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锂离子动力电池安全性试验检测方法

文档作者：杨杰张凯庆史瑞祥文档来源：重庆车辆检测研究院		点击数：	更新时间： 2021年05月07日
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2014(12)
ng汽车工程师 APPLICATION技术应用
锂离子动力电池安全性
试验检测方法
杨杰张凯庆史瑞祥晴
摘要:文章概述了国内外锂离子动力电池安全性相关技术标准,对比各标准体系的颁布日期适用范围、技术特点及内
容,在此基础上,以QCT743-2006为例,结合实际经验,重点探讨过充电试验、短路试验、针刺试验及挤压试验的相关试
验检测方法,并有针对性地提出建议,为开展相关试验检测提供参考。
关键词:锂离子动力电池;安全性;试验检测方法
 Test Method of Lithium-ion Battery Safety
 Abstract: This paper introduces Chinese and foreign technical standards and regulations related to lithium-ion battery safety.
 compares different standard systems from the issued date, scope, technical property and contents. In this paper, taking QC/T
 743-2006 as an example to study over-charge test, short-circuit test, needle penetration test and squishing test combined
 with the practical experience, at the same time
 put forward in the paper, providing some reference for
 carrying out test and inspection.
 Key words: Lithium-ion battery; Safety; Test method
随着电动汽车保有量的与日俱增,电动汽车也频术的发展,提高其安全性。
发起火事故,引发了社会各界对电动汽车动力电池安1国内外相关技术标准
全性的担忧和质疑,其试验检测技术受到世界各国的目前,国内外涉及锂离子动力电池安全性的技术
高度重视。在概述国内外锂离子动力电池安全性相关标准主要有SO12405系列IEC62660系列5、SAE
技术标准的基础上,以QCT743-2006为例,结合实际J2929、UL2580和QC/T743,其标准代号、颁布日
经验,探讨其试验检测方法并提出建议,为开展相关试期、适用范围及技术特点,如表1所示。
验检测提供参考,以促进锂离子动力电池试验检测技
表1国内外相关技术标准对比
标准体系
标准代号
颁布日期
适用范围
技术特点
IS12405-1:20112011-08-05
针对功率型电池,包括电性能和环境适用性方面的要求
S01405-20206-29电池包及电池系统针对容量型电池包括电性能和环境适用性方面的要求
iso/12405-3
 IECI
ec62660-1:20102010-12-01
单体电池(电池芯)
电性能测试规范,无技术要求
C62660-220102010-12-01
可靠性和安全性测试规范,无技术要求
 SAE SAE29920112011-02-01电池包及电池系统
安全性方面的要求
ULUL2582011
2011-10-13
单体电池、电池模块、电电性能、环境适用性和安全性方面的要求,以及生产线
池包及电池系统
上针对电池组零部件的基本安全测试要求
 QC QC/T743-2006
2006-08-01单体电池及电池模块电性能、环境适用性和安全性方面的要求
综合对比表1所列的技术标准,主要存在以下4个颁布,个别标准(如ISO/CD12405-3)还正在制定中,
方面的差异。
而国标QC/T743在2006年8月就已颁布,从2009年
1)在颁布日期方面:国外标准大多在2011年以后7月开始作为我国锂离子动力电池的强制性检验依据。
-59-
技术应用 APPLICATION En8汽车工程师
2014年12月
2)在适用范围方面:QC/T743只针对单体电池及从图1可以看出,方法2电池在较短时间内表面
电池模块,范围较窄,而UL2580作为UL认证的依据,温度达到72℃,是方法1电池表面温度23℃的3倍
涵盖内容全面,既包含了单体电池、电池模块、电池包多,且试验结束时电压瞬时最高达到11.5V,是方法1
及电池系统的电性能、环境适用性和安全性方面的要的2倍多。可见,方法2比方法1的考核更为苛刻。此
求,又包含了生产线上针对电池组零部件的基本安全外,相比而言,方法1对设备能力要求不高,结束试验
测试,如外壳耐燃和金属材料耐腐蚀等,同时在电池管时的电池电压也较低,即对试验设备和试验人员的安全
理系统、冷却系统以及保护线路设计方面加强了安全性较好,且试验时间最多为90min,实际操作性较强。而
性审查要求
方法2对于部分加装有保护电路的电池,实际可能达不
3)在技术特点方面:除IEC62660系列无技术要到10V的试验结束条件,适用性不强。
求外,其余标准都涵盖了试验方法和技术要求两方面建议:在实际试验检测中,作为对电池的基本考核
内容,且SAEJ2929引用了国际上相对成熟的标准方以及部分加装有保护电路的电池,应优先选择方法1,
法,是专门针对电池包及电池系统的安全性标准若是加严考核,则可选择方法2
4)在标准内容方面:SAEJ2929相比QC743增2.2短路试验中电池状态的确定
加了浸水、火灾模拟及机械冲击等试验内容,更好地模QC/T743短路试验要求电池经外部短路时间为
拟和评估动力电池的安全性。
10min,而对于部分加装了热敏电阻PTC等保护电路
2试验检测方法
的圆柱形电池或极耳处连接片横截面较小的方形电
我国从2008年才开始大规模发展电动汽车,磷池,在短路试验中电流过大后,由于PTC等保护电路作
酸铁锂电池为代表的锂离子动力电池也是2008年以用或连接片承受电流有限被熔断,通常在3min左右就
后才得以广泛应用,而QCT743早在2006年就已颁会切断电流,致使剩余的短路试验时间没有实际考核
布,标准尚缺乏大量实践基础,从2009年开始作为强意义。值得注意的是:类似以上电池状态的出现也不排
制性检验依据实施至今,难免存在不足之处。在QCT除是企业为了通过检测,故意为之。
743全部13项安全性试验检测项目中(单体电池项,建议:在实际试验检测中,应结合实际装车情况确
电池模块6项),过放电加热和跌落等试验项目的问定短路试验中的电池状态。对于“故意为之”的电池,应
题不大,存在的主要问题有:容易发生起火、爆炸的过采取去除保护电路和增加连接片等措施后再进行短路
充电、短路、针刺和挤压等关键试验项目的相关试验检试验。
测方法
2.3针刺试验条件的确定
2.1过充电试验2种方法的确定
QC/T743针刺试验要求钢针直径为3~8mm,针刺
QC/T743过充电试验给出了2种方法,方法1:以313速度为10~40mm/s,电池模块针刺至少贯穿3个单体
(A)电流充电,即以3倍的3h率放电电流充电,至蓄电池电池。由于不同的钢针直径、针刺速度和贯穿电池个数
电压达到5V或充电时间达到90min(其中一个条件优先对试验结果影响很大,而且标准给出的范围又较大,在
达到即停止试验);方法2:以91(A)电流充电,即以9倍实际试验检测中容易造成试验结果的不可比和不准
的3h率放电电流充电,至蓄电池电压达到10V即停止确。
试验。图1示出相同电池在2种方法下的试验结果。其中,钢针直径和贯穿电池个数对试验结果的影
12方法1(电压)
0
响比较确定,针刺速度对试验结果的影响尚不明确。钢
→方法2(电压)
10方法1(温度)
针直径越大,与电池内部正负极材料、隔膜及电解液等
一4方法2(温度)
60
组成部分的接触面积越大,且能够承受的内部短路电
流越大,导致电池内部的化学与电化学反应越剧烈,越
40
容易发生起火、爆炸。贯穿电池个数越多,即电池模块
30
130
内部短路电流越大,也会导致电池内部的化学与电化
20
学反应越剧烈,越容易发生起火、爆炸。而针刺速度的
影响与电池的材料体系、电解液配方有很大关系,加之
10020030040010
标准并未规定试验保持时间及观察时间,故针刺速度
时间
图1电池过充电试验2种方法对比
对不同电池试验结果的影响还需进一步分析研究。
-60-
第12期
eng汽车工程师 APPLICATION技术应用
建议:在实际试验检测中,作为对电池的基本考2,2b,2c中的其余2个挤压方向对试验结果的影响尚
核,应选择中3mm钢针,贯穿3个单体电池,若是加严不明确,还需要进一步分析研究。
考核,则可选择较大钢针直径和贯穿较多单体电池。而建议:在实际试验检测中,应结合电池装车后的布
对于针刺速度的选择,鉴于目前其影响规律尚不明确,局,考虑前碰、后碰及侧碰等情况确定挤压方向。对于
可选择标准规定范围的中值(25mm/s)进行试验。
图2a,2b,2c中的情形,可在挤压方向1和挤压方向2
2.4挤压试验中挤压方向的确定
下分别做试验,全面考核电池受到挤压变形后的安全
QC/T743电池模块的挤压试验要求挤压方向为垂性。对于图2d中的情形,作为基本考核,可选择挤压方
直于单体电池排列方向施压,而对于不同排列方向的向2,若是加严考核,则可选择挤压方向3。
电池,其挤压方向对试验结果的影响很大,在实际试验3结语
检测中容易造成试验结果的不可比和不准确。
依据2012年6月国务院印发的《节能与新能源
由于动力电池目前还处于发展阶段,受到装车后汽车产业发展规划(2012—2020年)》,到2015年,纯
的结构布置、散热及充放电效率等因素影响,其单体电电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量将力争
池的排列方向也有较多类型。图2示出单体电池排列达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合
方向与挤压方向示意图。
动力汽车生产能力将达200万辆、累计产销量将超
过500万辆。可以预见,国家及地方政府对电动汽车产
挤压方向3
挤压方向3
业的扶持力度还将持续加大,动力电池的安全性问题
势必会更加凸显。国内相关单位应继续加强完善动力
挤压方向1
挤压方向2电池的标准体系,不断提升其安全性试验检测技术,进
而增强动力电池的安全性水平。
挤压方向2
挤压方向1
参考文献
 Int
 Standardization. IS0 12405-1: 2011Electri-
a第1种情形
b第2种情形
 cally propelled
挤压方向3
挤压方向1
 ISO/FDIS 12405-2
挤压方向2
挤压方向3
挤压方向1
挤压方向2
e第3种情形
d第4种情形
图2单体电池排列方向与挤压方向示意图
从图2可知,挤压方向1为平行于单体电池排列
方向,挤压方向2,3均为垂直于单体电池排列方向,且
挤压方向3直接与电池极耳接触,更容易引起电池的
内、外部短路,考核更为苛刻。考虑到挤压试验主要是
考核电池装车后受到挤压的情形,挤压方向理论上应
与实际装车后最易受到挤压的方向一致,然而实际车
辆运行工况复杂多变,该方向通常不可获得。如图
2a,2b,2c中的挤压方向3以及图2d中的挤压方向1,7
都对应于整车垂直方向上受到挤压的情形,显然相较
于其余2个挤压方向,该方向不容易受到挤压,除了8]全国汽车标准化技术委员会
电动汽车用锂离子蓄电
图2d中的挤压方向3比挤压方向2考核更为苛刻,图池s北京:中国计划出版社200
-61
2014(12)
E汽车工程师USE· SERVICE使用维修
雾天行车
一定要注意
保持车距!
 GDRG
雾天汽车安全高效行驶8妙招
中高林
(哈尔滨
冬季大雾及雾霾天气较多,雾天行车因能见度变买空气净化器、汽车氧吧及光源除臭器等相关车载设
差,影响到驾驶安全。因此,大雾天气,要掌握一些驾驶备,用车载12V电源就可以工作,以提高车内空气的
技巧,一方面减少外界可吸入颗粒物对自己健康的伤质量。
害,另一方面保证行驶安全。
3注意清洗滤芯
1不开车窗和天窗
雾天,发动机进气滤芯和空调滤芯也会吸纳大量
雾天,不开车窗的状态下,车内是一个相对封闭的杂质和污垢,太多的污垢沉积在滤芯上不仅会降低进
环境,污染物进入车内的数量会大为减少。同时,很多气效率、造成发动机动力下降及空调风量不足等状况,
驾驶员习惯用开启天窗来进行换气。不过,大雾天时,而且积累在滤芯上的污垢会滋生细菌或霉变,造成空
开启天窗也会有可吸入颗粒物被带入车内,而且行车调异味,对健康产生威胁。因此,空调滤芯对车内空气
过程中难免遇到减速或停车,此时开启的天窗也成了质量的影响非常重要,每年最少要清洗一次空调系统,
污染空气的入口,因此只要车内的空气质量不是特别每两年更换一次空调滤芯。
差,特别是在雾霾天就不要打开任何窗户。
如果经常在污染或扬尘较多的环境行驶,则应适
2开启空调内循环
当增加更换次数。特别是雾霾天气过后,应到维修处用
空调是汽车内外空气交换的渠道,因此遇到雾霾高压空气清理滤芯将其中部分污物吹走。
天气时,应及时将空调切换到内循环模式,这样车厢内4正确使用汽车灯光
的气流就成为封闭循环,一定程度上可以减少外界污
有人认为远光灯肯定照得远,可雾天恰好相反,要
染物的进人。同时利用内循环时空调本身的过滤作用,使用近光灯。因为远光灯向上方照,光线被雾气漫反
也可以进一步降低车内悬浮颗粒物的浓度。
射,会在车前形成白茫茫一片,眼中除了“白”还是
不过有些车型在自动空调的基础上,增加了外界“白”。同时,当雾天能见度<1km时,最好把车上的雾
空气质量检测功能,传感器探测到外界空气质量恶劣灯、示宽灯及双闪灯等都打开(除了远光灯),以此来提
时,会自动将空调切换到内循环模式。另外还可以购醒前后车辆注意避让。
王宏伟,刘军肖海青等国内外锂离子动力电池相关标准对比分析中国公路学会客车分会,2013
电子元件与材料,2012(10):83-86
]杨杰,夏晴,史瑞祥,等电动汽车动力电池公告检测中存在的问题
10]杨杰,史瑞祥,张凯庆,等锂离子动力电池安全性试验检测存在的及建议客车技术与研究,2011(2):23-25.
主要问题分析与建议C2013年中国客车学术年会论文集湖南:
(收稿日期:2014-08-15)
-62-

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