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動力電池的安全測試解讀


時間:2018-05-08 編輯:夏立
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動力電池的安全性是新能源汽車發(fā)展中備受關(guān)注的熱點,圖1是TUV的關(guān)于動力電池安全方面測試項目,大致分為安全測試(Safety Testing)和濫用測試(Abuse Testing)。其中擠壓(crush)測試和針刺(nail penetration)測試屬于濫用測試。這兩項測試對電池的破壞性很大。擠壓是直接對電池施加外部機械力,迫使電池發(fā)生形變,從而造成電池內(nèi)部各部分的機械變形,產(chǎn)生外部\內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織破壞(例如隔膜斷裂、刺穿),產(chǎn)生內(nèi)部短路,促發(fā)可能的熱失控。針刺是外部金屬異物直接刺入電池內(nèi)部,刺穿電池內(nèi)部組分,同樣造成內(nèi)部短路,促發(fā)可能的熱失控。這里通過一些例子來看一下這兩個測試。


圖1 電池安全和濫用測試項目


動力電池的安全性是新能源汽車發(fā)展中備受關(guān)注的熱點,圖1是TUV的關(guān)于動力電池安全方面測試項目,大致分為安全測試(Safety Testing)和濫用測試(Abuse Testing)。其中擠壓(crush)測試和針刺(nail penetration)測試屬于濫用測試。這兩項測試對電池的破壞性很大。擠壓是直接對電池施加外部機械力,迫使電池發(fā)生形變,從而造成電池內(nèi)部各部分的機械變形,產(chǎn)生外部內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織破壞(例如隔膜斷裂、刺穿),產(chǎn)生內(nèi)部短路,促發(fā)可能的熱失控。針刺是外部金屬異物直接刺入電池內(nèi)部,刺穿電池內(nèi)部組分,同樣造成內(nèi)部短路,促發(fā)可能的熱失控。這里通過一些例子來看一下這兩個測試。


圖2 LFP 50Ah電池的針刺測試


先看一下LFP/C電池的測試。LFP材料的熱穩(wěn)定性相對較高,在濫用測試中有助于抑制或延緩熱時空的發(fā)生。這里是ELIIY Power的50Ah(106Wh/kg)電池的一個案例,由TUV做的針刺測試。針刺刺入的位置在電池表面的中心。從鋼針刺入的整個過程來看,該電池沒有觀察到任何異?,F(xiàn)象,顯示出較高的安全性(圖2a-2c)。


圖3 鋼針粗細對針刺結(jié)果的影響


關(guān)于針刺試驗,EC Power利用仿真技術(shù)研究了鋼針的粗細對NCM電池(5Ah,120Wh/kg)針刺測試結(jié)果的影響。有一組數(shù)據(jù)可供參考:20mm的鋼針,針刺位置溫度達到150攝氏度需要150秒;10mm鋼針,針刺位置溫度達到150攝氏度需要75秒;5mm鋼針,針刺位置溫度達到150攝氏度僅僅需要2秒(圖3)。說明采用較細的鋼針,在針刺位置的局部溫升相對更快,更加容易造成電池?zé)崾Э亍?/span>


圖4 LFP 50Ah電池的擠壓測試


圖4同樣是EIILY Power的50Ah LFP電池的擠壓測試,擠壓位置也在電池中間位置。從擠壓頭擠壓到電池厚度一半左右的位置,電池沒有觀察到任何異?,F(xiàn)象(圖4a,4b)。繼續(xù)擠壓時,可以看到電池內(nèi)部電解液噴射出來(圖4c);繼續(xù)擠壓時,開始出現(xiàn)少量白煙(圖4d);擠壓到圖4e位置時,觀察到電池殼體開始發(fā)生破裂;圖4f是100%擠壓變形了,電池殼體已經(jīng)被擠壓破裂成兩半,并且可以觀察到在右邊半塊電池表面的塑料包裝膜開始受熱收縮,說明此時電池內(nèi)部溫升較快。盡管如此,在整個擠壓過程中,電池沒有出現(xiàn)著火、爆炸現(xiàn)象,顯示出較好的安全特性。


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