電動(dòng)車用動(dòng)力電池安全試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展

1、演講者：王子冬工作單位：中國北方車輛研究所（201所）經(jīng)歷：1982年畢業(yè)于北京理工大學(xué)車輛學(xué)院，學(xué)士學(xué)位1992年-1993年在日本學(xué)習(xí)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)日本的企業(yè)管理、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)線管理、產(chǎn)品的市場開發(fā)。1994年回國后擔(dān)任北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定試驗(yàn)所常務(wù)副所長1996年曾去美國三大汽車公司學(xué)習(xí)汽車產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)2002年至今擔(dān)任國家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測試中心主任現(xiàn)在受國家發(fā)改委和科技部的委托，主要負(fù)責(zé)電動(dòng)車用各種動(dòng)力電池的測試、評價(jià)和產(chǎn)品認(rèn)證工作聯(lián)系電話Email： 我們在完成國家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)課題任務(wù)過程中，積極開展測試方法研究工作，組織并負(fù)責(zé)起

2、草了我國汽車行業(yè)電動(dòng)車用動(dòng)力電池強(qiáng)制檢測標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池（QC/T 743-2006）電動(dòng)汽車用金屬氫化物鎳蓄電池（QC/T 744-2006）電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池（QC/T 742-2006），參與了HEV、EV電動(dòng)車用動(dòng)力蓄電池測試規(guī)范和國家重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。國家十五863計(jì)劃電動(dòng)車重大專項(xiàng)實(shí)施過程中，根據(jù)課題滾動(dòng)制定了相應(yīng)的EV/HEV車用鋰離子蓄電池測試規(guī)范；2004年啟動(dòng)的動(dòng)力電池汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，與重大專項(xiàng)同步實(shí)施。該系列標(biāo)準(zhǔn)于2006年8月1日實(shí)施，已應(yīng)用于發(fā)改委電動(dòng)車公告管理強(qiáng)制性檢測工作中?？紤]到電動(dòng)車用動(dòng)力蓄電池的使用性能及使用特性，QC/T 743-2

3、006明確了單體和成組或模塊的劃分，并將試驗(yàn)項(xiàng)目以單體和模塊相應(yīng)劃分；各項(xiàng)目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)動(dòng)力電池的研發(fā)水平及電動(dòng)車實(shí)際應(yīng)用特性確定，均比國標(biāo)的相應(yīng)項(xiàng)目要求嚴(yán)格。特別值得注意的是，在2005年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草過程中，對于如何把握和評價(jià)動(dòng)力電池安全性能是非常慎重的。IEC62281、UL1642、UN38.3聯(lián)合國危險(xiǎn)物品運(yùn)輸試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊、美國USABC EV車用電池測試手冊、美國Freedomcar項(xiàng)目 HEV車用電池測試手冊等都對電池的安全測試有詳細(xì)要求。從科學(xué)、實(shí)用以及我國動(dòng)力電池發(fā)展階段考慮，在標(biāo)準(zhǔn)中明確的濫用條件主要包括：短路試驗(yàn)、擠壓試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、針刺試驗(yàn)、加熱試

4、驗(yàn)、過充試驗(yàn)、過放試驗(yàn)等，并將單體及模塊蓄電池的安全試驗(yàn)分別要求。目前我正在起草國家新能源汽車公告管理的電池測試標(biāo)準(zhǔn)。 單體單體-20-20放電容量功率測試、放電容量功率測試、-50-50 100100放電放電容量、充放電特性測試、常溫容量、充放電特性測試、常溫/ /高溫荷電保持能力、大電高溫荷電保持能力、大電流放電試驗(yàn)、常規(guī)循環(huán)壽命試驗(yàn)、模擬工況循環(huán)壽命試驗(yàn)、流放電試驗(yàn)、常規(guī)循環(huán)壽命試驗(yàn)、模擬工況循環(huán)壽命試驗(yàn)、安全試驗(yàn)（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）安全試驗(yàn)（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）等。等。 模塊：簡單模擬工況、模塊：簡單模擬工況、-50-50 100100放電容量

5、試驗(yàn)、放電容量試驗(yàn)、耐振動(dòng)試驗(yàn)、一致性測試、循環(huán)壽命試驗(yàn)等。耐振動(dòng)試驗(yàn)、一致性測試、循環(huán)壽命試驗(yàn)等。安全試驗(yàn)（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）安全試驗(yàn)（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）等。等。2002-2005年HEV用鎳氫電池能量密度變化趨勢圖01020304050607080BL YSCLSZSP研 制 單 位能量密度（wh/kg)20022003200420052002-2005年HEV用鎳氫電池功率密度變化趨勢圖020040060080010001200BL YSCLSZSP研 制 單 位功率密度（(wh/kg)2002200320042005 國外高功率型電池的比功率

6、高、電池動(dòng)態(tài)直流電阻小、電池一致性好、可靠性好，電池組在使用過程中的通風(fēng)設(shè)計(jì)合理、環(huán)境一致性好，管理系統(tǒng)簡單，商品化水平高。 國內(nèi)電池的技術(shù)和生產(chǎn)水平與國外相比，還有比較大的差距，我們應(yīng)該加大電池研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)方面的投入，認(rèn)真分析產(chǎn)生差距的技術(shù)原因，研究“具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)”的解決差距的方法。 過充電時(shí)會(huì)出現(xiàn)容量損失或熱失控過充電時(shí)會(huì)出現(xiàn)容量損失或熱失控 電池?cái)D壓破裂或短路時(shí)排氣和可能熱失控電池?cái)D壓破裂或短路時(shí)排氣和可能熱失控因?yàn)檫^充會(huì)使正極脫出更多的鋰從而在負(fù)極上析出金屬鋰生成鋰枝晶；過度脫鋰的正極發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，同時(shí)有放熱反應(yīng)發(fā)生！電解質(zhì)有時(shí)機(jī)溶劑體系，會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)甚至燃燒！ 正、負(fù)極材料

7、 隔膜 電解液 電池結(jié)構(gòu) 使用條件 保護(hù)措施 濫用條件： 短路； 積壓； 針刺； 過充電； 高溫； 沖擊； 震動(dòng)等材料名稱材料名稱LiCoO2LiMn2O4Li(NiCoMn)O2LiFePO4可逆比容量可逆比容量 (mAh/g)140100150145中點(diǎn)電壓中點(diǎn)電壓 (V)3.73.83.63.2充電終止電壓充電終止電壓 (V)4.254.354.33.85對過充電的承受能力對過充電的承受能力(V)0.10.10.050.7室溫循環(huán)壽命室溫循環(huán)壽命(cycles)6006001000150055 循環(huán)壽命循環(huán)壽命 (cycles)3001003001200 DSC熱流熱流 (kJ/g)65

8、015060010無保護(hù)下的過充電無保護(hù)下的過充電4.9/3C 爆炸爆炸8V/3V 火焰火焰8V/3C 火焰火焰25V/3C 通過通過價(jià)格價(jià)格(元元/Ah)20152212可獲得的電池比能量可獲得的電池比能量 (Wh/kg目前在試驗(yàn)室進(jìn)行過試驗(yàn)的國內(nèi)鋰離子動(dòng)力電池企業(yè)有：深圳比亞迪公司、中信盟固利公司、北大先行公司、ATL公司、天津力神公司、蘇州星恒公司、深圳雷天公司、天津十八所、洛陽天空能源公司等； 國外企業(yè)主要是鎳氫電池，如松下公司、三洋公司、美國的江森公司、通用公司； 超級電容器有美國的MAXWELL公司和韓國LS公司； 國外鋰電池企業(yè)有美國依頓公司。 我們在鎳

9、氫動(dòng)力電池和高功率型鋰動(dòng)力電池方面與國外差距比較大； 在高能量型鋰動(dòng)力電池方面與國外差距不大； 硬件差距主要體現(xiàn)在：電池結(jié)構(gòu)、電池一致性、開發(fā)手段、電池生產(chǎn)工藝、電池生產(chǎn)設(shè)備水平、電池組合技術(shù)、電池組管理系統(tǒng)水平、電池組合過程中的一些基礎(chǔ)元件等； 軟件差距主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)過程管理團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)品質(zhì)量控制方法、產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、產(chǎn)品性能分析軟件、 1 1電池尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化；電池尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化； 2 2電池一致性的認(rèn)識(shí)、控制和測試；電池一致性的認(rèn)識(shí)、控制和測試； 3 3電池管理系統(tǒng)的簡化和測試；電池管理系統(tǒng)的簡化和測試； 4 4電池結(jié)構(gòu)、連接的改進(jìn)和優(yōu)化；電池結(jié)構(gòu)、連接的改進(jìn)和優(yōu)化； 5 5電池

10、組的高功率性能、安全性、可靠性的提高電池組的高功率性能、安全性、可靠性的提高 6. 6. 生產(chǎn)設(shè)備和質(zhì)量控制方法的研究生產(chǎn)設(shè)備和質(zhì)量控制方法的研究 在此基礎(chǔ)上才能降低成本、提高質(zhì)量和產(chǎn)量。在此基礎(chǔ)上才能降低成本、提高質(zhì)量和產(chǎn)量。 試驗(yàn)樣品要求改進(jìn): 根據(jù)電池組能量大小的不同,試驗(yàn)擬采用不同的試驗(yàn)對象,如:電池組能量小的,考慮采用電池組進(jìn)行性能和安全試驗(yàn),電池組能量比較大的性能測試采用電池組,安全試驗(yàn)采用10-20只串聯(lián)的模塊. 1 15555擱置壽命擱置壽命 其擱置壽命應(yīng)不小于56天（8周循環(huán)）。 2 2 循環(huán)壽命循環(huán)壽命 循環(huán)壽命在容量不低于90%條件下,分別應(yīng)不小于800次和600次/組。

11、 3 3 5555加速循環(huán)壽命加速循環(huán)壽命 循環(huán)壽命應(yīng)不小于200-300次/單體。 1 1 低氣壓低氣壓 2 2 振動(dòng)振動(dòng) 3 3 自由跌落自由跌落 4 4 恒定濕熱恒定濕熱 放電容量應(yīng)不低于額定容量的90 5 5 高溫下模制殼體應(yīng)力高溫下模制殼體應(yīng)力 外殼不能發(fā)生導(dǎo)致內(nèi)部組成暴露的 物理形變。 1 1 過充電保護(hù)過充電保護(hù)2 2 過放電保護(hù)過放電保護(hù)3 3 短路保護(hù)短路保護(hù) 1 1 過充電：過充電：1C1C、10V10V時(shí)間為時(shí)間為90min90min 2 2 強(qiáng)制放電：強(qiáng)制放電：1C1C電流對電池進(jìn)行反向充電，電流對電池進(jìn)行反向充電， 時(shí)間不低于時(shí)間不低于90min90min 。 3 3 外部短路：外部短路： 且電池外表面溫度不高于150。 4 4 針刺針刺 5 5 擠壓