关于电动汽车电池热扩散测试标准及方法最权威分析

关于电动汽车电池热扩散测试标准及方法最权威分析

电动汽车作为国家汽车行业发展的趋势已经日渐明朗,在一系列激励政策的推动下,国内电动汽车保有量已经超过300万辆,预计2019全年销量150万辆左右,预计到2030年,电动汽车在总体汽车市场占比在30%左右。全球市场保有量逐渐提高已是板上钉钉的事情。相较于市场保有量的提升,电池能量密度的提升更是迅速,根据《中国制造2025》规划,2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。到2035年,设定的目标是500或700Wh/kg。

援引国家市场监督管理总局缺陷产品管理中心最新数据,截至2019年6月底,质检总局收到新能源汽车缺陷线索400多例,涉及38家生产者接近70个车型。同时,根据电动汽车火灾事故统计发现,约32.97%的原因为动力电池故障导致另经大量的电池测试表明,越是高比能化的电池,其热稳定性越差,起火后热失控发热量越大,热失控的后果也越严重。

车辆保有量和能量密度的提升以及电动汽车安全性,矛盾日渐突出!

一、电动汽车电池热扩散标准解读

电动汽车安全,特别是电动汽车起火,是目前整个行业、市场及相关单位都非常重视的问题。目前电动汽车行业已经形成了相对完善的涵盖了电动汽车整车、动力电池电性能、安全性、循环寿命、梯次利用、互换性等方面都制定了一系列国家标准。其中涉及安全性的电动汽车三大强制性国家标准《电动汽车安全要求》《电动客车安全要求》《电动汽车用锂离子动力电池安全要求》已经完成制定并报批WTO,预计今年年底发布。老王作为《电动汽车安全要求》强标的全程参与者,在这里给大家分享一下目前大家最为关注的关于热失控的和热扩散的内容。该项也是目前行业内很多企业及同仁一直很困惑的一点。


1、电动汽车整车层面关于动力电池热失控要求解读

GB《电动汽车安全要求》Electrically propelled road vehicles-Safety specifications中明确新增了一条:

REESS热事故报警
如果REESS将要发生热失控的安全事故时,应通过一个明显的信号(例如:声或光信号)装置向驾驶员提示。

标准解读:

(1)当车辆接收到电池系统发出的热事故报警信号(CAN信号或者硬线信号)时,车辆应发出声或光报警信号提醒驾驶员;
(2)报警形式不限,可以是仪表图标显示、报警灯显示、文字提示或者声音提示均可;
(3)测试的时候,可以通过模拟发送CAN信号或者触发硬线信号模拟故障的发生,看是否有厂家规定的故障提示;
(4)该项要求对于整车来说首先必须具备收到故障信号后报警的功能,其次要具备可靠的电池热失控报警信号支持。


2、电动汽车动力电池层面关于热失控要求解读

GB《电动汽车用锂离子动力电池安全要求》Lithium-ion traction battery used in electrically propelled road vehicles-Safety specifications中明确新增了一条:

热扩散
锂离子电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5 min,应提供一个预先警告信号(服务于整车热事故报警),提醒乘员疏散。如果热扩散不会产生导致车辆乘员危险的情况,则认为该要求得到满足。
锂离子电池包或系统制造商可选择以下两种方式之一进行锂离子电池包或系统热扩散分析或验证:
——方式一:按照附录C完成热扩散乘员保护分析和验证;
——方式二:参照附录D完成热扩散试验。
注:对镍氢电池包或系统不做要求。”

方式一和方式二见下图:

GB关于动力电池热失控测试要求

标准解读:

(1)如果采用方式一,则需要提供对应的热失控危害分析和有效测试验证试验报告,总的来说就是需要企业通过对应分析、验证材料才说明对于电池热失控满足相应的安全要求;
(2)如果采用方式二,则参考标准测试方法,直接开展电池包或者整车级别热扩散测试,看是否满足相应安全要求。


二、针对电池热扩散测试过程中的关键问题点

1、测试流程概览

2、触发方法

援引中汽研对于不同材料体系、不同能量密度、不同形态的电芯的大量的测试验证结果,最终综合推荐优先级排序如下:外部加热(小面积大功率加热>一般加热器)>针刺>内部缺陷几种触发方法触发电芯热失控

3、热失控判定条件

(1)触发对象产生电压降,且下降值超过初始电压的25%。该项作为必要不充分条件,可用于辅助判断热失控,避免单纯的温升速率的误判

(2)监测点温度达到制造商规定的最高工作温度。正常热失控温度分布范围大,均在60℃以上发生热失控

(3)监测点的温升速率dT/dt≥1℃/s,且持续3 s以上。该项相对于(1)(2)两项来说可单独作为热失控判断条件,但是为了避免出现误判,可对增加(1)(2)作为辅助判断条件

备注(干货点):针对上述3条判定条件,在实际电池发生热失控的过程中,可能因为剧烈起火导致温度、电压等采样出现异常,导致发生热失控后不能正常报出故障,将直接影响标准符合性。为了确保可靠性,目前有很多企业正在研究烟雾传感器、压力传感器等措施,有的企业则直接通过防火设计延长热失控时间(比如上汽要求发生热失控后,确保30min内不烧出电池报告),这就能确保足够的人员逃生和救援时间,同时也能延长故障诊断时间,确保故障诊断的可靠性。

4、热失控记录时间

如果发生热失控,记录热事故报警信号发出后试验对象外部发生起火或爆炸的时间(t1),如果采用整车进行试验,还应记录烟气进入乘客舱的时间(t2),上述信息应在不拆卸测试样品的前提下通过目视进行判断,且比较t1和t2 是否大于等于5 min并记录比较结果

三、结语

安全是不可逾越的红线!在当前的电动汽车大量使用的三元电化学体系下,随着电芯能量密度的提升,特别时现在部分产品采用的811体系已经上马,电动汽车电池安全性越来越受各方关注。希望各个企业和从业人员引起足够的重视,从产品设计出发,充分考虑电池安全性;在产品开发阶段,充分验证产品安全性和可靠性;在产品售后服务阶段,加强产品一致性监控。努力一道把好的产品、可靠的产品、安全的产品交付社会,不管对于用户也好,还是整个电动汽车市场也好,都负起应负的责任。

与君共勉:不积跬步无以至千里;千里之堤,溃于蚁穴!


你可能喜欢老王的其他文章:

如何评价保时捷 Taycan ?www.zhihu.com图标电动汽车会做碰撞测试么?www.zhihu.com图标工科男老王:电动汽车“总”起火,到底怎么了?zhuanlan.zhihu.com图标有哪些原因会导致新能源车自燃?www.zhihu.com图标如何看待 4 月 21 日上海地下车库特斯拉 Model S 自燃一事及电动车安全性问题?www.zhihu.com图标如何评价蔚来汽车北京长安街趴窝,回应称司机误操作致升级系统?www.zhihu.com图标如何评价 FF 刚亮相的首款量产电动车 FF 91?www.zhihu.com图标

编辑于 2019-10-05

文章被以下专栏收录

    不定期分享电动汽车高压安全设计及知识,你关心的,就是我坚持的。

    本专栏作者皆为汽车研发中心全职从业人员,成员分布在上汽,FCA,东风,观致,百度阿波罗等,致力于分享最专业、最及时的汽车行业见解与科普分享,欢迎关注!