動(dòng)力電池安全性測試與評(píng)價(jià)2019

目錄2背景國內(nèi)外動(dòng)力電池安全標(biāo)準(zhǔn)介紹動(dòng)力電池安全性測試評(píng)價(jià)小結(jié)

新能源汽車著火頻發(fā)，電池安全引起重點(diǎn)關(guān)注！

3

動(dòng)力電池等儲(chǔ)能裝置本質(zhì)上是具有危險(xiǎn)性的，且隨著其比能量和比功率的提高，發(fā)生事故的危險(xiǎn)性將增大碰撞違規(guī)充電浸水自燃動(dòng)力電池面臨的安全挑戰(zhàn)

事故描述關(guān)聯(lián)原因無法正常充電(2)斷路/部分?jǐn)嗦贰姌O材料脫落滿電態(tài)無法行駛(3)電池快速老化—有效鋰的量減少續(xù)駛里程與宣傳不符(1)電池快速老化—有效鋰的量減少快速充電功能失效(1)電池內(nèi)阻增大行駛中電池故障(1)斷路/部分?jǐn)嗦贰姌O材料脫落事故原因分析安全性影響因素選材電極研制工藝模塊老化熱穩(wěn)定性◎◎◎◎◎◎金屬Li析出○○◎◎◎◎金屬枝晶△△○◎◎◎SEI?Li量△△○○◎◎金屬枝晶SEILi量熱穩(wěn)定性金屬Li析出

6建立“材料—產(chǎn)品---安全”閉環(huán)聯(lián)動(dòng)測評(píng)方法及平臺(tái)意義重大！為什么電池系統(tǒng)存在安全性問題？如何評(píng)價(jià)電池風(fēng)險(xiǎn)？

目錄背景7國內(nèi)外動(dòng)力電池安全標(biāo)準(zhǔn)介紹動(dòng)力電池安全性測試評(píng)價(jià)小結(jié)

3.1

國外主要?jiǎng)恿﹄姵販y試標(biāo)準(zhǔn)8StandardOrganizationStandardnumberNameDUTNotescellmodulepackSAEJ2464-2009ElectricandHybridElectricVehicleRechargeableEnergyStorageSystemSafetyandAbuse

Testing√√√SafetyJ2380-2009VibrationTestingofElectricVehicleBatteries√√Mechanical

StressISO12405-1

2009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part1:Highpower

applications√Electricalperformance12405-2

2009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part2:HighEnergy

applications√Electricalperformance12405-3

2009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part3:

Safety√SafetyUSABCSAND2005-3123ElectricalEnergyStorageSystemAbuseTestManualforElectricandHybrideElectricVehicle

Applications√√√SafetyDOE/ID-11069FreedomCARBatteryTestManualforPower-AssistHybridElectric

Vehicle√ElectricperformanceUL1642Lithium

Batteries√√Reliability

andAbuse

Testing2580BatteriesforUseinElectric

Vehicles√√Reliability

andAbuse

TestingUN38.3LithiumBatteryTesting

Requirements√√SafetyECER

100Part2:RequirementsofaRechargeableEnergyStorageSystemwithregardtoitsSafety√SafetyIEC62660-1：2010Secondarylithium-ioncellsforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part1:Performance

testing√Electricalperformance62660-2：2010Secondarylithium-ioncellsforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part2:ReliabilityandAbuse

Testing√Reliability

andAbuse

Testing

UN38.3聯(lián)合國針對(duì)鋰離子電池航空運(yùn)輸安全要求，T1~T8八項(xiàng)試驗(yàn)。9

FreedomCar(SAND

2005-3123)機(jī)械濫用測試擠壓針刺跌落水浸模擬翻滾機(jī)械沖擊熱濫用測試熱穩(wěn)定性模擬火燒加速溫度存儲(chǔ)快速充放電溫度沖擊循環(huán)電濫用測試過充短路過放局部短路推薦測試順序測試內(nèi)容10

SAE

J246411機(jī)械濫用試驗(yàn)電濫用試驗(yàn)SAE

J2464主要針對(duì)電芯、模塊、系統(tǒng)的安全及濫用測試，包括機(jī)械、熱、電濫用試驗(yàn)機(jī)械沖擊（電芯或以上）跌落（電池包）針刺（電芯或以上）翻滾（模塊和包）鹽水浸泡（模塊或包）擠壓（電芯或以上）熱濫用試驗(yàn)短路（電芯和模塊或包）過充（電芯和模塊或包）過放（電芯和模塊）高溫危險(xiǎn)（模塊和包）熱穩(wěn)定性（電芯）無熱管理的循環(huán)充放（模塊和包）溫度沖擊循環(huán)（電芯或以上）被動(dòng)熱擴(kuò)散電阻測試（模塊或包）

UL2580特有項(xiàng)12主要針對(duì)電池系統(tǒng)，相比其他國際標(biāo)準(zhǔn)，電氣測試項(xiàng)目增加，包括溫升、不平衡充電、耐壓、絕緣、接地、冷卻系統(tǒng)失效等。

ECER100Part

2振動(dòng)溫度沖擊循環(huán)機(jī)械沖擊擠壓外部火燒外部短路保護(hù)過充保護(hù)過放保護(hù)過溫保護(hù)Acceleration

Maximum

curveMinimum

curveABCDEFGHTime擠壓100KN聯(lián)合國關(guān)于M、N類電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)定，共9項(xiàng)，鎳氫電池增加1項(xiàng)氣體排放實(shí)驗(yàn)13模擬碰撞火燒試驗(yàn)沖擊波形擠壓板

3.2

國內(nèi)現(xiàn)有電動(dòng)汽車動(dòng)力電池測試標(biāo)準(zhǔn)QC/T

741-2014

車用超級(jí)電容器QC/T

742-2006

電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池QC/T

743-2006

電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池QC/T

744-2006

電動(dòng)汽車用金屬氫化物鎳蓄電池QC/T840-2010

電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸QC/T

897-2011

電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件GB/Z

18332.1-2009

電動(dòng)道路車輛用鉛酸蓄電池GB/Z

18332.2-2001

電動(dòng)道路車輛用金屬氫化物鎳蓄電池GB/Z

18333.1-2001

電動(dòng)道路車輛用鋰離子蓄電池GB/Z

18333.2-2015

電動(dòng)汽車用鋅空氣電池動(dòng)力電池新國標(biāo)GB/T

31467.1-2015

電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第1部分高功率應(yīng)用測試規(guī)程GB/T

31467.2-2015

電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分高能量應(yīng)用測試規(guī)程GB/T

31467.3-2015

電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分安全性要求與測試方法GB/T

31484-2015

電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗(yàn)方法GB/T

31485-2015

電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法GB/T

31486-2015

電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池電性能要求及試驗(yàn)方法GB/T

34013-2017《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》GB/T

34014-2017《汽車動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》GB/T

34015-2017《車用動(dòng)力電池回收利用

余能檢測》GB《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》

GB/T

31485單體、模塊安全要求及實(shí)驗(yàn)方法，各10項(xiàng)測試，單體每項(xiàng)2個(gè)樣品，模塊每項(xiàng)1個(gè)樣品對(duì)電池單體和模塊本身安全的考量；動(dòng)力電池產(chǎn)品公告要求；測試過程中去掉模塊保護(hù)措施三元電池針刺、過充失效率高送樣模塊容量要求大于20Ah；振動(dòng)和熱相關(guān)實(shí)驗(yàn)放在性能要求標(biāo)準(zhǔn)中。針刺暫不做要求15

GB/T

31467.3電池包或系統(tǒng)安全測試要求及測試方法，共16項(xiàng)，包括機(jī)械、熱、環(huán)境、電氣保護(hù)等項(xiàng)目測試要求滿電由于特殊原因（重量、尺寸）可用符合整車相關(guān)要求的子系統(tǒng)代替電池產(chǎn)品公告要求（征求意見稿），振動(dòng)和擠壓暫緩；動(dòng)力電池系統(tǒng)企業(yè)行業(yè)準(zhǔn)入強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)獲得標(biāo)準(zhǔn)全項(xiàng)CNAS資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室4家，測試資源少

16

電動(dòng)客車安全技術(shù)條件17可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)蓄電池單元按照附錄B的熱失控測試條件進(jìn)行試驗(yàn)，測試對(duì)象不應(yīng)發(fā)生起火、爆炸。蓄電池包按照附錄C的熱失控?cái)U(kuò)展測試條件進(jìn)行試驗(yàn)，測試對(duì)象應(yīng)滿足表1中一級(jí)或二級(jí)安全要求。按照GB/T

31467.3-2015中7.1的要求，在電池包完成且通過的振動(dòng)試驗(yàn)后，再將此電池包按照GB/T

31467.3-2015中7.9所述的海水浸泡測試方法進(jìn)行試驗(yàn)，電池包應(yīng)不起火、不爆炸。一級(jí)蓄電池包未發(fā)生起火、爆炸且蓄電池包表面溫度不超過150℃二級(jí)蓄電池包未發(fā)生起火、爆炸，但蓄電池包表面溫度超過150℃三級(jí)蓄電池包發(fā)生起火燃燒，但未發(fā)生爆炸四級(jí)蓄電池包發(fā)生爆炸蓄電池包熱失控?cái)U(kuò)展安全等級(jí)

蓄電池單元熱失控試驗(yàn)(附件B)試驗(yàn)方法完成測試對(duì)象與加熱裝置的裝配，加熱功率要求見表3,加熱裝置與蓄電池應(yīng)直接接觸（參見圖1），安裝溫度監(jiān)測器，監(jiān)測測試對(duì)象的正、負(fù)極柱，和各可測面幾何中心的溫度，溫度數(shù)據(jù)采集頻率要求不小于1Hz記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，精度要求小于±0.5℃。將測試對(duì)象充電到100%SOC后，再對(duì)測試對(duì)象用1C電流繼續(xù)充電12min。啟動(dòng)加熱裝置對(duì)測試對(duì)象進(jìn)行持續(xù)加熱，直到出現(xiàn)如下條件之一后,

關(guān)閉加熱器。與加熱裝置直接接觸的電池任何一測量點(diǎn)的溫度均超過150℃，且測得的溫升速率（dT/dt）超過10℃/s；各測量點(diǎn)的溫度超過300℃，并持續(xù)5min。加熱過程中及加熱結(jié)束1h內(nèi)，如果發(fā)生起火、爆炸現(xiàn)象，則試驗(yàn)終止。測試對(duì)象容量x（Wh）加熱器最小功率（W）<=100200200<x<=800500>800800硬殼及軟包蓄電池單元圓柱形蓄電池單元18

2016年11月國家汽標(biāo)委啟動(dòng)了鋰離子動(dòng)力電池強(qiáng)制性檢測標(biāo)準(zhǔn)（GB）的制定工作;2017年3月形成鋰離子動(dòng)力電池強(qiáng)制性檢測標(biāo)準(zhǔn)（GB）的草案;預(yù)計(jì)2017年9月形成鋰離子動(dòng)力電池強(qiáng)制性檢測標(biāo)準(zhǔn)（GB）的征求意見稿;制定目的是為了進(jìn)一步嚴(yán)格要求新能源汽車用動(dòng)力電池的要求5.將GB/T

31485-2015和GB/T31467.3-2015檢測項(xiàng)目合并，并加入車輛實(shí)際運(yùn)行過程中可能遇到的濫用情形；新國標(biāo)GB《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》

試驗(yàn)項(xiàng)目

20

安全性試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)范

21

3.3

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比單體/模塊序號(hào)測試項(xiàng)目GB/T31485-2015ISO

12405IEC62660-2ECE

R100.2GB1過充電√XXX√2過放電√XXX√3短路√XXX√4加熱√XXX√5溫度循環(huán)√XXX√6低氣壓√XXX√7擠壓√XXX√8振動(dòng)√XXX√9機(jī)械沖擊√XXX√10跌落√XXX（機(jī)械沖擊代替）11針刺√XXX12海水浸泡√XXX

序號(hào)測試項(xiàng)目GB/T31467.3-2015ISO

12405IEC62660-2ECE

R100.2GB1振動(dòng)√√X√√2機(jī)械沖擊√√XX√3模擬碰撞√√X√√4擠壓√√X√√5翻轉(zhuǎn)√XXX√6跌落√XXX√7溫度沖擊√√X√√8濕熱循環(huán)√√XX√9鹽霧√XXX√10高海拔√XXX√11海水浸泡√XXX√12熱失控?cái)U(kuò)展X√XX√3.3

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

系統(tǒng)

序號(hào)測試項(xiàng)目GB/T31467.3-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB13外部火燒√√X√√14高溫保護(hù)√√X√√15短路保護(hù)√√X√√16過放電保護(hù)√√X√√17過充電保護(hù)√√X√√18低溫保護(hù)XXXX√19過流保護(hù)XXXX√

3.3

標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)---動(dòng)力電池包擠壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)比較標(biāo)準(zhǔn)新國標(biāo)ECE

R100UL2580SAEJ2464擠壓板形式半徑75mm半圓柱體3個(gè)75mm半圓柱體，邊緣間隙30mm,底板平3個(gè)75mm半圓柱體，邊緣間隙30mm,底板平3個(gè)75mm半圓柱體，邊緣間隙30mm,底板平擠壓方向X,Y與車行駛方向垂直的2個(gè)方向X,Y,Z最脆弱的2個(gè)方向擠壓程度200kN或變形量30%100kN13±0.78

kN變形到85%保持5分鐘，繼續(xù)壓縮到50%，擠壓力小于1000倍電池重量保持時(shí)間10分鐘最少100ms，不超過10s1分鐘擠壓速度：電芯0.5~1mm/min包0.5~1cm/min測試對(duì)象電芯、模塊、系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)電芯、模塊、系統(tǒng)試驗(yàn)前SOC狀態(tài)100%SOC>=50%SOC100%SOC100%SOC要求不起火、不爆炸<=4不漏液、不起火、不爆炸<=2不起火、不爆炸<=4部分漏液、不起火、不爆炸<=3

25

3.3

標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)---動(dòng)力電池包振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)比較26標(biāo)準(zhǔn)UN38.3ISO12405/GBT31467.3SAEJ2380GMW

16390頻率范圍7~200Hz5~200Hz10~190Hz8~1000Hz量級(jí)（大電池）最大2G，電池包>6.2kWh不做要求X:0.96GrmsY1:

1.23GrmsY2:

0.95GrmsZ:

1.44GrmsZ:1.9&

0.75/0.95GrmsY:1.5&0.4/0.75GrmsX:1.5&

0.4/0.75GrmsZ:

1.4GrmsX&Y:

1.1Grms試驗(yàn)周期Z:

3小時(shí)Y:

3小時(shí)X:

3小時(shí)Z:

21/15/12小時(shí)Y:

21/15/12小時(shí)X:

21/15/12小時(shí)Z:

10.8/7.3小時(shí)Y:

38.18/13.58小時(shí)X:

38.18/13.58小時(shí)Z:

5.4/3.65小時(shí)Z:

24小時(shí)Y:

24小時(shí)X:

24小時(shí)樣品數(shù)量1個(gè)（前提是電芯和模塊已通過UN38.3)1/2/3個(gè)未規(guī)定Phase

4:

1個(gè)Development:

2個(gè)DV:

6個(gè)PV:

6個(gè)試驗(yàn)前SOC狀態(tài)100%SOC50%SOC/滿電100%SOC未規(guī)定高低溫要求無有（-40~75℃或另行約定）無有（電芯最低溫達(dá)到TcellMin

+5℃以及電芯最高溫達(dá)到Tcell

Max

-5℃)試驗(yàn)中充放電要求無無有(僅作為SOC調(diào)節(jié)，C/3）有（50%時(shí)間工況譜，50%時(shí)間1C

CHA/2C

DCH）

3.4

小結(jié)27國內(nèi)外動(dòng)力電池安全測試標(biāo)準(zhǔn)較多，測試主要內(nèi)容基本相同，主要包括機(jī)械、熱、電濫用測試，根據(jù)國家或區(qū)域要求適當(dāng)增減測試項(xiàng)目；測試方法和接受標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別，但不起火、不爆炸是電池安全底線；我國動(dòng)力電池安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較全面，基本涵蓋國際主要標(biāo)準(zhǔn)測試項(xiàng)目，需要根據(jù)電池發(fā)展趨勢動(dòng)態(tài)更新和完善，如熱管理相關(guān)的測試項(xiàng)目及要求；我國動(dòng)力電池安全測試系統(tǒng)、設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室及研究分析平臺(tái)等能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

目錄背景國內(nèi)外動(dòng)力電池安全標(biāo)準(zhǔn)介紹28動(dòng)力電池安全性測試評(píng)價(jià)小結(jié)

使用安全續(xù)駛里程加速爬坡性能經(jīng)濟(jì)性使用便捷性全天候使用回收利用整車要求電池性能高安全特性高能量密度高功率密度長壽命低成本快速充電寬溫度范圍性能環(huán)境友好整車應(yīng)用對(duì)動(dòng)力電池的要求

動(dòng)力電池系統(tǒng)主要包括電性能、機(jī)械、環(huán)境、EMC、低壓電源及接口、電氣安全、濫用安全等。30

三元電池模塊針刺試驗(yàn)電芯溫度曲線試驗(yàn)照片31容量大，比能量密度高的電池失效率高，主要是熱失控引起起火

電池?zé)岚踩娦具^充磷酸鐵鋰方殼電芯過充三元軟包電芯過充三元方殼電芯過充

磷酸鐵鋰電池包熱擴(kuò)散(針刺觸發(fā))觸發(fā)電芯

磷酸鐵鋰電池包熱擴(kuò)散(過充觸發(fā))Tmax250℃峰值電壓

磷酸鐵鋰電池包(加熱觸發(fā))觸發(fā)電芯電壓

典型磷酸鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)箱熱擴(kuò)散試驗(yàn)后外觀上蓋下箱體觸發(fā)電芯池?zé)崾Э睾螅湎噜徦墓?jié)電芯電壓異常，其余電芯外觀和電壓數(shù)據(jù)完好。

電池包振動(dòng)試驗(yàn)37結(jié)構(gòu)緊湊、外形規(guī)整對(duì)稱、體積和重量較小的電池包比較容易通過試驗(yàn)；主要失效形式有外殼結(jié)構(gòu)件、線束連接段子、采樣線束、絕緣電阻下降、甚至漏液、起火；新國標(biāo)與SAE

J2380相比，失效率更高；標(biāo)準(zhǔn)已修改，Z方向3小時(shí)

機(jī)械沖擊實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的選擇ISO16750-3section

4.2.2GMW16390section7.3.3orsection

8.3.3ISO

標(biāo)準(zhǔn)最大50g，針對(duì)車用小零部件，不適用電池系統(tǒng)EP11機(jī)械沖擊采用GMW

標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到40g，功能正常38

電池包擠壓試驗(yàn)如果車身部件作為電池外殼或保護(hù)件，可以與電池包一起試驗(yàn)在已完成的試驗(yàn)中，變形量和擠壓力達(dá)到的都有；如果高壓接插件在電池包兩端，擠壓過程中極易發(fā)生短路；擠壓方向的確定；試驗(yàn)安全防護(hù)至關(guān)重要，擠壓過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控BMS關(guān)鍵信息，試驗(yàn)過程如果發(fā)生冒煙起火，可迅速將電池包吊裝到水槽中標(biāo)準(zhǔn)修改，擠壓力100kN39

電池包火燒試驗(yàn)覆蓋GB/T

31467.3，

ECE

R100標(biāo)準(zhǔn)可靈活拼裝的油盤精確控制加油量和火燒時(shí)間隧道中試驗(yàn)，風(fēng)速可控，排煙處理火燒時(shí)間短，通過率高40

電池包模擬碰撞試驗(yàn)試驗(yàn)需在碰撞臺(tái)車上進(jìn)行，試驗(yàn)夾具及安裝隊(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響大；出于試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)考慮，一般在做完振動(dòng)試驗(yàn)后再做模擬碰撞試驗(yàn)；試驗(yàn)通過率高；試驗(yàn)樣品過大時(shí)可用子系統(tǒng)代替試驗(yàn)試驗(yàn)安全保護(hù)考慮，碰撞臺(tái)車上加裝安全防護(hù)箱，配備大流量滅火系統(tǒng)，且防護(hù)箱具有電絕緣、防漏水功能41

3.5%NaCl鹽水，全部浸沒，絕緣電阻檢測不小于100Ω/V上下蓋、接插件及安裝部位容易漏水；一旦漏水，半浸危險(xiǎn)大，全浸相對(duì)安全液冷系統(tǒng)通過率較高，風(fēng)冷系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)要連接好風(fēng)道電池包水浸試驗(yàn)

42

電池包跌落/