2022动力电池安全性测试与评价

动力电池安全性测试与评价动力电池安全性测试与评价目录•国内外动力电池安全标准介绍•动力电池安全性测试评价•小结2背景目录•国内外动力电池安全标准介绍•动力电池安全性测试评价•小结2背景新能源汽车着火频发，电池安全引起重点关注！3新能源汽车着火频发，电池安全引起重点关注！3动力电池面临的安全挑战动力电池等储能装置本质上是具有危险性的，且随着其比能量和比功率的提高，发生事故的危险性将增大碰撞违规充电浸水自燃动力电池面临的安全挑战动力电池等储能装置本质上是具有危险性的，且随着其比能量和比功率的提高，发生事故的危险性将增大碰撞违规充电浸水自燃事故原因分析热稳定性金属Li析出金属枝晶SEILi量安全性选材电极研制工艺模块老化热稳定性◎◎◎◎◎◎金属Li析出○○◎◎◎◎金属枝晶△△○◎◎◎SEI・Li量△△○○◎◎事故描述关联原因无法正常充电(2)事故原因分析热稳定性金属Li析出金属枝晶SEILi量安全性选材电极研制工艺模块老化热稳定性◎◎◎◎◎◎金属Li析出○○◎◎◎◎金属枝晶△△○◎◎◎SEI・Li量△△○○◎◎事故描述关联原因无法正常充电(2)断路/部分断路—电极材料脱落满电态无法行驶(3)电池快速老化—有效锂的量减少续驶里程与宣传不符(1)电池快速老化—有效锂的量减少快速充电功能失效(1)电池内阻增大行驶中电池故障(1)断路/部分断路—电极材料脱落为什么电池系统存在安全性问题？如何评价电池风险？建立“材料—为什么电池系统存在安全性问题？如何评价电池风险？建立“材料—产品---安全”闭环联动测评方法及平台意义重大！6目录•背景•动力电池安全性测试评价•小结7国内外动力电池安全标准介绍目录•背景•动力电池安全性测试评价•小结7国内外动力电池安全标准介绍3.1国外主要动力电池测试标准8StandardOrganizationStandardnumberNameDUTNotescellmodulepackSAEJ2464-2009ElectricandHybridElectricVehicleRechargeableEnergyStorageSystemSafetyandAbuseTesting√√√SafetyJ2380-2009VibrationTestingofElectricVehicleBatteries√√MechanicalStressISO12405-12009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part1:Highpowerapplications√Electricalperformance12405-22009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part2:HighEnergyapplications√Electricalperformance12405-32009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part3:Safety√SafetyUSABCSAND2005-3123ElectricalEnergyStorageSystemAbuseTestManualforElectricandHybrideElectricVehicleApplications√√√SafetyDOE/ID-11069FreedomCARBatteryTestManualforPower-AssistHybridElectricVehicle√ElectricperformanceUL1642LithiumBatteries√√ReliabilityandAbuseTesting2580BatteriesforUseinElectricVehicles√√ReliabilityandAbuseTestingUN38.3LithiumBatteryTestingRequirements√√SafetyECER100Part2:RequirementsofaRechargeableEnergyStorageSystemwithregardtoitsSafety√SafetyIEC62660-1：2010Secondarylithium-ioncellsforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part1:Performancetesting√Electricalperformance62660-2：2010Secondarylithium-ioncellsforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part2:ReliabilityandAbuseTesting√ReliabilityandAbuseTesting3.1国外主要动力电池测试标准8StandardOrganizationStandardnumberNameDUTNotescellmodulepackSAEJ2464-2009ElectricandHybridElectricVehicleRechargeableEnergyStorageSystemSafetyandAbuseTesting√√√SafetyJ2380-2009VibrationTestingofElectricVehicleBatteries√√MechanicalStressISO12405-12009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part1:Highpowerapplications√Electricalperformance12405-22009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part2:HighEnergyapplications√Electricalperformance12405-32009Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationsforLithium-iontractionbatterypacksandsystems-Part3:Safety√SafetyUSABCSAND2005-3123ElectricalEnergyStorageSystemAbuseTestManualforElectricandHybrideElectricVehicleApplications√√√SafetyDOE/ID-11069FreedomCARBatteryTestManualforPower-AssistHybridElectricVehicle√ElectricperformanceUL1642LithiumBatteries√√ReliabilityandAbuseTesting2580BatteriesforUseinElectricVehicles√√ReliabilityandAbuseTestingUN38.3LithiumBatteryTestingRequirements√√SafetyECER100Part2:RequirementsofaRechargeableEnergyStorageSystemwithregardtoitsSafety√SafetyIEC62660-1：2010Secondarylithium-ioncellsforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part1:Performancetesting√Electricalperformance62660-2：2010Secondarylithium-ioncellsforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part2:ReliabilityandAbuseTesting√ReliabilityandAbuseTestingUN38.39联合国针对锂离子电池航空运输安全要求，T1~T8八项试验。UN38.39联合国针对锂离子电池航空运输安全要求，T1~T8八项试验。FreedomCar(SAND2005-3123)推荐测试顺序测试内容10电滥用测试过充短路过放局部短路FreedomCar(SAND2005-3123)推荐测试顺序测试内容10电滥用测试过充短路过放局部短路热滥用测试热稳定性模拟火烧加速温度存储快速充放电温度冲击循环机械滥用测试针刺跌落水浸模拟翻滚机械冲击SAEJ2464 械滥用验 电滥用试验热滥用试验机械冲击（）跌落（电池包）针刺（SAEJ2464 械滥用验 电滥用试验热滥用试验机械冲击（）跌落（电池包）针刺（）翻滚（）盐水浸泡（）挤压（）短路（包）过充（包）过放（）高温危险（）热稳定性（）（块和包）上）（块或包）SAEJ2464主要针对电芯、模块、系统的安全及滥用测试，包括机械、热、电滥用试验UL2580特有项12UL2580特有项12ECER100Part2挤压板挤压100KNFGBCEADHTime冲击波形火烧试验模拟碰撞13AccelerationMaximumcurveECER100Part2挤压板挤压100KNFGBCEADHTime冲击波形火烧试验模拟碰撞13AccelerationMaximumcurveMinimumcurve振动机械冲击挤压外部火烧过充保护过放保护过温保护联合国关于M、N类电动汽车储能系统的统一规定，共9项，镍氢电池增加1项气体排放实验3.2国内现有电动汽车动力电池测试标准动力电池新国标GB/T31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3.2国内现有电动汽车动力电池测试标准动力电池新国标GB/T31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分高功率应用测试规程GB/T31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分高能量应用测试规程GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分安全性要求与测试方法GB/T31484-2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法GB/T31486-2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法GB/T34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》GB/T34014-2017《汽车动力蓄电池编码规则》GB/T34015-2017《车用动力电池回收利用余能检测》GB《电动汽车用动力蓄电池安全要求》QC/T741-2014车用超级电容器QC/T742-2006电动汽车用铅酸蓄电池QC/T743-2006电动汽车用锂离子蓄电池QC/T744-2006电动汽车用金属氢化物镍蓄电池QC/T840-2010电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸QC/T897-2011电动汽车用电池管理系统技术条件GB/Z18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池GB/Z18332.2-2001电动道路车辆用金属氢化物镍蓄电池GB/Z18333.1-2001电动道路车辆用锂离子蓄电池GB/Z18333.2-2015电动汽车用锌空气电池GB/T3148515量；动力电池产品公告要求；测试过程中去掉模块保护措施三元电池针刺、过充失效率高送样模块容量要求大于GB/T3148515量；动力电池产品公告要求；测试过程中去掉模块保护措施三元电池针刺、过充失效率高送样模块容量要求大于标准中。针刺暂不做要求单体、模块安全要求及实验方法，各10项测试，单体每项2个样品，模块每项1个样品GB/T••测试要求满电由于特殊原因（重量、尺寸）可用符合整车相关要求的子系统代替电池产品公告要求（征求意见稿），振动和挤压暂缓；动力电池系统企业行业准入强制标准国内获得标准全项CNAS资质的第三方实验室4GB/T••测试要求满电由于特殊原因（重量、尺寸）可用符合整车相关要求的子系统代替电池产品公告要求（征求意见稿），振动和挤压暂缓；动力电池系统企业行业准入强制标准国内获得标准全项CNAS资质的第三方实验室4家，测试资源少•••16电池包或系统安全测试要求及测试方法，共16项，包括机械、热、环境、电气保护等项目电动客车安全技术条件可充电储能系统BC按照GB/T电动客车安全技术条件可充电储能系统BC按照GB/T31467.3-2015中31467.3-2015中7.9蓄电池包热失控扩展安全等级17一级蓄电池包未发生起火、爆炸且蓄电池包表面温度不超过150℃二级蓄电池包未发生起火、爆炸，但蓄电池包表面温度超过150℃三级蓄电池包发生起火燃烧，但未发生爆炸四级蓄电池包发生爆炸蓄电池单元热失控试验(附件B)试验方法完成测试对象与加热装置的装配，加热功率要求见表3,加热装置与蓄电池应直接接触（参见图1），器，监测测试对象的正、负极柱，和各可测面几何中心的温度，温度数据采集频率要求不小于1Hz记录一个数据，精度要求小于±0.5℃。将测试对象充电到100%SOC蓄电池单元热失控试验(附件B)试验方法完成测试对象与加热装置的装配，加热功率要求见表3,加热装置与蓄电池应直接接触（参见图1），器，监测测试对象的正、负极柱，和各可测面几何中心的温度，温度数据采集频率要求不小于1Hz记录一个数据，精度要求小于±0.5℃。将测试对象充电到100%SOC后，再对测试对象用1C电流继续充电12min。启动加热装置对测试对象进行持续加热，直到出现如下条件之一后关闭加热器。与加热装置直接接触的电池任何一测量点的温度均超过150℃（dT/dt）超过10℃/s；各测量点的温度超过300℃，并持续5min。加热过程中及加热结束1h内，如果发生起火、爆炸现象，则试验终止。18测试对象容量x（Wh）加热器最小功率（W）<=100200200<x<=800500>800800硬壳及软包蓄电池单元圆柱形蓄电池单元新国标GB新国标GB《电动汽车用动力蓄电池安全要求》2016年11（GB）的制定工作;2017年3（GB）;预计2017年9（GB）5.将GB/T31485-2015和GB/T31467.3-2015检测项目合并，并加入车辆实际运行过程中可能遇到的滥用情形；试验项目20试验项目20安全性试验项目规范21安全性试验项目规范213.3标准对比单体/模块序号测试项目GB/T31485-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB1过充电√XXX√2过放电√XXX√3短路√XXX√4加热√XXX√5温度循环√XXX√6低气压√XXX√7挤压√XXX√8振动√XXX√9机械冲击√XXX√10跌落√XXX（机械冲击代替）11针刺√XXX12海水浸泡√XXX3.3标准对比单体/模块序号测试项目GB/T31485-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB1过充电√XXX√2过放电√XXX√3短路√XXX√4加热√XXX√5温度循环√XXX√6低气压√XXX√7挤压√XXX√8振动√XXX√9机械冲击√XXX√10跌落√XXX（机械冲击代替）11针刺√XXX12海水浸泡√XXX3.3标准对比系统序号测试项目GB/T31467.3-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB1振动√√X√√2机械冲击√√XX√3模拟碰撞√√X√√4挤压√√X√√5翻转√XXX√6跌落√XXX√7温度冲击√√X√√8湿热循环√√XX√9盐雾√XXX√10高海拔√XXX√11海水浸泡√XXX√12热失控扩展X√XX√3.3标准对比系统序号测试项目GB/T31467.3-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB1振动√√X√√2机械冲击√√XX√3模拟碰撞√√X√√4挤压√√X√√5翻转√XXX√6跌落√XXX√7温度冲击√√X√√8湿热循环√√XX√9盐雾√XXX√10高海拔√XXX√11海水浸泡√XXX√12热失控扩展X√XX√序号测试项目GB/T31467.3-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB13外部火烧√√X√√14高温保护√√X√√15短路保护√√X√√16过放电保护√√X√√17过充电保护√√X√√18低温保护XXXX√19过流保护XXXX√序号测试项目GB/T31467.3-2015ISO12405IEC62660-2ECER100.2GB13外部火烧√√X√√14高温保护√√X√√15短路保护√√X√√16过放电保护√√X√√17过充电保护√√X√√18低温保护XXXX√19过流保护XXXX√3.3标准比对---动力电池包挤压试验标准比较25标准 新国标 ECER100 UL2580 SAEJ24643.3标准比对---动力电池包挤压试验标准比较25标准 新国标 ECER100 UL2580 SAEJ2464挤压板形式 半径75mm半圆柱体 3个75mm半圆柱体，边缘 3个75mm半圆柱体，边缘 3个75mm半圆柱体，边缘间隙30mm,底板平 间隙30mm,底板平 间隙30mm,底板平挤压方向 X,Y 与车行驶方向垂直的2个 X,Y,Z 最脆弱的2个方向方向挤压程度 200kN或变形量30% 100kN 13±0.78kN 变形到85%保持5分钟，继续压缩到50%，挤压力小于1000倍电池重量保持时间 10分钟 最少100ms，不超过10s 1分钟 挤压速度：电芯0.5~1mm/min包0.5~1cm/min测试对象 电芯、模块、系统 系统 系统 电芯、模块、系统试验前SOC状态 100%SOC >=50%SOC 100%SOC 100%SOC要求 不起火、不爆炸 不漏液、不起火、不爆炸 不起火、不爆炸 部分漏液、不起火、不爆<=4 <=2 <=4 炸<=33.3标准比对---动力电池包振动试验标准比较26标准 UN38.3 ISO12405/GBT31467.3 SAEJ2380 GMW3.3标准比对---动力电池包振动试验标准比较26标准 UN38.3 ISO12405/GBT31467.3 SAEJ2380 GMW16390频率范围 7~200Hz 5~200Hz 10~190Hz 8~1000Hz量级 （大电池）最大2G，电池 X:0.96Grms Z:1.9&0.75/0.95Grms Z:1.4Grms包>6.2kWh不做要求 Y1:1.23Grms Y:1.5&0.4/0.75Grms X&Y:1.1GrmsY2:0.95Grms X:1.5&0.4/0.75GrmsZ:1.44Grms试验周期 Z:3小时 Z:21/15/12小时Z:10.8/7.3小时 Z:24小Y:3小时 Y:21/15/12小时Y:38.18/13.58小时 Y:24小X:3小时 X:21/15/12小时X:38.18/13.58小时 X:24小Z:5.4/3.65小时样品数量 1个（前提是电芯和模块 1/2/3个 未规定 Phase4:1个已通过UN38.3) Development:2DV:6个PV:6个试验前SOC状态 100%SOC 50%SOC/满电 100%SOC 未规定高低温要求 无 有 无 有（-40~75℃或另行约定） （电芯最低温达到TcellMin+5℃以及电芯最温达到TcellMax-5℃)试验中充放电要求 无 无 有 有(仅作为SOC调节，C/3） （50%时间工况谱，50%时间1CCHA/2CDCH）3.4小结国内外动力电池安全测试标准较多，测试主要内容基本相同，主要包括机械、热、电滥用测试，根据国家或区域要求适当增减测试项目；测试方法和接受标准有所区别，但不起火、不爆炸是电池安全底线；3.4小结国内外动力电池安全测试标准较多，测试主要内容基本相同，主要包括机械、热、电滥用测试，根据国家或区域要求适当增减测试项目；测试方法和接受标准有所区别，但不起火、不爆炸是电池安全底线；需要根据电池发展趋势动态更新和完善，如热管理相关的测试项目及要求；我国动力电池安全测试系统、设备、实验室及研究分析平台等能力需要进一步加强。27目录•背景•国内外动力电池安全标准介绍•小结28动力电池安全性测试评价目录•背景•国内外动力电池安全标准介绍•小结28动力电池安全性测试评价整车应用对动力电池的要求电性能 整车应用对动力电池的要求电性能 宽高高高 快温安能功长低速度全量率寿成充范特密密命本电围性度度 性能整要求 加 使 全使 续 速 经 用 天 回用 驶 爬 济 便 候 收安 里 坡 性 捷 使 利全 程 性 性 用 用能动力电池系统30主要包括电性能、机械、环境、EMC、低压电源及接口、电气安全、滥用安全等。动力电池系统30主要包括电性能、机械、环境、EMC、低压电源及接口、电气安全、滥用安全等。三元电池模块针刺试验电芯温度曲线试验照片31容量大，比能量密度高的电池失效率高，主要是热失控引起起火三元电池模块针刺试验电芯温度曲线试验照片31容量大，比能量密度高的电池失效率高，主要是热失控引起起火电池热安全电芯过充磷酸铁锂方壳电芯过充三元方壳电芯过充三元软包电芯过充电池热安全电芯过充磷酸铁锂方壳电芯过充三元方壳电芯过充三元软包电芯过充磷酸铁锂电池包热扩散(针刺触发)触发电芯磷酸铁锂电池包热扩散(针刺触发)触发电芯磷酸铁锂电池包热扩散(过充触发)Tmax250℃峰值电压磷酸铁锂电池包热扩散(过充触发)Tmax250℃峰值电压磷酸铁锂电池包(加热触发)触发电芯电压磷酸铁锂电池包(加热触发)触发电芯电压触发电芯池热失控后，其相邻四节电芯电压异常，其余电芯外观和电压数据完好。上盖下箱体典型磷酸铁锂标准箱热扩散试验后外观触发电芯池热失控后，其相邻四节电芯电压异常，其余电芯外观和电压数据完好。上盖下箱体典型磷酸铁锂标准箱热扩散试验后外观电池包振动试验37结构紧凑、外形规整对称、体积和重量较小的电池包比较容易通过试验；至漏液、起火；新国标与电池包振动试验37结构紧凑、外形规整对称、体积和重量较小的电池包比较容易通过试验；至漏液、起火；新国标与SAEJ2380相比，失效率更高；标准已修改，Z方向3小时机械冲击实验标准的选择ISO16750-3section4.2.2GMW16390section7.3.3orsection8.3.3ISO标准最大机械冲击实验标准的选择ISO16750-3section4.2.2GMW16390section7.3.3orsection8.3.3ISO标准最大50g，针对车用小零部件，不适用电池系统EP11机械冲击采用GMW到40g，功能正常38电池包挤压试验39如果车身部件作为电池外壳或保护件，可以与电池包一起试验在已完成的试验中，变形量和挤压力达到的都有；如果高压接插件在电池包两端，挤压过程中极易发生短路；挤压方向的确定；电池包挤压试验39如果车身部件作为电池外壳或保护件，可以与电池包一起试验在已完成的试验中，变形量和挤压力达到的都有；如果高压接插件在电池包两端，挤压过程中极易发生短路；挤压方向的确定；试验安全防护至关重要，挤压过程中实时监控BMS火，可迅速将电池包吊装到水槽中标准修改，挤压力100kN电池包火烧试验40覆盖GB/T31467.3电池包火烧试验40覆盖GB/T31467.3ECER100标准可灵活拼装的油盘精确控制加油量和火烧时间隧道中试验，风速可控，排烟处理火烧时间短，通过率高电池包模拟碰撞试验41出于试验风险考虑，一般在做完振动试验后再做模拟碰撞试验；试验通过率高；电池包模拟碰撞试验41出于试验风险考虑，一般在做完振动试验后再做模拟碰撞试验；试验通过率高；试验样品过大时可用子系统代替试验试验安全保护考虑，碰撞台车上加装安全防护箱，配备大流量灭火系统，且防护箱具有电绝缘、防漏水功能电池包水浸试验423.5%NaCl盐水，全部浸没，绝缘电阻检测不小于100Ω/V上下盖、接插件及安装部位容易漏水；电池包水浸试验423.5%NaCl盐水，全部浸没，绝缘电阻检