of stored energy related to the battery pack or system volume
NOTE 1 The battery pack or system includes the cooling system, if any, to the point of a reversible attachment of the
coolant lines or air ducts, respectively.
NOTE 2 Energy density is expressed in watt hours per litre (W⋅h/l).
3.8
energy round-trip efficiency
ratio of the net d.c. energy delivered by a DUT during a discharge test to the total d.c. energy required to
restore the initial SOC by a standard charge
NOTE The net d.c. energy is expressed as watt hours (W⋅h) discharge and the total d.c. energy is expressed as watt
hours (W⋅h) charge.
3.9
high-energy application
characteristic of device or application, for which the numerical ratio between maximum allowed electric power
output and electric energy output at a 1 C discharge rate at room temperature for a battery pack or system is
typically lower than 10
NOTE 1 Typically high-energy battery packs and systems are designs for applications in BEVs.
NOTE 2 The allowed electric power output is expressed as power in watts (W) and the electric energy output is
expressed as energy in watt hours (W⋅h).
3.10
high-power application
characteristic of device or application, for which the numerical ratio between maximum allowed electric power
output and electric energy output at a 1 C discharge rate at room temperature for a battery pack or system is
typically equal to or higher than 10
NOTE 1 Typically high-power battery packs and systems are designs for applications in HEVs and FCVs.
NOTE 2 The allowed electric power output is expressed as power in watts (W) and the electric energy output is
expressed as energy in watt hours (W⋅h).
3.11
maximum working voltage
highest value of a.c. voltage (r.m.s) or of d.c. voltage which may occur in an electrical system under any
normal operating conditions according to the manufacturer's specifications, disregarding transients
3.12
rated capacity
supplier's specification of the total number of ampere hours that can be withdrawn from a fully charged battery
pack or system for a specified set of test conditions, such as discharge rate, temperature and discharge cut-
off voltage
3.13
room temperature
T
room
temperature of (25 ± 2) °C
© ISO 2011 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
3.14
sign of battery current
discharge current is specified as positive and the charge current as negative
3.15
specific energy
amount of stored energy related to the battery pack or system mass
NOTE 1 The battery pack or system includes the cooling system, if any, to the point of a reversible attachment of the
coolant lines or air ducts, respectively. For liquid-cooled systems, the coolant mass inside the battery pack or system is
included.
NOTE 2 Specific energy is expressed in watt hours per kilogram (W⋅h/kg).
3.16
state of charge
SOC
available capacity in a battery pack or system
NOTE State of charge is expressed as a percentage of rated capacity.
3.17
supplier
party that provides battery systems and packs
EXAMPLE A battery manufacturer.
3.18
voltage class A
classification of an electric component or circuit with a maximum working voltage of ≤ 30 V a.c. or ≤ 60 V d.c.,
respectively
NOTE For more details, see ISO 6469-3.
3.19
voltage class B
classification of an electric component or circuit with a maximum working voltage of (> 30 and ≤ 1000) V a.c.
or (> 60 and ≤ 1500) V d.c., respectively
NOTE For more details, see ISO 6469-3.
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
Symbol Description Unit
C Capacity fade percentage
fade
C 1 C (rated) capacity at current test
A⋅h
rttx
C Rated 1 C capacity at BOL
A⋅h
rtt0
I
Charge current A
charge
I
Discharge current A
discharge
I
Maximum discharge current, specified by the manufacturer for energy and A
d,max
capacity testing
I Maximum discharge pulse current, specified by the manufacturer for power, A
dp,max
internal resistance and energy efficiency testing
4 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
T Maximum operating temperature °C
max
T Minimum operating temperature °C
min
T Room temperature °C
room
t Time s
Efficiency %
η
4.2 Abbreviated terms
BOL Beginning of life
DUT Device under test
EODV End of discharge voltage
EUCAR European Council for Automotive Research and Development
IEC International Electrotechnical Commission
ISO International Organization for Standardization
OCV Open circuit voltage
PNGV Partnership for a New Generation of Vehicles
PSD Power spectral density
RESS Rechargeable energy storage system
r.m.s root-mean-square
SC Standard cycle
SCH Standard charge
SDCH Standard discharge
SOC State of charge
USABC United States Advanced Battery Consortium
5 General requirements
5.1 General conditions
5.1.1 Prerequisites
A battery pack or system tested in accordance with this part of ISO 12405 shall fulfil the following
requirements.
⎯ The electrical safety design shall be approved in accordance with the requirements given in ISO 6469-1
and ISO 6469-3.
⎯ The necessary documentation for operation and required interface parts for connection to the test
equipment (i.e. connectors, plugs, including cooling) shall be delivered together with the DUT.
A battery system shall enable the specified tests, i.e. via specified test modes implemented in the BCU, and
shall be able to communicate with the test bench via common communication buses.
The battery pack subsystem as a DUT shall comprise all parts specified by the customer (e.g. including
mechanical and electrical connecting points for mechanical test).
© ISO 2011 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
If not otherwise specified, before each test, the DUT shall be equilibrated at the test temperature. The thermal
equilibration is reached, if during a period of 1 h without active cooling, the deviations between test
temperature and temperature of all cell temperature measuring points are lower than ±2 K.
If not otherwise specified, each charge and each SOC change shall be followed by a rest period of 30 min.
5.1.2 Accuracy of measurement equipment and measured values
The accuracy of external measurement equipment shall be at least within the following tolerances:
a) voltage ± 0,5 %;
b) current ± 0,5 %;
c) temperature ± 1 K.
The overall accuracy of externally controlled or measured values, relative to the specified or actual values,
shall be at least within the following tolerances:
⎯ voltage ± 1 %;
⎯ current ± 1 %;
⎯ temperature ± 2 K;
⎯ time ± 0,1 %;
⎯ mass ± 0,1 %;
⎯ dimensions ± 0,1 %.
All values (time, temperature, current and voltage) shall be noted at least every 5 % of the estimated
discharge and charge time, except if it is noted otherwise in the individual test procedure.
5.2 Test sequence plan
The test sequence for an individual battery pack or system, or a battery pack subsystem shall be based on
agreement between the customer and supplier with consideration of tests in 5.3.
An example of a list of test conditions to be agreed between the customer and supplier is provided in
Table C.1.
5.3 Tests
An overview of the tests is given in Figure 1, where the references to the specific subclauses are also given.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
Figure 1 — Test plan — Overview
© ISO 2011 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
5.4 Battery pack — Typical configuration
Key
1 voltage class B electric circuit (connectors, fuses, wiring)
2 voltage class B connections
3 voltage class A connections
4 battery pack
5 cell electronics
6 cooling device and connections (optional)
7 normal use impact-resistant case
8 cell assembly (cells, sensors, cooling equipment)
9 service disconnect
a
In.
b
Out.
Figure 2 — Typical configuration of battery pack
A battery pack represents an energy storage device, which includes cells or cell assemblies, cell electronics,
voltage class B circuit and overcurrent shut-off device, including electrical interconnections, interfaces for
cooling, voltage class B, auxiliary voltage class A and communication. The voltage class B circuit of the
battery pack may include contactors and a manual shut-off function (service disconnect). All components are
typically placed in a normal use impact-resistant case.
5.5 Battery system — Typical configuration
5.5.1 BCU
The BCU calculates SOC and state of health, and provides battery system operational limits to the vehicle
management unit. The BCU may have direct access to the main contactors of the battery system in order to
interrupt the voltage class B circuit under specified conditions, e.g. overcurrent, overvoltage, low voltage and
high temperature. The BCU may vary in design and implementation; it may be a single electronic unit
integrated into the battery system or it may be placed outside the battery pack and connected via a
communication bus or input/output lines to the battery pack. The BCU functionalities may be integrated
functions of one or more vehicle control units.
8 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
5.5.2 Battery system with integrated BCU
Key
1 voltage class B electric circuit (connectors, fuses, wiring)
2 voltage class B connections
3 voltage class A connections
4 battery system
5 BCU
6 cell electronics
7 cooling device and connections (optional)
8 normal use impact-resistant case
9 cell assembly (cells, sensors, cooling equipment)
10 service disconnect
a
In.
b
Out.
Figure 3 — Typical configuration of battery system with integrated BCU
A battery system represents an energy storage device, which includes cells or cell assemblies, cell electronics,
a BCU, voltage class B circuit with contactors and overcurrent shut-off device, including electrical
interconnections, interfaces for cooling, voltage class B, auxiliary voltage class A and communication. The
voltage class B circuit may include a manual shut-off function (service disconnect). All components are
typically placed in a normal use impact-resistant case. In this example, the BCU is integrated inside the normal
use impact-resistant case and connected via its control functionalities to the battery pack.
© ISO 2011 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
5.5.3 Battery system with external BCU
Key
1 voltage class B electric circuit (connectors, fuses, wiring)
2 voltage class B connections
3 voltage class A connections
4 battery system
5 BCU
6 cell electronics
7 cooling device and connections (optional)
8 normal use impact-resistant case
9 cell assembly (cells, sensors, cooling equipment)
10 service disconnect
11 battery pack
a
In.
b
Out.
Figure 4 — Typical configuration of battery system with external BCU
A battery system represents an energy storage device, which includes cells or cell assemblies, cell electronics,
a BCU, voltage class B circuit with contactors and overcurrent shut-off device, including electrical
interconnections, interfaces for cooling, voltage class B, auxiliary voltage class A and communication. The
voltage class B circuit may include a manual shut-off function (service disconnect). All components are
typically placed in a normal use impact-resistant case. In this example, the BCU is placed outside the normal
use impact-resistant case and connected via its control functionalities to the battery pack.
10 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 12405-1:2011(E)
5.6 Preparation of battery pack and system for bench testing
5.6.1 Preparation of battery pack
If not otherwise specified, the battery pack shall be connected with voltage class B and voltage class A
connections to the test bench equipment. Contactors, available voltage, current and temperature data shall be
controlled according to the battery pack supplier's requirements and according to the test specification given
by the test bench equipment. The passive overcurrent protection device shall be operational in the battery
pack. Active overcurrent protection shall be maintained by the test bench equipment, if necessary, via
disconnection of the battery pack main contactors. The cooling device may be connected to the test bench
equipment and operated according to the supplier's requirements.
5.6.2 Preparation of battery system
If not otherwise specified, the battery system shall be connected with voltage class B, voltage class A and
cooling connections to the test bench equipment. The battery system shall be controlled by the BCU, the test
bench equipment shall follow the operational limits provided by the BCU via bus communication. The test
bench equipment shall maintain the on/off requirements for the main contactors and the voltage, current and
temperature profiles according to the requirements of the given test procedure. The battery system cooling
device and the corresponding cooling loop at the test bench equipment shall be operational according to the
controls by the BCU, unless otherwise specified in the given test procedure. The BCU shall enable the test
bench equipment to perform the requested test procedure within the battery system operational limits. If
necessary, the BCU programme shall be adapted by the supplier for the requested test procedure. The active
and passive overcurrent protection device shall be operational by the battery system. Active overcurrent
protection shall be maintained also by the test bench equipment, if necessary, via request of disconnection of
the battery system main contactors.
6 General tests
6.1 Preconditioning cycles
6.1.1 Purpose
The DUT shall be conditioned by performing some electrical cycles before starting the real testing sequence,
in order to ensure an adequate stabilization of the battery pack or system performance.
This test applies to battery packs and systems.
6.1.2 Test procedure
The procedure shall be the following.
⎯ The test shall be performed at room temperature.
⎯ The discharges shall be perfor
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.