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汽车|电动汽车用动力电池热扩散测试项目解析


作者 | 刘 磊 ， 林春景 ， 樊 彬 ， 王 芳 ， 杨培霞/哈尔滨工业大学；中国汽车技术研究中心有限公司
来源 | 《电源技术》杂志
导读：本文对电动汽车动力电池热扩散测试的项目来源、国内外标准法规要求、研究进展进行了分析介绍 ， 并提出了基于热扩散项目未来的研究方向 。
随着新能源汽车的广泛应用 ， 新能源汽车事故频发 。 尤其2019年以来 ， 多起主流新能源汽车产品发生了起火事故 ， 虽然引起事故的原因不完全相同 ， 但基本都是由于动力电池系统起火引起 。 而在起火事故发生前 ， 没有任何的信号或征兆 ， 这就导致事故存在极大的不可预测性 ， 并进一步提高了人员和财产损失的风险 。 众所周知 ， 为了使得应用于电动汽车的动力电池具备较高的安全性 ， 国内外均有专门的标准法规对锂离子电池及系统的安全性做出要求 ， 分别从机械损伤、电气损伤、环境损伤等多个方面提出了测试方法 ， 但是由于锂离子电池的高能量、高活性的特性 ， 导致锂离子电池在应用中会存在结构和性能的变化并可能最终引起电池突然的热失控发生 。 电动汽车用动力电池热扩散测试项目的主要目的就是验证电动汽车整车或者电池系统应对动力电池单体发生热失控时能否有效保护驾乘人员安全逃生的能力 ， 也正是随着产品的推广应用及行业对产品的认识不断加深 ， 才推动了产品标准法规的不断完善 。
锂离子电池的热失控原因有很多 ， 归纳起来包括：滥用造成电池内短路 ， 包括机械滥用、电滥用、热滥用及多种应力综合作用[1－4] 。 这些情况已经在现有的标准法规中进行了相关的安全性要求 。 除了滥用外 ， 电池老化过程中造成的结构损伤或者枝晶生长等 ， 以及制造过程中的缺陷也会造成电池内短路 ， 进而导致热失控 ， 这部分情况目前国内还没有标准法规进行要求[5－6] 。
正因为内短路可能导致电池热失控和热扩散 ， 可能对成员造成伤害 ， 而目前对于部分内短路的产生情况 ， 并不能完全避免或者有效预防及预测 ， 所以需要通过对电池系统整体应对单体热失控的安全防护能力提出要求 ， 确保驾乘人员的安全 。 另一个方面 ， 无论是单体电池 ， 还是电池系统 ， 比能量越来越高 ， 而大量的测试数据显示 ， 随着电池比能量的提高 ， 在相同倍率下放电时 ， 单位质量的电池产热量大幅提高 ， 同时使用加热方法触发单体电池发生热失控所需要的能量与电池自身能量的比值也更低[7] 。
标准法规介绍
目前涉及到动力电池热扩散的标准法规主要包括SAE J 2464、UL 2580以及即将发布的GBXXX《电动汽车用动力蓄电池安全要求》和正在研究中的GTR No.20 。 其中SAE J 2464、UL 2580以及即将发布的GBXXX《电动汽车用动力蓄电池安全要求》均已经有正式的测试要求公开发布 ， 所以本文主要介绍在这3项标准中关于热扩散的要求 。
项目名称为被动扩散阻力测试（Passive Propagation Resistance Test）；测试对象为模块/电池包；测试目的是该测试评估被测设备（DUT）承受单个电池热失控事件的能力 ， 以便热失控事件不会传播到相邻电池 。 建议DUT制造商首先在模块级执行这些测试 。
测试方法如下：样品处于100%荷电状态（SOC） ， 在55 ℃或者样品最高允许工作温度条件下进行测试 。 要求5 min内将样品加热至400 ℃或样品发生热失控 ， 可以选择其他方法触发热失控（触发方法需要以报告形式详细描述） 。 标准推荐进行至少5个位置的测试以便能够获得试验的普遍性 。
数据记录如下：温度、电压、试验前后绝缘电阻、照片、视频、起火、爆炸、物质泄漏的描述等 。
【汽车|电动汽车用动力电池热扩散测试项目解析】1.2 UL 2580
项目名称为内部火烧测试（Internal fire exposure test）；测试目的为储能系统应具备阻止由于一个单体电池失效而引起的起火或者爆炸事故；测试条件为满电状态的储能系统进行SAEJ 2464中的被动扩散阻力测试（Passive Propagation Resistance Test）测试 。 在一定的条件下可以使用一个或多个模组进行测试 。


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