热滥用测试(电池或电池块)检测
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发布时间:2025-07-24 11:43:56 更新时间:2025-07-23 11:43:56
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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在电池技术飞速发展的今天,尤其是高能量密度的锂离子电池广泛应用在消费电子、电动汽车、储能系统等领域,其安全性问题日益受到全球关注。电池在极端温度环境下的稳定性是其安全性的核心指标之一。热滥用测试(Thermal Abuse Test)正是模拟电池或电池模块在遭受异常高温环境(如接近热源、外部起火、内部短路持续放热等)时可能发生的反应,评估其在热失控发生前的耐受能力及发生热失控后的危害程度。这项测试对于预防电池起火、爆炸等严重安全事故至关重要,是电池产品进入市场前必须通过的“安全大考”,也是制造商进行产品设计和改进的重要依据。
热滥用测试的核心检测项目通常包括:
1. 热稳定性: 评估电池在特定高温环境下的物理和化学稳定性,观察是否发生泄漏、冒烟、起火、爆炸等现象。
2. 热失控行为: 观察并记录电池触发热失控的温度点(热失控起始温度)、热失控过程中的温度变化速率(温升速率)、最高表面温度以及火焰喷射情况。
3. 热失控传播(针对电池模组/包): 测试当单颗电芯发生热失控时,其产生的热量是否会导致相邻电芯发生连锁反应(热蔓延),评估模组或电池包的整体热管理设计有效性。
4. 测试后状态检查: 测试结束后,检查电池的外观完整性(是否变形、破裂、熔融)、质量损失、内部结构变化等。
5. 气体分析(可选但重要): 收集并分析热失控过程中释放的气体成分(如一氧化碳CO、二氧化碳CO2、氢气H2、碳氢化合物、氟化氢HF等),评估其毒性和可燃性危害。
进行热滥用测试需要专业的仪器设备来精确控制环境、施加刺激并采集数据:
1. 高温试验箱/加热炉: 核心设备,需具备精确的温度控制能力和快速的升温速率(通常要求>5°C/min)。内部空间应能容纳被测电池(单体或模组),并配备耐高温观察窗(如石英玻璃),有时需要惰性气体环境(如N2)或真空环境。
2. 温度记录系统: 包括多个高精度热电偶(K型或T型)或红外热像仪。热电偶需固定在电池的关键位置(如表面中心、正负极附近、内部若可能)、加热板表面以及环境空间中。数据采集仪需具备高速采样能力(至少1 Hz以上,捕捉快速温升)。
3. 电压电流监测系统: 在测试过程中实时监测电池的电压和可能的短路电流变化,特别是临近热失控时的电压骤降。
4. 压力传感器(针对密闭容器测试): 监测测试容器内部的气体压力变化。
5. 高速摄像机/普通摄像机: 全程记录测试过程,捕捉关键时刻(如起火、爆炸、喷射)的影像,用于后续行为分析。
6. 气体收集与分析系统: 包括气体采样袋、气密性容器、管路以及气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等,用于分析热失控释放的气体。
7. 安全防护设施: 防爆测试箱或防爆间、排烟系统、灭火装置(自动或手动)、远距离操作设备等,确保测试人员和环境安全。
8. 称重设备: 测试前和测试后精确测量电池质量,计算质量损失率。
常见的热滥用测试方法主要有以下几种,具体选择取决于标准要求或测试目的:
1. 恒温箱加热法: 将电池放入高温试验箱/马弗炉中,按预设速率(或直接设定)升温至目标温度(如130°C, 150°C),并保温一定时间(如30分钟或1小时),观察电池在高温环境下的行为。
2. 热板接触加热法: 将电池的某一特定表面(通常是大面)与加热板紧密接触。加热板按标准规定的速率(如5°C/min或10°C/min)升温,直至电池发生热失控或达到预设的最高温度(如300°C)。这种方法更直接模拟局部过热场景。
3. 温升速率法: 将电池置于加热环境中,环境温度以恒定的高速率(如5°C/min)持续上升,直到电池发生失效。该方法主要用于确定热失控起始温度。
4. 热失控传播测试: 通常在电池模组或小电池包上进行。通过外部热源(如加热棒、电阻丝加热)或触发装置(如针刺、过充)诱发模组中某一特定电芯发生热失控,监测其热量是否传递并引发相邻电芯热失控。记录触发电芯和相邻电芯的温度、电压变化,以及传播时间、传播范围。
测试步骤通常包括:
a) 样品准备(状态调节、初始参数测量)。
b) 安装传感器(温度、电压等)并固定样品。
c) 放置样品于测试设备中。
d) 启动加热程序并开始数据采集。
e) 持续监控直至测试结束(达到预设条件或样品失效)。
f) 安全后处理(冷却、灭火)。
g) 测试后检查与数据整理。
热滥用测试是众多国内外电池安全标准的核心项目之一,常用标准包括:
1. IEC 62133 系列: 《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全要求》,广泛应用于便携式电子产品电池,规定了单体电池和电池组的热滥用测试方法(如加热至130°C±2°C保温10Min)。
2. UL 1642: 《锂电池标准》,美国安全标准,对锂一次和二次电池的热滥用测试要求(如150°C±2°C保温10Min)。
3. UN/DOT 38.3: 《危险品货物运输的建议书 试验和标准手册》第38.3节,针对锂电池运输安全的强制性测试,包括热滥用测试(130°C保温10Min)。
4. GB/T 31485: 《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》(中国国家标准),对动力电池单体、模组和系统均有热滥用测试要求(如单体:加热至130°C±2°C保温30Min;模组/包:加热触发或外部火烧等)。
5. GB 31241: 《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》(中国强制性国家标准),参考并融合了IEC 62133的要求。
6. ISO 12405 系列: 《电动道路车辆 锂离子牵引电池组和系统的测试规范》,包含热滥用测试要求。
7. SAE J2464: 《电动汽车和混合动力汽车可再充能量储存系统的安全和滥用测试》,提供了详细的滥用测试方法,包括热滥用。
这些标准在具体的测试温度、升温速率、保温时间、样品数量、通过/失败判定准则(如不起火、不爆炸、无泄漏或泄漏量限制等)方面可能存在差异。进行测试前必须明确遵循的具体标准。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
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