动力电池安全介绍及相关措施

电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第3部 分：安全性要求与测试方法
QC/T 897-2011
电动汽车用电池管理系统技术条件
GB/T 18388-2005
电动汽车定型试验规程
备注
要求做 电池一致性检测
资质申请
如果想获得纯电动乘用车资质牌照，电芯、模 块和系统必须由整车厂委托国家认定的检测机构检 测，必须通过标准规范；BMS也必须通过QC/T 897-2011《电动汽车用电池管理系统技术条件》 检测；3万公里后的动力电池一致性检测，也必须满 足要求（单体最大压差不超过50mv或续驶里程衰 减率低于10%）
100Ω/V
热性能测试步骤及要求
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
检验项目
绝缘电阻 绝缘耐压性能 电池系统状态监测
SOC 估算 电池故障诊断
安全保护 过电压运行 欠电压运行
高温运行 低温运行 耐高温性能 耐低温性能 耐盐雾性能 耐湿热性能 耐振动性能 耐电源极性反接性能 电磁辐射抗扰性
电池构造
电池系统主要组成： 1、模组； 2、管理系统（BMS）； 3、高压控制系统（BDU）； 4、热管理系统； 5、结构支撑件、线束、同排； 6、壳体； 7、接插件及安全开关。
电池技术
锂 电 池 技 术
目前的成熟技术： 锂离子电池技术
锂电池技术
电池为一种能量转换装置。充 电时，电能转换为化学能储存起 来；放电时，化学能转换为电能。
电池包
外部火烧
1，电池包处于100%SOC状态
2，汽油页面与测试样品表面距离50cm或车空载的离地间隙。
汽油点燃预热60s之后，置于测试样品下，使测试样品直接 无爆炸现象，若有火苗， GB/T 31467.3-
暴露火焰下70s。
应在火源移开2min内熄灭 2015
3，将油盘盖上，保持60s或经过协商继续燃烧60s
1、电芯单体的电压采集； 2、温度采集； 3、执行电芯均衡功能。
电池热安全设计
方式
自然冷却+PTC直接 加热
风冷
液冷
液冷+风冷
方式图
优劣
成熟度 成本 适用
优势：1、结构简单 劣势：1、无冷却功能 2、加热对电芯温度冲 击大
国内技术成熟 低 圆柱、方形、软包
优势：1、结构简 单 劣势：1、IP67无 法实现 2、消耗大量电池 电量 3、温度均匀性较 差
国内技术成熟
低
方形、软包
优势：1、温度均匀 劣势：1、整车配合 高 2、消耗少量电池电 量 3、热交换效率较低
优势：1、换热效率高 劣势：1、温度均匀性较 差 2、消耗少量电池电量
国内技术成熟 中 圆柱、方形、软包
国内技术不成熟 高 方形、软包
汽车动力蓄电池产品检验目录
标准号
名称
GB/T 31484-2015
电池失效
电池安全设计
结构强度 密封防护
GB/T 31467.2 GB/T 31467.3
静态仿真 动态仿真
电池安全管理
电池管理系统主控制器
电池管理系统从控制器
1、输入信号采集、输出信号控制； 2、高压上下管理； 3、充电控制； 4、电池包母线高压测量，母线电流测量； 5、SOC/SOH/绝缘电阻/内阻计算； 6、电芯状态统计、电芯均衡功能控制； 7、传感器自学习、故障诊断、故障存储功 能，充电通信协议。
检测所需电芯24只，模块22组和系统5+6组； 所需周期约60~90天（除去循环性能测试，如测试 循环性能约需330天）。详情见以下分解。
分类
电 性 能
测试周期及样品要求
检测项目
常温容量 低温容量 高温容量 倍率容量 倍率充电性能 常温荷电保持与容量恢复 高温荷电保持与容量恢复
储存 耐振动 简单模拟工况 标准循环寿命 工况循环
2016年1月1日 挪威耶尔斯塔临时超级充电站 充电时起火/爆炸（原因有待查明）
时间
2011年4月11日
2012年5月26日
2015年3月27日 2015年4月26日 2016年3月16日
地点
杭州-公路
深圳-公路
漳州-公交站 深圳-充电站 深圳-公交站
自主品牌
品牌
众泰朗悦
原因
运行中车辆自燃（电池漏液、绝缘受损以及局部 短路等）
2013年11月7日 美国田纳西州士麦那
行驶中车辆自燃（电池组被刺穿）
2013年11月15日 美国加州奥兰治县居民车库 充电器过热起火
2014年2月初 加拿大多伦多居民车库
熄火后车辆自燃（原因不明，但已排除电 池、充电系统、适配器或电源插座）
2014年7月4日 美国洛杉矶高速公路
碰撞后起火（车体断裂）
单体 模块
加热 温度循环
加热 温度循环
1，电芯充满电 2，以5℃/min速率升温至130℃，并保温30min 3，观察1h
不爆炸、不起火
GB/T 314852015
1，电芯充满电
2，从25℃开始试验，60分钟降至-40℃，保持90分钟，
接着60分钟升温至25℃，继续用90分钟，升温至85℃，不爆炸、不起火、GB/T 31485-
主要的过热副反应 1. SEI膜分解导致电解液在裸露的
高活性碳负极表面的还原分解； 2. 充电态正极的热分解； 3. 电解质的热分解； 4. 粘结剂与高活性负极的反应；
[1]
[2]
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
电动汽车三大核心技术
新能源汽车三大核心技术： 1、电控 2、电机 3、电池
电动汽车用蓄电池循环寿命技术要求及试 验方法
GB/T 31485-2015
电动汽车用蓄电池安全技术要求及试验方 法
GB/T 31486-2015
电动汽车用蓄电池电性能技术要求及试验 方法
GB/T 3146Байду номын сангаас.2-2015
电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第2部 分：高能量应用测试规程
GB/T 31467.3-2005
保温110分钟，继续用70分钟，降温至25℃。以上步骤 不泻漏液
2015
循环5次。
3，观察1h
热性能测试步骤及要求
检测项目
温度冲击 湿热循环
测试步骤
合格要求
参考标准
1，电池包处于100%SOC状态 2，电池包置于（-40±2）℃~（85±2）℃之间交变温度环 境中，两种极端温度转变的时间小于30min。每个极端温度 下保持8h，循环5次 3，室温下观察2h
2
模组图
3
液冷模式
方形
软包
电池类别
结构设计影响
极片、隔膜张力 极耳数目
电芯内外层差异 散热特性 倍率特性
单体自动组装难度 电池一致性
圆形卷绕
恒定 正、负单耳
明显 不好 不好 容易 较好
方形叠片
恒定 正、负多极耳
无差异 良好 优良 较难 好
软包卷绕
变张力 可多极耳，但操作困难
不明显 良好 较好 容易 一般
优点
生产工艺成熟，一致性好，成本 容易模块化，标准化。易于安装形状可以多样化，占空间比例小，
低。
固定。
质量比能量和体积比能量好。
缺点
内阻大，电芯内部不容易散热， 安全防爆阀的设计要求高，能量
寿命低。
密度相对低。
回收及再利用
难，可回收利用价值低。
容易。
不容易固定，容易鼓包 一般
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
保温110分钟，继续用70分钟，降温至25℃。以上步骤 不泻漏液
2015
循环5次。
3，观察1h
1，模块充满电 2，以5℃/min速率升温至130℃，并保温30min 3，观察1h
不爆炸、不起火
GB/T 314852015
1，电芯充满电
2，从25℃开始试验，60分钟降至-40℃，保持90分钟，
接着60分钟升温至25℃，继续用90分钟，升温至85℃，不爆炸、不起火、GB/T 31485-
比亚迪E6 碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）
陆地方舟 五洲龙 五洲龙
行驶中起火冒烟（电池组短路） 充电时起火自燃（电池严重过充） 行驶中车辆自燃（初步判断为电瓶搭线处起火）
电池事故
1. 2008年 Prius PHEV 起火事件
事故原因：因装配设计存在缺陷（报道中称用户对电池包进行了改装），行驶 中电池组某处接头松动，该处电阻增大，异常生热导致其附近温度过高，并最 终引发热失控，并波及整个电池包。
样品分组及数量
样品1、2、3 样品1
样品1、2、3
样品2
样品3 样品1
QCT897-2011
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谢谢！
谢谢！
动力电池安全介绍及相关措施
动力电池安全介绍及相关措施
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
新能源汽车事故
特斯拉
时间作为新的汽车产地品点形态，新能源汽车频发的起原火因、爆炸等
2013年10月1日 美国西雅图南部公路
行驶中车辆自燃（路面硬物刺穿电池组）
2013事年1故0月也18引日发墨了西全哥社高速会行高驶度关注。 碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）
3，室温下观察2h
过温试验
无放电电流锐变，电压异
1，保持BMS及冷却系统正常工作
常，试验后电池系统无电
2，以最大允许充放电电流持续工作直至电池管理系统起作 解液泄漏、外壳破裂、着 GB/T 31467.3-
用，或出现以下情况，停止试验：1）超过最高温度10℃； 火或者爆炸等现象，试验 2015
2）1小时内最高温度变化小于4℃；3）出现其他意外情况 后绝缘电阻值不小于
一次电池，电池的反应是不可 逆。
二次电池，电池的反应可逆， 可进行多次反复充放电。
锂电池体系及工艺
•
体系
工艺
• 三元体系VS锂酸铁锂体系
• 钛酸锂负极体系
• 碳纳米管、石墨烯添加，快 速充电体系
✓ 卷绕技术 ✓ 圆柱电池 ✓ 软包技术
铝壳技术 方形电池 叠片技术
电池类别
序号
项目
1
电芯图
圆柱行
➢ 电动汽车起火事故的直接成因总结：过热、内短路、外短路、碰撞、针 刺…
➢ 锂离子动力电池安全性事故的主要表现为锂离子电池的热失控
锂离子动力电池热失控的发生机制
➢ 锂离子电池在正常充放电反应外，还存在许多潜在的放热副反应。当电 池温度过高或充电电压过高时，容易引发[1]。 [1] 武汉大学，锂离子动力电池的安全性问题。艾新平
无电解液泄漏、外壳破裂、 着火或者爆炸等现象，试 GB/T 验后绝缘电阻值不小于 2015 100Ω/V
31467.3-
1，电池包处于100%SOC状态 2，按照GB2423.4执行Db，最高温度80℃，循环5次 3，室温下观察2h
无电解液泄漏、外壳破裂、 着火或者爆炸等现象，试 GB/T 31467.3验后30min内的绝缘电阻 2015 值不小于100Ω/V
2. 2013年 Tesla Model S 起火事件
事故原因：汽车在高速运行中，与路面上的大型金属物体发生碰撞，底盘（电 池包外壳）被刺穿，导致电池内部短路，引发热失控。
3. 2011年 雪佛兰沃蓝达PHEV 起火事件
事故原因：车辆在碰撞测试中锂电池组受损，经过翻滚试验后电池热管理系统 的冷却液泄露并与电池组件接触，有导致电池内部短路的风险，并会最终引发 自燃。
检测周期
GB/T 31484-2015 GB/T 31486-2015
单体
模块
√
√
Х
√
新标准检测同期除工况循环
Х
√
寿命约60天；
Х
√
加上标准循环寿命（500次）
Х
√
170天/（1000次）330天；
Х
√
单体4只，模块12组
Х
√
Х
√
Х
√
Х
Х
Х
√
Х
√
热性能测试步骤及要求
检测项目
测试步骤
合格要求
参考标准