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测试电池安全的办法是什么?

2023-12-05   点击量:80

四月24-二十六日,由我国化学与物理电源行业协会储能使用分会主办的第九届我国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在四月二十五日下午的储能电池与技术使用(下)专场,上海机动车测试认证技术研究中心有限公司汽车整车与零部件测试中心副总工程师谢先宇在会上分享了主题报告《动力锂电池安全性能测评研究》,以下为演讲实录:


谢先宇:各位嘉宾,下午好!我来自上海机动车测试中心,作为国家第三方的测试机构,无论从整车还是到部件级别,开展相关的探测,积累了较丰富的相关经验,结合上海新能源申请的相关工作,借这个机会跟大家分享一下。


我今天的报告包括以下几个方面内容:第一,动力锂电池今朝安全测试的一些背景情况;第二,国内外动力锂电池相关标准的解析;第三,动力锂电池安全性的测评;第四,小结。


大家了解,无论是去年还是今年近期的电动汽车起火事件,电动汽车一起火大家第一时间想到的是动力锂电池,至少说嫌疑对象比较大。其实真正大家去看一下,电动汽车起火的时候,可能电池是其中的一部分,其实还有一些其他原由,比如说充电系统本身也好,或者说整个系统之间的相互链接,或者相应关联的一些问题。详尽到动力锂电池,存在一些极端滥用的情况,也可能存在一些系统的问题,如在充电过程中发生的一些问题,可能就存在着不仅仅是动力锂电池本身的问题,还涉及到车和充电系统的通讯问题等。


讨论回到电动汽车,它在使用过程中可能出现各种问题,比如无法驾驶、续驶里程分明下降,动力不足等,可能源于动力锂电池问题,比如容量衰减可能是由于它有效的锂使用量减少,电池本身绝缘故障出现问题出现、漏液问题等等,这些问题与它的前世今生相关联,在它的选材过程中、制造过程中,甚至在它的实际使用过程中相关联。


我们要怎么样评价一个电池的安全,应当是从微观和宏观几个维度来进行分解,微观从材料层面分解,宏观从系统级层面分解,包括整个电气安全的结构、功能安全、化学安全等相关的考虑。在进行动力锂电池测评、安全测评的中,应是一个闭环的体系,即从材料、到最终的产品,无论是电芯、模块还是系统,最后在使用过程中体现出来这些性能,尤其重点关注的安全性能,应是一个闭环的体系。我们在分解的时候应结合它的前世今生来分解。大家了解,电动汽车要求接入国家监控平台,动力锂电池应有溯源系统,电池从选材、制造、测试、使用、退役等相关信息进行溯源管理。


美国、欧盟等在电动汽车及关键部件的安全性相关标准研究较早,近年来,我国电动汽车及动力锂电池的相关标准体系逐渐完善。国际上比较知名的这些动力锂电池的研究机构,如SAE、ISO、UL等,制定了一系统的标准,这些标准倾覆电芯、模块、系统,探测项目包括电性能、安全、可靠性等方面。


接下来解析比较典型的一些标准,比如UN38.3,因为动力锂电池是作为一个危险品来运输的,在运输前要求一定要出具UN38.3的探测报告,涉及到从T1T9的探测内容。


今朝借鉴比较多的,包括美国FreedomCarSand20053123的标准,探测内容包括:机械滥用、热滥用、电滥用探测等。热滥用也是我们国家重点关注的,专门针对热滥用,包括热扩散、热失控扩展等相关要求,同时也对应的推荐了一些探测的办法、探测的流程。这个流程应当说很有借鉴意义,合理安排探测样品数量以及探测顺序等。


SAEJ2464,从机械、热滥用、电滥用里面都做了具体的解析。


重点解析一下美国的UL2580的标准,除了我们前面提到的机械环境的试验之外,在电气探测方面比较有特点,这里面提到了温升的试验、包括不平衡充电、甚至冷却系统失效的相关试验,因为这些试验可能是在我们实际使用过程中会面对的真的会碰到这些问题的。举个简单的例子,比如说热平衡失效系统,因为可能大家了解,近几年可能国家在能量密度要求越来越高的前提下,处于成本和重量考虑,部分车型取消了热管理系统,可能对新车影响不是太大,但是两年后、五年后,电池的寿命、安全性能要怎么样,其实要打一个很大的问号。


欧盟ECER100,动力锂电池从2016年作为强制要求,10个探测项目,这些标准的要求跟我们国内相关标准要求类似。


回到国内,2015年往日,动力锂电池相关的标准应当是比较欠缺的,大家可能在这个行业比较熟悉的话,最早2015年电池通告试验是参考了汽车行业的行业标准QC/T743,对前期有一定的帮助,假如从一个产品的全面测评来讲还是有所欠缺的,但是随着后面我们整个一系列的标准的公布,包括从Gb/T31467、31484、31485、31486,再到最近公布的可追溯体系到退下来回收体系等等相关标准,还有最近提到的动力锂电池安全国标,这些标准陆续出台以后,对我们产品前端起到良好的用途。详尽的31485,单体、模块相关的安全性要求试验。31467.3,电池系统强制性试验要求,总共16项内容。


电动客车的安全技术要求,动力锂电池有热失控及热失控扩展的要求,重要是出于客车群死群伤的隐患,目前重要采用相对安全的磷酸铁锂离子电池,三元电池目前无法使用。


重点解析一下新Gb动力汽车电池的标准,因为是Gb强制标准,目前WTO通报,预计今年6、七月份就能公布,公布以后中间大概一年的过渡期,可能在2020年的七月份以后实行。该标准倾覆了Gb/T31485和Gb/T31467.3,同时结合电动客车安全中电池热失控、热失控扩展相关内容,标准还含义了相关的实验流程。


比较国内动力锂电池安全标准,在电芯、模块级别,从整个探测项目和要求来讲,我国标准相对来说更加严格。系统级别大家可以看一下,我们原来31467.3的标准,很大程度上借鉴了ISO12405的标准。


我们也针对不同的三元电池单体,不同类型的电池,如软包装、方形电池,不同材料体系进行针刺、过充等滥用实验研究。


同时大家看到的,对磷酸铁锂离子电池系统的热扩散分解,通过针刺来触发它的热失控,我们看到周边电芯的温度情况,包括电压的情况。通过过充、加热方式来研究相关热性能的分解,对部分电池失效以后看其他相关的热性能的特性。


热扩散以后对周围环境的管理,包括电池组内部局部的失效以后内部的情况以及外部的情况。包括三综合的试验,结合振动、环境变化、充放电的工况行为,包括机械冲击的试验,电池组极端的挤压的试验。做挤压试验的时候,挤压的方向不相同,其实结果都有可能是不相同的,比如高压接口和线束的位置对实验结果都有影响。


火烧实验,标准里面要求是2分钟,实际上很多厂家它在做实验时,可能让你烧10分钟、半个小时,究竟它的状态有什么样的。还有模拟碰撞实验、水浸试验、跌落、可靠性,保护功能验证等实验。总的说来,这些验证重要对新产品进行前端的安全性能把控。要进一步增强事中事后的安全监管。


目前整个动力锂电池安全应当说有待进一步提高,国内外相关的标准较多,这些标准重要用于新产品的准入或强制要求,但事中、事后的监管和相关标准有待进一步研究和完善,该标准体系可以作为储能电池范畴参考。


总的来说电池技术,不管是锂离子电池还是钠电池,这些新的电池技术不断的出现,不管是用在动力锂电池也好、储能电池也好,应当说整个探测评价的办法和标准也是不断更新的,要行业共同研究发展。


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钜大特种电池工程研究院

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