鉅大LARGE | 點擊量：917次 | 2019年05月15日
關于動力電池安全性能的測評研究
4月24-26日，由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“儲能電池與技術應用（下）”專場，上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司汽車整車與零部件檢測中心副總工程師謝先宇在會上分享了主題報告《動力電池安全性能測評研究》，以下為演講實錄：
謝先宇：各位嘉賓，下午好！我來自上海機動車檢測中心，作為國家第三方的檢測機構，無論從整車還是到部件級別，開展相關的測試，積累了較豐富的經驗，結合上海新能源申請的相關工作，借這個機會跟大家分享一下。
我今天的報告包括以下幾個方面內容：第一，動力電池現在安全檢測的一些背景情況；第二，國內外動力電池相關標準的介紹；第三，動力電池安全性的測評；第四，小結。
大家知道，無論是去年還是今年近期的電動車起火事件，電動汽車一起火大家第一時間想到的是動力電池，至少說嫌疑對象比較大。其實真正大家去看一下，電動汽車起火的時候，可能電池是其中的一部分，其實還有一些其他原因，比如說充電系統本身也好，或者說整個系統之間的相互鏈接，或者相應關聯的一些問題。具體到動力電池，存在一些極端濫用的情況，也可能存在一些系統的問題，如在充電過程中發生的一些問題，可能就存在著不僅僅是動力電池本身的問題，還涉及到車和充電系統的通訊問題等。
討論回到電動汽車，它在使用過程中可能出現各種問題，比如無法駕駛、續駛里程明顯下降，動力不足等，可能源于動力電池問題，比如容量衰減可能是由于它有效的鋰使用量減少，電池本身絕緣故障出現問題出現、漏液問題等等，這些問題與它的前世今生相關聯，在它的選材過程中、制造過程中，甚至在它的實際應用過程中相關聯。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們如何評價一個電池的安全，應該是從微觀和宏觀幾個維度來進行分析，微觀從材料層面分析，宏觀從系統級層面分析，包括整個電氣安全的結構、功能安全、化學安全等相關的考慮。在進行動力電池測評、安全測評的中，應是一個閉環的體系，即從材料、到最終的產品，無論是電芯、模塊還是系統，最后在應用過程中體現出來這些性能，尤其重點關注的安全性能，應是一個閉環的體系。我們在分析的時候應結合它的前世今生來分析。大家知道，電動汽車要求接入國家監控平臺，動力電池應有溯源系統，電池從選材、制造、檢測、使用、退役等相關信息進行溯源管理。
美國、歐盟等在電動汽車及關鍵部件的安全性相關標準研究較早，近年來，我國電動汽車及動力電池的相關標準體系逐漸完善。國際上比較知名的這些動力電池的研究機構，如SAE、ISO、UL等，制定了一系統的標準，這些標準覆蓋電芯、模塊、系統，測試項目包括電性能、安全、可靠性等方面。
接下來介紹比較典型的一些標準，比如UN38.3，因為動力電池是作為一個危險品來運輸的，在運輸前要求一定要出具UN38.3的測試報告，涉及到從T1—T9的測試內容。
現在借鑒比較多的，包括美國FreedomCarSand2005—3123的標準，測試內容包括：機械濫用、熱濫用、電濫用測試等。熱濫用也是我們國家重點關注的，專門針對熱濫用，包括熱擴散、熱失控擴展等相關要求，同時也對應的推薦了一些測試的方法、測試的流程。這個流程應該說很有借鑒意義，合理安排測試樣品數量以及測試順序等。
SAEJ2464，從機械、熱濫用、電濫用里面都做了詳細的介紹。
重點介紹一下美國的UL2580的標準，除了我們前面提到的機械環境的實驗之外，在電氣測試方面比較有特點，這里面提到了溫升的實驗、包括不平衡充電、甚至冷卻系統失效的相關實驗，因為這些實驗可能是在我們實際應用過程中會面臨的真的會碰到這些問題的。舉個簡單的例子，比如說熱平衡失效系統，因為可能大家知道，近幾年可能國家在能量密度要求越來越高的前提下，處于成本和重量考慮，部分車型取消了熱管理系統，可能對新車影響不是太大，但是兩年后、五年后，電池的壽命、安全性能如何，其實要打一個很大的問號。
歐盟ECER100，動力電池從2016年作為強制要求，10個測試項目，這些標準的要求跟我們國內相關標準要求類似。
回到國內，2015年以前，動力電池相關的標準應該是比較欠缺的，大家可能在這個行業比較熟悉的話，最早2015年電池公告實驗是參考了汽車行業的行業標準QC/T743，對前期有一定的幫助，如果從一個產品的全面測評來講還是有所欠缺的，但是隨著后面我們整個一系列的標準的發布，包括從GB/T31467、31484、31485、31486，再到最近發布的可追溯體系到退下來回收體系等等相關標準，還有最近提到的動力電池安全國標，這些標準陸續出臺以后，對我們產品前端起到良好的作用。具體的31485，單體、模塊相關的安全性要求實驗。31467.3，電池系統強制性實驗要求，總共16項內容。
電動客車的安全技術要求，動力電池有熱失控及熱失控擴展的要求，主要是出于客車群死群傷的隱患，目前主要采用相對安全的磷酸鐵鋰電池，三元電池目前無法應用。
重點介紹一下新GB動力汽車電池的標準，因為是GB強制標準，目前WTO通報，預計今年6、7月份就能發布，發布以后中間大概一年的過渡期，可能在2020年的7月份以后實施。該標準覆蓋了GB/T31485和GB/T31467.3，同時結合電動客車安全中電池熱失控、熱失控擴展相關內容，標準還定義了相關的試驗流程。
比較國內動力電池安全標準，在電芯、模塊級別，從整個測試項目和要求來講，我國標準相對來說更加嚴格。系統級別大家可以看一下，我們原來31467.3的標準，很大程度上借鑒了ISO12405的標準。
這里對針刺試驗不同標準做了比對，比如我們說的動力電池的擠壓板形式，包括新國標、ECER100的標準、UL2580的標準、SAEJ2464的標準，無論擠壓方向、擠壓程度、保持時間、測試對象、實驗前SOC狀態、包括實驗要求都有所不同，相比國際標準，我國相關標準要求是比較嚴的。
總的來說，目前國內外動力電池的測試標準還是比較多的，測試的方法和接受標準也有所區別，我們國家目前整個動力電池安全相關標準經過這幾年的發展目前相對是比較全面的，基本上涵蓋了國際主要的一些測試項目，包括根據電池發展趨勢、動態更新，如熱管理相關的測試項目，這塊后期進一步規范和考慮。同時我國動力電池的安全測試，在測試資源、測試設備、研究對象要進一步加強。
最后大概介紹一下我們在做的一些動力電池測試案例分析。這是電動汽車的要求，首先要滿足車上這些要求，對應的對動力電池系統的測試要求，包括從它的性能到安全、到可靠性，甚至電池接口的要求。這些要求里面，重點關注安全性能的要求，目前在給客戶或整車廠做相關公告性實驗的同時，其實有很多企業測試的要求是遠遠大于標準要求的，企業做實驗的時候要求的不僅僅是Yes/No的關系，而是到底能達到什么要求，這里面會做很多研發的實驗。這是一個典型的針刺實驗，雖然沒有起火、沒有爆炸，符合標準要求，但是會去分析相鄰的這些電芯的電壓變化情況、溫度情況。
我們也針對不同的三元電池單體，不同類型的電池，如軟包裝、方形電池，不同材料體系進行針刺、過充等濫用試驗研究。
同時大家看到的，對磷酸鐵鋰電池系統的熱擴散分析，通過針刺來觸發它的熱失控，我們看到周邊電芯的溫度情況，包括電壓的情況。通過過充、加熱方式來研究相關熱性能的分析，對部分電池失效以后看其他相關的熱性能的特性。
熱擴散以后對周圍環境的管理，包括電池包內部局部的失效以后內部的情況以及外部的情況。包括三綜合的實驗，結合振動、環境變化、充放電的工況行為，包括機械沖擊的實驗，電池包極端的擠壓的實驗。做擠壓實驗的時候，擠壓的方向不一樣，其實結果都有可能是不一樣的，比如高壓接口和線束的位置對試驗結果都有影響。
火燒試驗，標準里面要求是2分鐘，實際上很多廠家它在做試驗時，可能讓你燒10分鐘、半個小時，到底它的狀態是什么樣的。還有模擬碰撞試驗、水浸實驗、跌落、可靠性，保護功能驗證等試驗。總的說來，這些驗證主要對新產品進行前端的安全性能把控。要進一步加強事中事后的安全監管。
目前整個動力電池安全應該說有待進一步提高，國內外相關的標準較多，這些標準主要用于新產品的準入或強制要求，但事中、事后的監管和相關標準有待進一步研究和完善，該標準體系可以作為儲能電池領域參考。
總的來說電池技術，不管是鋰電池還是鈉電池，這些新的電池技術不斷的出現，不管是用在動力電池也好、儲能電池也好，應該說整個測試評價的方法和標準也是不斷更新的，需要行業共同研究發展。
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