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，上海機(jī)動(dòng)車檢測認(rèn)證技術(shù)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(huì)上分享了主題報(bào)告《動(dòng)力電池安全性能測評(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)車檢測中心，作為國家第三方的檢測機(jī)構(gòu)，無論從整車還是到部件級(jí)別，開展相關(guān)的測試，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)、漏液問題等等，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)力電池測評(píng)、安全測評(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、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)?，在運(yùn)輸前要求一定要出具UN38.3的測試報(bào)告，涉及到從T1—T9的測試內(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)，測試內(nèi)容包括：機(jī)械濫用、熱濫用、電濫用測試等。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)的推薦了一些測試的方法、測試的流程。這個(gè)流程應(yīng)該說很有借鑒意義，合理安排測試樣品數(shù)量以及測試順序等。
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?、熱失控?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)力電池的測試標(biāo)準(zhǔn)還是比較多的，測試的方法和接受標(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試項(xiàng)目，包括根據(jù)電池發(fā)展趨勢、動(dòng)態(tài)更新，如熱管理相關(guān)的測試項(xiàng)目，這塊后期進(jìn)一步規(guī)范和考慮。同時(shí)我國動(dòng)力電池的安全測試，在測試資源、測試設(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)?？偟恼f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。
