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11.11号，2017中国新能源汽车先进电池热管理技术论坛在上海成功举行，吸引了400余名行业精英参与。来自中国汽车技术研究中心的技术专家刘磊老师做了“动力电池热失控及热扩散测试评价”的主题分享。
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以下是演讲内容：
今天报告的主题是动力电池热失控及热扩散测试评价，主要从产品热安全特性评价的角度和大家作交流。报告主要包括6个部分，但是重点集中在了热失控和热扩散相关标准法规的介绍，以及目前对于热失控和热扩散标准修订的一些进展的分享。
江铃宝典07款我们都知道锂电池和动力电池在应用过程中会出现各种各样的失效的形势，原因很多，包括环境的，以及电滥用以及机械的一些损伤，也包括电池自身的品质原因可能导致的问题。这里我展示了几个曲线，包括针刺、挤压和跌落，这三种失效形势，在热失效过程中电压迅速下降，同时伴随温度上升，也就是电池在失效的过程中，基本上都是能量以热量的形式迅速释放，电池的温度迅速升高，这样达到热失控的现象。
对于动力电池系统而言，是用大量的单体和模组形成的。电池的失效往往是一两个单体的失控首先发生，然后通过热扩展发生的扩展问题。所以我们对电池的热失控和热扩散的研究，对于我们理解电池的热安全以及在电池系统热安全的设计方面是很有意义的。接下来我对相关的热安全的标准、法规作一个介绍。我这里罗列了两个标准，一个是GBT31485，还有一个是UL 1624，这两个标准都对单体和模块热安全方面进行了规定。实验方法都是加热的方式，条件也比较接近，要求环境温度达到130度，但是国标要求严苛一些，要求在130温度下保持30分钟。130度对锂电池是临界区间，如果温度再高的话，大部分的锂电池可能就会发生热失控。专门针对电池的热失控和热扩散的标准，其实全球范围内是包括这三个标准，一个是SAE J 2464，这个标准既包括了热失控也包括了热扩散，它是一个实验方法并未说实验达到什么程度然后判断是否通过。这个方法对于很多企业来讲是很有意义的，其中它在热失控方面要求是使用了绝热状态下的热失控去进行测试，要求通过反复实验，获得电池的自产热温度点和热失控的最高温度（55：41），除了这个以外还要求我们测试电池在不同的充电状态下以及电池处于不同生命周期状态下的热安全性。如果我们按照这样的方法去系统地对一款电池进行测试的话，我们就可以得到非常成体系和系统的一款电池的热安全的特性，这对企业开展工作是很有意义的，我觉得这个是可以
泰州汽车参考的。热扩散测试方面SAE也很详细，要求加热到55度或者是允许的最高工作温度，这首先就是把我们的系统放到基本上是最严苛的状态下，在这个基础上要求5分钟内把触发目标达到400度或者发生热失控，同时也给出了热失控触发的位置，可以给大家参考。UL 2580它其实是直接引用了SAE J2464里面的热扩散的方法，但是提出了相应的要求，在实验中和实验后电池不应该发生起火和爆炸。最下面的电动客车安全技术条件，是对于电动客车的强制性要求，现在在电动客车的公告管理中也是应用的，分别对热失控和热扩散做出了要求。
下面我对电动客车安全技术条件做基本介绍，我这里只提几个注意事项。首先是热失控当中规定了测试对象，要求是电池管理系统管理的最小单元。这个最小单元不能简单理解为是电池的单体，因为很多电池包在系统设计中本身电池经过并联的，这时候我们的测试对象应该是并联的单元。第二个测试上可能会存在的一些问题，对于一部分的软包和方形电芯，它会出现明显的故障，这时候测试温度会出现问题，并且与我们实际的电池包的应用环境是不一致的，所以推荐使用工装去固定它的加热装置和温度传感器，去限制电池的形变然后去开展实验。另外是标准当中对于热失控的定义，像电压降定义，还有温升速率都做了规定，但是并不是很细。我简单作一个介绍，电压降是标准指数，没有说降到什么程
度，以什么速率下降。我们对热失控的理解就是电池发生的大规模的内部短路造成的迅速放热，在电压降这块，我们目前测试中发生0.5伏每秒的下降才认为发生电压降。然后是温升速率1度每秒，因为在温度实际检测中受到环境的影响很大，温度存在波动，在没有发生热失效的时候我们可能已经监测到1度每秒，为了减少误判，我们是连续的3秒以上1度每秒才认为是热失控，然后是加热功率的选择，功率过大，会使得我们过早的监测到1度每秒的温升而发生误判，功率过小，试验时间又过长。
对于电池系统的热扩散，测试按照这个测试的流程图开展即可，它规定了三种热失控触发方法，包括了加热、针刺和过充，整个的要求是结合人员逃生做出的要求，因为它是针对大巴车，所以规定了当热失控触发以后，5分钟内不能发生外部起火和爆炸，这样为大巴车的成员提供一个充足的逃生时间。相关企业在做这方面的认证和材料准备时也有几个需要注意的点，一个是当我们使用子系统作为测试拓展对象时，需要论证我们的子系统的实验结果，能够有效替代整个系统实验的结果。第二个是应该提供对电池系统的改造说明文件，应该详细介绍改造的过程以及改动点。第三部分就是我们的标准中规定了3种热失控触发的方法，但是实验中如果一种方法没有办法触发的话，检测机构应该使用另外两种方法继续试验，直至可以触发热失控或者是三种方法都不能触发热失控。
购车费用计算器除了上面介绍的现行的一些标准，其实国际上很多的标准化组织，都对热失控和热扩展做研究工作，像ISO启动了对于电池热失控和热扩散实验的研究方法，EV—GTR一阶段结束形成了提案文件，现在已经启动了二阶段的研究工作。除此以外在我们电池安全的强标当中，也把热失控和热扩散作为重点的研究项目开展研究。另外像韩国、德国、日本等很多国家对电池的热失控和热扩散的研究也是一直进行的。
下面谈谈目前热失控和热扩散方面的问题，因为热失控和热扩散是比较新的安全性测算项目，也是存在一些问题有待我们去研究。归结起来三个问题，也就是热失控的触发方法以及热扩散的判定条件，我们如何判定进行了一个实验它是通过还是不通过的，还有现有的方法对系统实验结果造成的影响。左侧这一大堆的文字就是把这些问题细化了，然后针对这些做一个基础的实验规划。
汽车论坛下面顺着我们组内的研究思路，介绍我们研究的方案，以及后面的研究结果。我这里统计了2016—2017年随机统计的110款电池的能量密度的情况，同时对不同能量密度的电池存在的材料体系和结构形式也做了划分。那么我们在实际研究的过程中应该尽量地覆盖我们的产品能量密度，材料体系以及它的结构形式。我这里展示了我们几款已经研究过的产品的情况，其实也可以看到覆盖了不同的能量密度，而且尽量地去覆盖了不同的材料体系和结构形式。并且在最右侧这三列也展示了我们基本的测试结果，标红的项目都是代表使用相应的热失控的方法可以有效触发热失控，标记绿的是没有触发热失控的，大家可能也比较清楚，像18650或方形电池都有很多安全性的设计。下面还有两个棕的，电池的能量密度很低，我把它没有划分，因为在实际的测试过程中，电池的温度没有明显地温升变化，但是电池又冒烟了，所以暂时先不对它进行分类。
这块我想详细地介绍一下我们现在的研究方案，也希望企业能够利用自己企业内的资源积极开展相关工作，并且在行业内交流共享成果，一起去推动我们，把热失控和把热扩散的测试评价的项目做得更好。现在我们对于热失控触发的方法还是选择了传统的3种方式，针刺、过充电和加热。由于我们现在是处于一个研究阶段，所以我们需要尽可能多地掌握测试过程中的各种信息，其中包括了测试过程中的电压、温度，引入系统的能量，电池不同位置的温度以及实验前后的重量、视频、照片等。在这里面我们也对测试过程中不同样品，应该采集的温度的位置也做了详细的要求。我们的考虑是有两点，一方面是本身电池不同位置在热失控过程中的温度表现可能不一样。另外一点是我们在实际系统中很难去监测到特定的电池位置。可能我们监测电池的温度监测点，只能去根据系统实际地设定去监测它的巴斯巴和正负极，所以要得到个点的信息，为实验不同结果之间的温度转换模型做积累。这是我们对电池系统进行热扩散方面的实验方案和数据采集的要求。在电池系统热扩散方面的要求主要是实验方法的影响和实验结果的可重复性格。实验结果的可重复性表现就来自于热量的传递和温度的传递，还有危害的传递，以及最终危害的呈现。也就需要我们尽可能地记录实验过程中电池的温度，电压以及实验现象。
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