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动力电池的安全测试解读


时间:2018-05-08 编辑:夏立
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动力电池的安全性是新能源汽车发展中备受关注的热点,图1是TUV的关于动力电池安全方面测试项目,大致分为安全测试(Safety Testing)和滥用测试(Abuse Testing)。其中挤压(crush)测试和针刺(nail penetration)测试属于滥用测试。这两项测试对电池的破坏性很大。挤压是直接对电池施加外部机械力,迫使电池发生形变,从而造成电池内部各部分的机械变形,产生外部\内部结构组织破坏(例如隔膜断裂、刺穿),产生内部短路,促发可能的热失控。针刺是外部金属异物直接刺入电池内部,刺穿电池内部组分,同样造成内部短路,促发可能的热失控。这里通过一些例子来看一下这两个测试。


图1 电池安全和滥用测试项目


动力电池的安全性是新能源汽车发展中备受关注的热点,图1是TUV的关于动力电池安全方面测试项目,大致分为安全测试(Safety Testing)和滥用测试(Abuse Testing)。其中挤压(crush)测试和针刺(nail penetration)测试属于滥用测试。这两项测试对电池的破坏性很大。挤压是直接对电池施加外部机械力,迫使电池发生形变,从而造成电池内部各部分的机械变形,产生外部内部结构组织破坏(例如隔膜断裂、刺穿),产生内部短路,促发可能的热失控。针刺是外部金属异物直接刺入电池内部,刺穿电池内部组分,同样造成内部短路,促发可能的热失控。这里通过一些例子来看一下这两个测试。


图2 LFP 50Ah电池的针刺测试


先看一下LFP/C电池的测试。LFP材料的热稳定性相对较高,在滥用测试中有助于抑制或延缓热时空的发生。这里是ELIIY Power的50Ah(106Wh/kg)电池的一个案例,由TUV做的针刺测试。针刺刺入的位置在电池表面的中心。从钢针刺入的整个过程来看,该电池没有观察到任何异常现象,显示出较高的安全性(图2a-2c)。


图3 钢针粗细对针刺结果的影响


关于针刺试验,EC Power利用仿真技术研究了钢针的粗细对NCM电池(5Ah,120Wh/kg)针刺测试结果的影响。有一组数据可供参考:20mm的钢针,针刺位置温度达到150摄氏度需要150秒;10mm钢针,针刺位置温度达到150摄氏度需要75秒;5mm钢针,针刺位置温度达到150摄氏度仅仅需要2秒(图3)。说明采用较细的钢针,在针刺位置的局部温升相对更快,更加容易造成电池热失控。


图4 LFP 50Ah电池的挤压测试


图4同样是EIILY Power的50Ah LFP电池的挤压测试,挤压位置也在电池中间位置。从挤压头挤压到电池厚度一半左右的位置,电池没有观察到任何异常现象(图4a,4b)。继续挤压时,可以看到电池内部电解液喷射出来(图4c);继续挤压时,开始出现少量白烟(图4d);挤压到图4e位置时,观察到电池壳体开始发生破裂;图4f是100%挤压变形了,电池壳体已经被挤压破裂成两半,并且可以观察到在右边半块电池表面的塑料包装膜开始受热收缩,说明此时电池内部温升较快。尽管如此,在整个挤压过程中,电池没有出现着火、爆炸现象,显示出较好的安全特性。


关键词:动力电池 电池安全测试 新能源汽车    浏览量:3950

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