深圳普瑞赛思检测技术有限公司副总经理朱静作主题演讲

　　11月17日，“2017’第二届动力电池应用国际峰会暨第三届中国电池行业智能制造研讨会”在北京精彩召开。本届峰会由中国化学与物理电源行业协会和电池中国网共同主办，天津力神电池股份有限公司联合主办；中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会承办，无锡先导智能装备股份有限公司联合承办。参加此次峰会人数超600人。

　　在动力电池技术创新分论坛上，深圳普瑞赛思检测技术有限公司副总经理朱静作主题演讲，同与会嘉宾分享了该公司在电动汽车动力电池测试评价整体方案领域的丰富经验。

　　以下为朱静演讲内容：

　　各位专家，各位同事大家上午好！非常感谢支持人的介绍。其实今天我非常高兴有这个机会在这里跟大家共同分享一下电动汽车动力电池安全和可靠性的评价，今天由于时间关系，我这个报告里面重点就集中在振动和热失控扩展这两项测试来进行展开。也看到这两项的测试是在我们实际整个电池设计过程当中是非常关键的，我这边更多的工作是集中在如果针对这些标准的验证过程中，我们出现一些失效，我们应该从哪些方面进行一些改善。

　　今天我的报告分为以下三个部分，第一部分跟大家简单介绍一下我们动力电池系统潜在的失效如何去进行一些识别和标准当中对测试项目的一些介绍。在第二部分会跟大家介绍一下安全和可靠性的评价，更多的是我们一些研发的测试，就是针对我们这些测试项目当中增加哪些监控的参数，可以看到我们电池一些潜在的失效。我们针对这些潜在的失效，如何对动力电池系统进行一些结构的改善，以及我们热安全的改善。最后一部分是一个简单的结论。

　　首先我先花一分钟的时间简单介绍一下普瑞赛思，普瑞赛思是一家独立的第三方检测机构，我们专注于动力电池和消费类电池的一些测试。在2015年我们是有扩建了动力电池的实验室，目前这个实验室投入使用，目前是一万五千平方米。测试能力覆盖动力电池电芯、模组、电池系统、性能、环境、可靠性、安全测试，这是我们实验室的一些测试设备。这是我们合作的客户以及我们做过的一些典型的案例，实验室目前开展比较多的研究包括热失控扩展的研究，火烧的实验，以及电池的模组和电池系统的火灾控制。

　　我们看一下整个动力电池系统，大家都非常清楚，可能有很多同事有看过这张PPT。这个是非常复杂的系统，我们在评测我们整个动力电池系统的时候，其实是从它的基础单元，我们的电芯、模组以及所有的辅助部件，包括其他的零部件，像塑料部件以及冷却系统，对动力电池进行一个结构的设计和我们的安全设计。针对我们刚才看到的电池复杂的系统，我们来看一下常见的失效会发生在哪里。我们在做电池结构设计的时候应该关注哪些潜在的失效，首先从它最基础的单元来看，电芯级别，最常出现的，电芯出现漏液，泄气，最严重的发生起火、爆炸的情况。针对电芯，也有很多车企做了很多实验，单体电芯出现安全阀开启的时候，到底产生哪些气体，它的气体流量怎么样，压力怎么样，这些都是对应我们整个Pack系统结构设计的时候，对应整个Pack的泄气阀的设计。还有BMS它的通讯是否正常，BMS大家都有，都认为BMS很好。我们在实验室工作过程当中，包括一些性能测试的过程当中都有出现BMS通讯的中断，还有像BMS功能的失效，比如我周边有很多大功率工作的设备，电磁的干扰会导致我BMS通讯的失效，这些都会影响整个BMS的安全管理，以及对电池的管理。

　　现在实验室做长期寿命循环的时候有出现BMS丢针的情况，没有反馈给充放电设备，充放电设备还会继续工作，就会导致电池出现一些安全风险。还有一些出现比较多的就是绝缘是不是有做好，这是要常关注的一些测试项目。接下来看一下机械性的，比如电池壳出现的一些机械风险，沙尘、风尘会不会影响到整个电池系统的安全性。另外一个，大家比较关注的还有一点就是这个冷却系统的密闭性，冷却液泄露，对电池有很大的风险。我们在实验室里也做了非常多这方面的研究工作，考察了不同的冷却液，它在电池系统里面出现泄露的时候，会对电池系统出现哪些风险和影响。另外由于振动，机械冲击的过程当中，电池会出现一些传感器的脱落，还有连接的松动，导致BMS对电压监测的失效，以及对电池保护的失效，这些都是在实验室经常会发生的一些失效的点。

　　我们接下来看一下我们电池的可靠性评价，跟我们动力电池比较相关的，不管我们现在有多少个标准，现在我们看一下，大部分的标准，我们按照不同的区域来进行划分。一个是我们中国大陆国标的体系，这里面有些，今天重点是集中在可靠性和安全的，所以我把31467.1、.2关于性能的部分就删掉了。另外是欧洲的标准和法规，国标主要就是GB-T 31467.3，ISO12405-1、2、3，SAE2929、2464，以及UL2580的标准，我们看一下我们重点关注的一些可靠性和安全的测试项目。可靠性里面的振动和机械冲击，这两项测试是几乎在所有的标准里面都有被涉及到。只是说这些标准里面对于振动的测试条件略有不同而已。经过差不多一年多的测试实际的情况，振动测试过程当中也是我们样品失败比较多。在我们实验室里面也接触到了非常多的振动测试，经过这种研发的验证，发现它一些潜在的失效。另外一个就是机械冲击，机械冲击也是在测试过程中表现出问题比较多的一个测试项目。像其他这些翻转，温度冲击，温热循环在这里不详细阐述。

　　我们再看一下安全测试，对过温测试、短路测试，这些也是在各个标准当中都有涉及到，它出现的频率是非常高的。因此，大家去看一下，我们在做这个电池研发测试的时候，应该重点关注哪些测试项目，如何去设计你的测试评价路线，更有效的得到一些可靠的信息，去为下一步的整改电池结构提供一些基础的数据。

　　还有看一下挤压、热失控扩展和火烧的测试，以前还被翻译成热失控蔓延，后来欧阳明高教授提出扩展它是一个主动的过程。我们通常做振动的时候，通常步骤是这样，首先对电池系统做一些基本功能的检查。这里面包括绝缘、耐压以及密闭性，测试它是不是有漏气漏液的检查，然后再扫频，发现关键零部件的固有频率，不管大家是做Z轴、Y轴的振动，在振动测试结束之后，再做一次扫频，通过固有频率的变化，我们看电池的结构是不是出现一些坍塌或者结构破裂的情况，还能关注到你的电池系统在实际测试过程中是不是在固有的频率下发生共振的情况。如果出现了共振，这个机械结构是很容易被破坏掉的。在所有的扫频结束之后，还会做一次检查，对水冷系统是一个很大的考验。

　　我们通常做的顺序也是从零部件部分，然后评价到模组部分，我们在模组评价验证之后，模组的机械结构基本没有问题以后，通常会去做模拟样件，来进行相应的机械结构的验证之后，才会采用真的样品进行振动加温度循环，同时加一些充放电，这样的过程利于发现你的结构损失，第二有利于保护我们的实验室实验人员的安全。

　　这是我们实际做的扫频，左边这个图，它仅有很小的频率，偏差只有一点七几的赫兹，通常小于五赫兹，我们认为这个机械结构没有发生明显的变化。右边看到这些频率点发生的变化，右边这组图是实际振动过程中这个样品被我们强制停掉了，因为它出现了一些异常，当我们打开电池包，它的机械结构已经坍塌了，当时是一个软包装的电池，出现了短路的情况，幸好这个电池没有出现起火，但是模组已经有烧毁的情况了。

　　振动前后应该关注哪些项目？你去检查哪些项目？振动前后，如果有机会拆开这个电池，进行开箱检查的时候，我们会关注你的电芯是不是有出现损坏，还有关注我的机械结构件，包括螺丝，看电池内部的模组之间的连接是不是有出现松脱，这些测试建议大家在电池不同位置，如果是做研发阶段的，在电池不同的位置来布置一些传感器，通过这些传感器的变化，你可以看到电池结构的一些变化，避免我们在测试过程中一定等到测试结束那一刻才去开箱过程。另外常出现的，触点的松脱，这个都是在振动过程当中我们看到的一些实际情况，建议大家在你做振动测试或者机械冲击的测试形成的一个流程。

　　接下来跟大家探讨一下热失控的扩展，涉及到热失控扩展的几个标准，SAE2464，还有UL2580、IEC62619，还有新版推出的国标，热失控扩展是怎么样一个实施方式。这是涉及到的一些标准，我们分别看了这些标准当中一些差异。这些标准当中对热失控扩展的方法基本上大同小异，只是说有些标准里面规定，基本所用的办法就是针刺，过充和加热，有些标准可以说这三种方式的结合，比如用加热的针去进行针刺，去触发目标电芯的热失控。

　　我们针对不同结构，比如圆柱电池，还有像软包电池和方形电池它的不同触发方法，比如这个圆柱电池，一种方式是采用加热片的方式，触发这个电芯热失控。还有针刺的方式，对18650电池，很难采用过充的方式去实施，因为它上面CAD的保护。另外我们看一下像这个电池，这是采用镍带去连接的，在稍后的PPT会给大家介绍一下，方形电池和18650电池路径是不一样的。触发的原则是一样，周边有相邻两颗以上的电池，我们可以把它作为目标电芯进行触发，镍带连接的电池，因为镍带对热的传递，导致整个模组很快出现了一个热失控的情况。

　　这是我们看到方形电池，右边这是软包装电池组成的电池箱。我们对这个电池箱来进行热失控的时候，可以采用加热的方式或者采用过充的方式来触发电池的热失控。我们对方形电池采用过充的方式，只需要断开，对单颗电芯进行热失控触发就可以。比如就拿一个加热的电阻丝，包上，也是满足这样的功率要求，但是触发的苛刻程度远大于加热块触发的程度。另外像右边这个是软包装电池，软包装电池它的保护装置比较少，采用过充和加热的方式都比较容易触发热失控的。右边这个电池很不错的，只出现了冒烟的情况，并没有起明火。

　　这是我们来做的一些电池，我们是采用针刺的方式，触发了电池模组的热失控。我们采用这种触发的时候，这个模组并不像我们想象的很瞬间的出现很严重的爆炸情况，方形电池基本上还是比较柔和的，这是一个三元材料的电池，比较柔和的一次电压出现一个降低的情况，我们可以看到右边温度的曲线。这个电池是一颗一颗出现爆开的情况，但并没有出现所有的电池起非常大的明火。

　　这个电池是我们来做一个整包级别的热失控扩展的情况，整个电池从我触发它热失控开始，电池箱开始有冒险的情况，到第一个明火出现在上盖的时候，这个时间持续了九十几秒，电池是非常柔和的出现失控的状况。当整个电池箱持续在30分钟以上才出现了一个轰然的情况，我们对这种电池做了非常多的测试，看到整个电池箱里面大部分是因为气体积累在里面，这个电池箱里面的电池是陆陆续续出现失控，温度累计到一定程度，这是火灾一个比较常见的现象。尽管环境当中某一个椅子出现起火，开始就他自己找，房间周围的物体都不会发生燃烧的。当温度累计到一定程度之后，会出现整个房间瞬间就燃烧的一个情况。这个在电池箱里面也是非常常见的，所以大家在进行电池箱火灾控制的时候，我们有研究，你到底在什么时候启动这个喷淋和消防，或者启动灭火是能够有效的抑制这个电池箱出现热失控。

　　这个是我们借鉴了一些文献去研究的，方形、软包和圆柱电池它的热失控的传播路径，我们有效阻止这个传播，就能有效去抑制这个电池出现热失控。这是软包电池的，我们做了串联和并联结构的，我们看到上面这个曲线是串联结构的，它发生热失控出发触发热失控的时间和我采用并联结构，它的扩展时间基本是一样的。也就是说这个电池它的连接片和电池本身这个模组的电压对电池出现热失控扩展，它的影响并不是非常大。也就看到方形电池和软包电池基本它的热传递都是面和面的接触进行一个热量的传递，引发下一颗电池出现这样的失控，形成了扩展。

　　这是18650电池的，18650电池电芯和电芯之间是有一定间距的，电池出现热失控的时候，它的泄气阀开启，是从上盖的位置出现一个泄气的状况。为了看的更明显一点，左边是一个温度的曲线，如果采用十颗电芯焊在一起，你会发现电池在瞬间就出现了一个失控的情况，整个小模组。在右边我们可以看到中间那条在四伏左右那个位置，我把十串的电芯进行触发其中一颗电芯热失控的时候，当整个热失控的时候，还有部分电芯没有着。18650电池它的热传递不是靠电芯和电芯之间面的传递，更多是跟你的连接方式有很大关系。这里面采用冷却水系统，冷却水系统也是一个很好的导热体，这些都是很好的热量传递造成失控扩展的主要因素。

　　我们为了去有效的控制你的电池出现热失控的扩展，出现失控我们不在意，如何有效抑制它的热失控扩展。控制你电芯的热温度传递到下一颗电芯的时候，不要到达这个电池安全开启的情况，出现泄气。还有采用热的绝热材料。

　　接下来一个简单的结论，振动、冲击是动力电池系统可靠性关键指标，通过振动测试的设计能有效的发现电池系统结构薄弱点及做好电池轻量化设计。另外在热失控扩展，到IEC标准，UL标准以及新的国标都有做了规定，这项测试现在热失控扩展的测试由于操作的方法不一样，对测试结果影响也是非常大的。我们更希望在后续的过程中，其实我们也会配合中汽研做更多的研究工作，能够把这个方法更好的去统一起来。谢谢大家！

　　（根据发言整理，未经本人审阅）