《锂离子电池爆炸试验方法》

ICSXX.XXX

FXXT/CEC

中国电力企业联合会标准

T/CECXXXXX—201

储能用锂离子电池爆炸试验方法

（征求意见稿）

201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布I

储能用锂离子电池爆炸试验方法

1范围

本标准规定了储能用锂离子电池爆炸的安全试验方案、检验规则和评估标准。

本标准适用于接入电网中的矩形、软包及圆柱形锂离子电池，包括磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂等电

池类型，其他类型锂离子电池可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T18287-2013移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范

GB/T2900.41-2008电工术语原电池和蓄电池

GB/T31241-2014便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求

GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法

GB/T51048-2014电化学储能电站设计规范

3术语和定义

GB/T2900.41-2008、GB/T31485-2015中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

储能电池energystoragebattery

应用于储能系统中的能实现电能和化学能相互转换的装置，包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子。

3.2

起火fire

储能电池任何部位发生持续燃烧（持续燃烧时间大于1s）。花火及拉弧不属于燃烧。

3.3

爆炸explosion

储能电池在受到外界能量刺激下，壳体猛烈破裂，发出剧烈响声，同时产生大量气体，以及有主要

成分抛射出来，常伴随有燃烧现象产生。

3.4

主动电池initiativebattery

在外界初始能量刺激下（如充电、加热、短路、针刺、跌落、浸水等）发生爆炸的电池。

3.5

被动电池passivebattery

由主动电池爆炸引起的能量扰动导致状态发生改变的电池（被动电池状态指是否发生爆炸或损坏、

电池外观是否产生变化，电池容量是否发生衰减）。

3.6

荷电状态stateofcharge（SOC）

储能电池剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，用百分数表示。

3.7

最大爆炸压力maximumexplosionpressure

储能电池发生爆炸时对周围介质所产生的最大压力。

3.8

1

临界爆炸温度criticalexplosiontemperature

储能电池发生爆炸时将电池表面加热到的平均温度的最大值。

4符号

下列符号适用于本文件。

C1：1小时率额定容量，(Ah)；

I1：1小时率放电电流，其数值等于C1，(A)；

Um：生产企业提供的单体电池充电电压上限，(V)；

a：电池几何长度，(mm)，示意图见图2；

b：电池几何宽度，(mm)；

d：电池厚度，(mm)，其中，a>b>d；

h：圆柱形电池高度，(mm)；

L1：压力传感器数据采集端与电池中心距离，(m)；示意图见图1

θ1：压力传感器数据采集平面端法线与电池厚度d所在直线方向所呈的角度，(°)；

L2：高速摄像仪数据采集端与电池中心距离，(m)；

θ2：高速摄像仪数据采集平面端法线与电池厚度d所在直线方向所呈的角度，(°)。

5试验条件及测试要求

5.1试验的适用性

只有在涉及电池爆炸时才进行本标准规定的实验。

除非另有规定，测试完成后的样品不要求还能正常使用。

5.2试验的环境条件

除非另有规定，实验一般在下列条件下进行：

a)温度：20℃5℃；

b)相对湿度：15%75%;

c)大气压力：86kPa106kPa

注：本标准所提到的室温，是指25℃2℃。

5.3电池爆炸冲击波压力测试要求

采用压力传感器测量储能电池爆炸过程中的产生的冲击波压力。

5.3.1压力传感器选型及精度

a)测压范围：压电式>30psi，压阻式>100psi；

b)使用温度：压电式(室温~150℃)，压阻式(>500℃)；

c)灵敏度：压电式>80mv/psi，压阻式>10mv/psi；

5.3.2压力传感器布置方式

将两个压力传感器对称布置于垂直电池正面中心方向（以长宽面为电池正面），单侧传感器距电池

中心距离为L1，L1=5d，θ1=0。示意图如图1所示。

2

图1传感器布置示意图

5.4电池爆炸温度测试要求

采用热电偶传感器测量储能电池爆炸过程中电池表面的温度。

5.4.1温度传感器选型及精度

a)测温范围：室温~1000℃；

b)测温精度：2℃；

c)灵敏度：热响应时间<5S。

5.4.2温度传感器的布置方式

采用7根K型热电偶测试电池表面温度，热电偶布置如图2所示。

a)方型及薄膜型电池

T4位于电池几何中心，T1、T3、T5、T7位于以1/2a为半径的圆周上，T2与T4相距2/5b，T1、T2、

T3及T5、T6、T7分别在同一条直线上，T8布置于电池泄压装置上方10mm处（若电池存在泄压装置）。

b)圆柱形电池

各采集点位于同一条平行于电池轴心的直线上，T4该直线中点，各点相距均为1/7h。T8布置于电

池泄压装置上方10mm处。

3

图2热电偶布置点

5.5电池爆炸火球体积测试要求

采用高速摄影仪测量储能电池爆炸过程中产生的最大火球体积。

5.5.1火球图像采集装置精度

a)分辨率：>1360×1024；

4

b)拍摄速率：>500帧/秒；

c）最小曝光时间:5ns-1ms；

5.5.2火球图像采集装置布置方式

高速摄影仪距离电池中心为L2=2m，θ2=45°，摄影仪布置如图1所示。

6电池致爆方法

以过充电或加热的方式将电池致爆，可任选一种致爆方式触发电池爆炸。

6.1电池SOC调整

测试前将电池荷电状态调整至SOC=100%。室温下，单体锂离子储能电池先以1I1（1小时率放电

电流，其值等于1小时率额定容量C1）电流放电,至企业技术条件中规定的放电终止电压，搁置1h（或

企业提供的不大于1h的搁置时间），然后按企业提供的充电方法进行充电。

若企业未提供充电方法，则依据以下方法充电：

a)以1I1(A)电流恒流放电至企业技术条件中规定的放电终止电压；

b)搁置1h后，以1I1(A)电流恒流充电至企业技术条件中规定的充电终止电压后转为恒压充电，

充电至电流衰减为0.05I1(A)时停止充电，充电后搁置1h（或企业提供的不高于1h的搁置时间）。

6.2电池电致爆方法

电池过充电至爆炸试验按如下步骤进行：

a)储能电池单体按照6.1调整SOC为100%；

b)以2I1(A)电流恒流充电至储能电池发生爆炸，设置电池电压上限为10Um(V)，若电池至电压上

限后仍未发生爆炸，保持10Um(V)恒压（允许电流衰减）直至电池发生爆炸。

6.3电池热致爆方法

电池加热至爆炸试验按如下步骤进行：

a)储能电池单体按照6.1调整SOC为100%；

b)将电池加热至发生爆炸，若电池加热至最高温度后仍未发生爆炸，保持最高温度状态直至电池

发生爆炸。

7电池爆炸冲击波测量和评估方法

采用压力传感器检测电池爆炸以后产生的压力情况，评估电池爆炸压力对周围电池及环境的危害。

7.1最大爆炸压力测量

以2个压力传感器测试得到的压力数据为准，取爆炸时两个压力传感器测得的压力分别为P1、P2，

最大爆炸压力记为Pc，并按下式进行计算：

式中：P1为第1个传感器测得温度值，K；

P2为第2个传感器测得温度值，K.

7.2爆炸压力危害性评估方法

锂离子电池爆炸产生的冲击波压力对周围环境及人产生的危害可根据表1进行评估。

表1电池爆炸冲击波对人及周围环境长产生的伤害作用

5

伤害作用

超压/MPa危害等级

人体建筑物被动电池

0.0050.006门窗玻璃部分破裂

/I

0.0060.01/受压面的门窗玻璃大部分破裂

0.0150.02门框损坏电池产生微小形变II

0.020.03轻微伤害墙裂缝电池形变、容量衰减III

0.040.05听觉器官损伤或骨

墙大裂缝，屋瓦掉下电池严重形变IV

折

0.060.07内脏严重损伤或死木建筑厂房屋柱折断，房架松动

0.070.10亡砖墙倒塌

电池壳体破裂V

0.100.20防震钢筋混凝土破坏，小房倒塌

大部分人死亡

0.200.30大型钢架结构破坏

8电池爆炸温度测量及高温危害性评估方法

采用温度传感器监测电池爆炸前表面温度变化，评估由于电池高温对周围电池及环境造成的影响。

8.1爆炸临界温度测量

以热电偶测得的温度数据为准，取爆炸前各个传感器测得的温度为T1、T2、T3、…Ti，临界爆炸

温度记为Tc，并按下式进行计算。

式中：i为传感器个数；

Ti为第i个传感器测试温度，K.

8.2爆炸温度危害性评估方法

锂离子电池爆炸前电池表面高温对周围环境的影响如表2所示。

表2电池表面最高温度对周围环境的危害评估

温度T持续时间t被动电池状态危害等级

<10min

<60℃10min<t<30min无明显变化I

>30min

<10min电池容量发生衰减II

60℃<T<100℃10min<t<30min电池产生形变III

>30min

电池容量大幅度衰减IV

<10min

100℃<T<200℃10min<t<30min电池发生明显形变V

>30min

<10min被动电池发生热失控VI

>200℃

>10min

9电池爆炸火球体积测算方法

采用高速摄像仪采集电池爆炸以后产生的火球体积情况，评估爆炸产生的火焰危害情况。

9.1火球体积计算方法

6

a)从高速摄像仪记录的数据中选取爆炸火球面积最大的图像；

b)以图像处理软件对高速图像进行处理分析，计算得到最大爆炸火球面积。

9.2火焰危害性评估方法

锂离子电池爆炸后产生的最大火球体积对周围环境的影响可由表2进行评估。

锂离子电池爆炸后产生的最大火球体积对周围环境的影响可由表2

最大火球直径r燃烧持续时间t