介绍道路车辆电池系统温变测试的 ISO 16750-4 标准执行要点

道路车辆电池系统温变测试的ISO 16750-4标准执行要点

ISO 16750-4作为道路车辆电气及电子设备环境条件与试验的核心标准，针对电池系统的温变测试提出了严格的技术规范。该标准通过模拟车辆在不同工况下的温度应力（如行驶中的快速温变、停车后的余热冲击），评估电池系统的功能安全性与可靠性。本文从实验室执行角度，结合测试参数设计、曲线选择、失效判据及数据验证四个维度，详解标准执行要点，并提供典型测试数据支撑。

测试对象分类与温变曲线选择

ISO 16750-4根据电池系统的安装位置和使用场景，将测试对象分为非发动机舱产品和发动机舱产品，并对应不同的温变曲线，核心差异在于是否包含“极限高温贮存”环节。

1.1 非发动机舱电池系统（如乘用车动力电池包）

适用图1温度变化曲线，测试重点为“工作状态下的温度循环”。关键参数包括：

· 温度范围：低温极限工作温度（TUB）-40℃~高温极限工作温度（TOB）85℃（依据GB/T 31467.3-2015动力电池系统标准补充）；

· 温度变化速率：5℃/min（空气中）或10℃/min（液体介质，需满足温变均匀性±2℃）；

· 循环次数：20~30次（每循环包含低温保持1h、高温保持1h，升降温阶段持续工作）；

· 供电条件：全程施加13.5V额定工作电压（模拟车载电源环境）。

实验室实测数据显示：某三元锂电池包（容量50Ah）在30次循环后，容量衰减率≤5%，符合标准“功能无异常”要求。

1.2 发动机舱电池系统（如商用车启动电池）

适用图2温度变化曲线，需额外增加“发动机熄火后的余热考核”。典型参数补充：

· 极限高温贮存温度（TNH）：125℃（持续2h，无供电），模拟发动机舱停车后的热积聚效应；

· 温变循环：先执行10次图1曲线（工作状态），再执行5次“高温贮存+温变”复合循环；

· 失效模式：重点监测高温贮存后电解液泄漏、壳体变形（允许Zui大变形量≤0.5mm，依据ISO 16750-2机械负荷标准）。

测试设备与环境控制要求

实验室需满足温箱性能与样品安装的双重规范，确保测试条件的可重复性与准确性。

2.1 温箱技术指标

· 温度控制精度：±1℃（在-40℃~150℃范围内），波动度≤±0.5℃/h；

· 温变速率：升降温速率需连续可调（0.5~20℃/min），且在负载条件下（电池系统功耗≤500W）仍能保持设定速率；

· 湿度控制：若叠加湿热测试（如ISO 16750-4 5.4条款），相对湿度需控制在95%±3%（25℃~85℃区间）。

某实验室温箱校准数据：在-40℃恒温阶段，1h内温度波动为-40.2℃~-39.8℃，符合标准要求。

2.2 样品安装与监测点布置

· 安装方式：模拟实车安装姿态（如固定在金属支架上，避免直接接触温箱内壁），散热路径需与实车一致；

· 温度监测点：

o 电池单体：每个模组至少布置2个热电偶（正极耳与负极耳处），精度±0.5℃；

o 环境温度：温箱内距离样品10cm处布置3个分布式传感器，取平均值作为实际环境温度；

· 数据采集：采样频率≥1Hz，记录参数包括单体电压（精度±1mV）、总电压、充放电电流（精度±0.5%FS）、温度。

测试流程与关键执行步骤

ISO 16750-4温变测试需严格遵循“预处理-循环测试-恢复-验证”四阶段流程，每个环节均有明确技术要求。

3.1 预处理阶段

· 目的：消除样品历史应力，确保初始状态一致性；

· 步骤：

1. 在标准大气条件（23℃±5℃，50%±10%RH）下放置24h；

2. 进行初始性能验证：常温容量测试（0.3C放电至截止电压2.5V/单体），记录初始容量C0；

3. 外观检查：无裂纹、无漏液、连接件扭矩符合设计值（如M6螺栓扭矩8±0.5N·m）。

3.2 循环测试阶段

以非发动机舱产品为例，典型执行步骤（参考图1曲线）：

1. 低温保持：从23℃以5℃/min降至TUB（-40℃），保持1h（持续13.5V供电，无充放电）；

2. 升温阶段：以5℃/min升至TOB（85℃），历时25min（供电状态）；

3. 高温保持：85℃持续1h（供电状态）；

4. 降温阶段：以5℃/min降至-40℃，完成1个循环；

5. 循环次数：重复上述步骤30次，总测试时长约30h（不含预处理）。

数据支撑：某磷酸铁锂电池系统在30次循环后，低温（-40℃）放电容量保持率≥80%（初始容量C0=100Ah，循环后C30=82Ah），满足标准要求。

3.3 恢复与验证阶段

· 恢复：测试结束后，在标准大气条件下放置4h，使样品温度稳定至室温；

· 性能验证：

o 容量测试：0.3C放电容量≥C0×90%（允许Zui大衰减率10%）；

o 直流内阻（DCR）：25℃下1C放电内阻≤初始值的120%（初始DCR=20mΩ，允许Zui大值24mΩ）；

o 安全功能：过充保护（触发阈值4.35V±0.05V/单体）、过放保护（触发阈值2.5V±0.05V/单体）需正常响应。

企业标准与

部分主机厂会在ISO 16750-4基础上增加加速寿命测试要求（如GM3172标准），实验室需注意参数转换与兼容性。

4.1 快速温变与标准温变的对比

GM3172标准的快速温变曲线（图3）特点：

· 温变速率：15℃/min（是ISO标准的3倍），循环次数10次（总时长缩短至12h）；

· 应用场景：仅用于研发阶段的可靠性筛选，不适用量产认证（因加速因子过高，可能引入非真实失效模式）；

· 数据参考：某电池系统在GM3172测试中，10次循环后容量衰减率达15%（远超ISO标准的5%），主要因快速温变导致极片分层。

4.2 测试结果的判定优先级

当企业标准与ISO 16750-4冲突时，需遵循“从严原则”：

· 若企业标准温度范围更广（如TUB=-50℃，TOB=100℃），则以企业标准为准；

· 若ISO标准对某参数未明确（如温变均匀性），则默认采用ISO 16750-1环境条件总则（要求样品表面各点温差≤3℃）。

实验室常见问题与规避措施

5.1 温变速率不达标

· 原因：温箱负载过大（电池系统热容量＞500kJ），导致实际速率低于设定值；

· 措施：采用“预冷/预热”补偿法（如低温阶段前将温箱预冷至-50℃），或拆分样品测试（仅测试电池模块而非整包）。

5.2 温度监测点布置偏差

· 问题：热电偶直接粘贴在电池壳体上，未与极耳接触，导致测量值比实际结温低5~8℃；

· 规范：采用“极耳点焊+耐高温胶带固定”方式，确保热电偶与金属极耳良好热接触（接触电阻＜0.1Ω）。

ISO 16750-4道路车辆电池系统温变测试的核心执行要点可为：

1. 曲线选择：根据安装位置（发动机舱/非发动机舱）确定是否增加高温贮存环节，TNH需达到125℃；

2. 设备控制：温箱精度±1℃，温变速率5℃/min，样品安装需模拟实车散热路径；

3. 性能判据：循环后容量衰减≤10%，DCR增长≤20%，无泄漏、变形等机械失效；

4. 企业标准协调：快速温变（如GM3172）仅适用于研发筛选，量产认证需回归ISO标准。

实验室通过严格控制温变曲线、设备精度与监测方法，可有效验证电池系统在极端温度环境下的可靠性，为车辆安全运行提供数据支撑。