中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“儲(chǔ)能電池與技術(shù)應(yīng)用（下）”專場(chǎng)，上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司汽車整車與零部件檢測(cè)中心副總工程師謝先宇在會(huì)上分享了主題報(bào)告《動(dòng)力電池安全性能測(cè)評(píng)研究》，以下為演講實(shí)錄：
謝先宇：各位嘉賓，下午好！我來自上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心，作為國家第三方的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，無論從整車還是到部件級(jí)別，開展相關(guān)的測(cè)試，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上海新能源申請(qǐng)的相關(guān)工作，借這個(gè)機(jī)會(huì)跟大家分享一下。
我今天的報(bào)告包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：第一，動(dòng)力電池現(xiàn)在安全檢測(cè)的一些背景情況；第二，國內(nèi)外動(dòng)力電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的介紹；第三，動(dòng)力電池安全性的測(cè)評(píng)；第四，小結(jié)。
大家知道，無論是去年還是今年近期的電動(dòng)車起火事件，電動(dòng)汽車一起火大家第一時(shí)間想到的是動(dòng)力電池，至少說嫌疑對(duì)象比較大。其實(shí)真正大家去看一下，電動(dòng)汽車起火的時(shí)候，可能電池是其中的一部分，其實(shí)還有一些其他原因，比如說充電系統(tǒng)本身也好，或者說整個(gè)系統(tǒng)之間的相互鏈接，或者相應(yīng)關(guān)聯(lián)的一些問題。具體到動(dòng)力電池，存在一些極端濫用的情況，也可能存在一些系統(tǒng)的問題，如在充電過程中發(fā)生的一些問題，可能就存在著不僅僅是動(dòng)力電池本身的問題，還涉及到車和充電系統(tǒng)的通訊問題等。
討論回到電動(dòng)汽車，它在使用過程中可能出現(xiàn)各種問題，比如無法駕駛、續(xù)駛里程明顯下降，動(dòng)力不足等，可能源于動(dòng)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(xiàn)問題出現(xiàn)、漏液?jiǎn)栴}等等，這些問題與它的前世今生相關(guān)聯(lián)，在它的選材過程中、制造過程中，甚至在它的實(shí)際應(yīng)用過程中相關(guān)聯(lián)。
我們?nèi)绾卧u(píng)價(jià)一個(gè)電池的安全，應(yīng)該是從微觀和宏觀幾個(gè)維度來進(jìn)行分析，微觀從材料層面分析，宏觀從系統(tǒng)級(jí)層面分析，包括整個(gè)電氣安全的結(jié)構(gòu)、功能安全、化學(xué)安全等相關(guān)的考慮。在進(jìn)行動(dòng)力電池測(cè)評(píng)、安全測(cè)評(píng)的中，應(yīng)是一個(gè)閉環(huán)的體系，即從材料、到最終的產(chǎn)品，無論是電芯、模塊還是系統(tǒng)，最后在應(yīng)用過程中體現(xiàn)出來這些性能，尤其重點(diǎn)關(guān)注的安全性能，應(yīng)是一個(gè)閉環(huán)的體系。我們?cè)诜治龅臅r(shí)候應(yīng)結(jié)合它的前世今生來分析。大家知道，電動(dòng)汽車要求接入國家監(jiān)控平臺(tái)，動(dòng)力電池應(yīng)有溯源系統(tǒng)，電池從選材、制造、檢測(cè)、使用、退役等相關(guān)信息進(jìn)行溯源管理。
美國、歐盟等在電動(dòng)汽車及關(guān)鍵部件的安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究較早，近年來，我國電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸完善。國際上比較知名的這些動(dòng)力電池的研究機(jī)構(gòu)，如SAE、ISO、 UL等，制定了一系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)覆蓋電芯、模塊、系統(tǒng)，測(cè)試項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)，比如UN38.3，因?yàn)閯?dòng)力電池是作為一個(gè)危險(xiǎn)品來運(yùn)輸?shù)模谶\(yùn)輸前要求一定要出具UN38.3的測(cè)試報(bào)告，涉及到從T1—T9的測(cè)試內(nèi)容。
現(xiàn)在借鑒比較多的，包括美國Freedom Car Sand 2005—3123的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試內(nèi)容包括：機(jī)械濫用、熱濫用、電濫用測(cè)試等。熱濫用也是我們國家重點(diǎn)關(guān)注的，專門針對(duì)熱濫用，包括熱擴(kuò)散、熱失控?cái)U(kuò)展等相關(guān)要求，同時(shí)也對(duì)應(yīng)的推薦了一些測(cè)試的方法、測(cè)試的流程。這個(gè)流程應(yīng)該說很有借鑒意義，合理安排測(cè)試樣品數(shù)量以及測(cè)試順序等。
SAE J2464，從機(jī)械、熱濫用、電濫用里面都做了詳細(xì)的介紹。
重點(diǎn)介紹一下美國的UL2580的標(biāo)準(zhǔn)，除了我們前面提到的機(jī)械環(huán)境的實(shí)驗(yàn)之外，在電氣測(cè)試方面比較有特點(diǎn)，這里面提到了溫升的實(shí)驗(yàn)、包括不平衡充電、甚至冷卻系統(tǒng)失效的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)可能是在我們實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)面臨的真的會(huì)碰到這些問題的。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如說熱平衡失效系統(tǒng)，因?yàn)榭赡艽蠹抑?，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(tǒng)，可能對(duì)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(shí)要打一個(gè)很大的問號(hào)。
歐盟ECE R100，動(dòng)力電池從2016年作為強(qiáng)制要求，10個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，這些標(biāo)準(zhǔn)的要求跟我們國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求類似。
回到國內(nèi)， 2015年以前，動(dòng)力電池相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是比較欠缺的，大家可能在這個(gè)行業(yè)比較熟悉的話，最早2015年電池公告實(shí)驗(yàn)是參考了汽車行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 743，對(duì)前期有一定的幫助，如果從一個(gè)產(chǎn)品的全面測(cè)評(píng)來講還是有所欠缺的，但是隨著后面我們整個(gè)一系列的標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，包括從GB/T 31467、31484、31485、31486，再到最近發(fā)布的可追溯體系到退下來回收體系等等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還有最近提到的動(dòng)力電池安全國標(biāo)，這些標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)以后，對(duì)我們產(chǎn)品前端起到良好的作用。具體的31485，單體、模塊相關(guān)的安全性要求實(shí)驗(yàn)。31467.3，電池系統(tǒng)強(qiáng)制性實(shí)驗(yàn)要求，總共16項(xiàng)內(nèi)容。
電動(dòng)客車的安全技術(shù)要求，動(dòng)力電池有熱失控及熱失控?cái)U(kuò)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(duì)安全的磷酸鐵鋰電池，三元電池目前無法應(yīng)用。
重點(diǎn)介紹一下新GB動(dòng)力汽車電池的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槭荊B強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，目前WTO通報(bào)，預(yù)計(jì)今年6、7月份就能發(fā)布，發(fā)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(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了GB/T 31485和GB/T 31467.3，同時(shí)結(jié)合電動(dòng)客車安全中電池?zé)崾Э亍崾Э財(cái)U(kuò)展相關(guān)內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)還定義了相關(guān)的試驗(yàn)流程。
比較國內(nèi)動(dòng)力電池安全標(biāo)準(zhǔn)，在電芯、模塊級(jí)別，從整個(gè)測(cè)試項(xiàng)目和要求來講，我國標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)來說更加嚴(yán)格。系統(tǒng)級(jí)別大家可以看一下，我們?cè)瓉?1467.3的標(biāo)準(zhǔn)，很大程度上借鑒了ISO 12405的標(biāo)準(zhǔn)。
這里對(duì)針刺試驗(yàn)不同標(biāo)準(zhǔn)做了比對(duì)，比如我們說的動(dòng)力電池的擠壓板形式，包括新國標(biāo)、ECE R100的標(biāo)準(zhǔn)、UL2580的標(biāo)準(zhǔn)、SAE J2464的標(biāo)準(zhǔn)，無論擠壓方向、擠壓程度、保持時(shí)間、測(cè)試對(duì)象、實(shí)驗(yàn)前SOC狀態(tài)、包括實(shí)驗(yàn)要求都有所不同，相比國際標(biāo)準(zhǔn)，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求是比較嚴(yán)的。
總的來說，目前國內(nèi)外動(dòng)力電池的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)還是比較多的，測(cè)試的方法和接受標(biāo)準(zhǔn)也有所區(qū)別，我們國家目前整個(gè)動(dòng)力電池安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過這幾年的發(fā)展目前相對(duì)是比較全面的，基本上涵蓋了國際主要的一些測(cè)試項(xiàng)目，包括根據(jù)電池發(fā)展趨勢(shì)、動(dòng)態(tài)更新，如熱管理相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目，這塊后期進(jìn)一步規(guī)范和考慮。同時(shí)我國動(dòng)力電池的安全測(cè)試，在測(cè)試資源、測(cè)試設(shè)備、研究對(duì)象要進(jìn)一步加強(qiáng)。
最后大概介紹一下我們?cè)谧龅囊恍﹦?dòng)力電池測(cè)試案例分析。這是電動(dòng)汽車的要求，首先要滿足車上這些要求，對(duì)應(yīng)的對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的測(cè)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(diǎn)關(guān)注安全性能的要求，目前在給客戶或整車廠做相關(guān)公告性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，其實(shí)有很多企業(yè)測(cè)試的要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求的，企業(yè)做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要求的不僅僅是Yes/No的關(guān)系，而是到底能達(dá)到什么要求，這里面會(huì)做很多研發(fā)的實(shí)驗(yàn)。這是一個(gè)典型的針刺實(shí)驗(yàn)，雖然沒有起火、沒有爆炸，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但是會(huì)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(duì)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(jìn)行針刺、過充等濫用試驗(yàn)研究。
同時(shí)大家看到的，對(duì)磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)的熱擴(kuò)散分析，通過針刺來觸發(fā)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(guān)熱性能的分析，對(duì)部分電池失效以后看其他相關(guān)的熱性能的特性。
熱擴(kuò)散以后對(duì)周圍環(huán)境的管理，包括電池包內(nèi)部局部的失效以后內(nèi)部的情況以及外部的情況。包括三綜合的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合振動(dòng)、環(huán)境變化、充放電的工況行為，包括機(jī)械沖擊的實(shí)驗(yàn)，電池包極端的擠壓的實(shí)驗(yàn)。做擠壓實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，擠壓的方向不一樣，其實(shí)結(jié)果都有可能是不一樣的，比如高壓接口和線束的位置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果都有影響。
火燒試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)里面要求是2分鐘，實(shí)際上很多廠家它在做試驗(yàn)時(shí)，可能讓你燒10分鐘、半個(gè)小時(shí)，到底它的狀態(tài)是什么樣的。還有模擬碰撞試驗(yàn)、水浸實(shí)驗(yàn)、跌落、可靠性，保護(hù)功能驗(yàn)證等試驗(yàn)。總的說來，這些驗(yàn)證主要對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行前端的安全性能把控。 要進(jìn)一步加強(qiáng)事中事后的安全監(jiān)管。
目前整個(gè)動(dòng)力電池安全應(yīng)該說有待進(jìn)一步提高，國內(nèi)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)較多，這些標(biāo)準(zhǔn)主要用于新產(chǎn)品的準(zhǔn)入或強(qiáng)制要求，但事中、事后的監(jiān)管和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步研究和完善，該標(biāo)準(zhǔn)體系可以作為儲(chǔ)能電池領(lǐng)域參考。
總的來說電池技術(shù)，不管是鋰電池還是鈉電池，這些新的電池技術(shù)不斷的出現(xiàn)，不管是用在動(dòng)力電池也好、儲(chǔ)能電池也好，應(yīng)該說整個(gè)測(cè)試評(píng)價(jià)的方法和標(biāo)準(zhǔn)也是不斷更新的，需要行業(yè)共同研究發(fā)展。
