相比于筆記本、手機(jī)以及固定用途（如儲能、備用電源）等應(yīng)用場景，電動汽車用鋰離子電池的使用環(huán)境更加復(fù)雜、苛刻，例如電池需要在極寬的溫度范圍內(nèi)工作，電池包在車輛運(yùn)行過程中需要承受持久的振動以及需要進(jìn)行高倍率的充放電等。
其中，高倍率的充放電會導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)熱增加，如果熱管理系統(tǒng)不能及時(shí)為電池散熱，高溫會引起電池內(nèi)部各種副反應(yīng)的發(fā)生，如SEI膜分解、負(fù)極與電散液反應(yīng)、電解液分解等，并最終導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。電池一旦進(jìn)入熱失控階段，將會面臨在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生起火、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
此外，電動汽車用動力電池的容錯(cuò)率更低。以18650型電池為例，其發(fā)生內(nèi)部自發(fā)失效（或稱為現(xiàn)場失效）的概率可以控制在四千萬分之一至千萬分之一之間，由于電池包內(nèi)的電池單體數(shù)量通常以百計(jì)甚至以千計(jì)，因此即便是如此低的自發(fā)概率也需要引起足夠重視。
綜上所述，動力電池作為電動汽車的核心部件之一，提升其安全性是發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)的重中之重，如何有效地開展動力電池安全性測評也變得尤為迫切。
1、動力電池單體安全性測試標(biāo)準(zhǔn)體系
對于制造工藝水平較高的動力電池而言，在正確使用狀態(tài)下發(fā)生起火、爆炸等的可能性微乎其微。只有當(dāng)在實(shí)際使用中，電池超出了其可用狀態(tài)邊界，發(fā)生例如過充、短路或者過溫時(shí)才有可能導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控。
盡管電池的熱失控是非正常情況，但是由于動力電池在車上的工作狀態(tài)和實(shí)際使用環(huán)境復(fù)雜多變，因而不能忽視對電池?zé)崾Э剡^程的特點(diǎn)，在實(shí)際使用過程中及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，又可以在電池發(fā)生熱失控時(shí)能夠采取有效的措施阻止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，為救援提供有力的技術(shù)支持。
經(jīng)過近些年的發(fā)展，目前國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)在動力電池安全性方面形成較為完善的系列測試方法。GB/T 31485－2015中關(guān)于電池單體安全性測試方法，主要包括電安全性、環(huán)境安全性和機(jī)械安全性測試等3部分內(nèi)容，其分類依據(jù)如表1所示，各項(xiàng)內(nèi)容的測試規(guī)程可參考該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)章節(jié)。
表1 電池單體安全性的測試方法分類、評價(jià)指標(biāo)及驗(yàn)證方法
動力電池的技術(shù)在進(jìn)步，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系也在不斷地完善、豐富。在動力電池安全性的測試方面，《電動汽車用動力蓄電池安全要求》強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)草案與GB/T 31485、IEC 62660-2在測試對象和測試項(xiàng)目方面的對比如表2所示。
表2 動力電池安全強(qiáng)制性國標(biāo)草案與GB/T 31485、IEC 62660-2對比
可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢方面，一方面，要考慮到電池單體自身的安全性以及電池系統(tǒng)層面的安全性防護(hù)是確保電池安全使用最重要的要素，因此新強(qiáng)標(biāo)草案中不再單獨(dú)考察模組的安全，保持與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌；另一方面，該強(qiáng)標(biāo)草案中從系統(tǒng)的層面統(tǒng)籌考慮電池安全，在單體層面只保留相應(yīng)的基本安全要求，更加重視系統(tǒng)層面的安全保護(hù)功能，例如電池系統(tǒng)的熱擴(kuò)散測試，從體系的角度確保滿足人員防護(hù)和逃生的要求。
2、動力電池單體熱穩(wěn)定性測評
按照外界引入能量高低或者影響因素的多少，動力電池單體的安全性可分為本征安全性（即熱穩(wěn)定性）和觸發(fā)安全性（包括過充、加熱、針刺、短路等外部因素導(dǎo)致的熱失控等）。其中對于前者而言，加速絕熱量熱儀是一種有效的表征手段。如圖1所示，這是市場上幾款鋰離子電池產(chǎn)品/碳體系電池）熱穩(wěn)定性演變過程中的溫度和溫度變化速率曲線。如圖1所示，動力電池的本征熱失控特征主要分為6個(gè)典型階段，即容量衰減、自產(chǎn)熱、隔膜融化、內(nèi)部短路、內(nèi)部溫度快速上升和剩余反應(yīng)等階段。
此外，對于不同材料體系的鋰離子電池，磷酸鐵鋰電池（樣品B）發(fā)生熱失控所需的孵化時(shí)間最長，且發(fā)生劇烈熱失控的拐點(diǎn)溫度最高（以10℃/min作為劇烈熱失控的判據(jù)）。
圖1 幾款鋰離子電池在絕熱熱失控過程中溫度（a）和溫度變化速率（b）對比
