挤压(电芯)检测
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发布时间:2025-07-24 11:49:44 更新时间:2025-07-23 11:49:44
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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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挤压测试是锂电池制造与安全认证中至关重要的破坏性安全测试项目之一,尤其针对单体电芯(Cell)。其主要目的是模拟电芯在极端物理受力状态下的稳定性与安全裕度,例如在车辆碰撞、重物压迫或不当使用过程中可能遭遇的强烈机械挤压。该测试通过施加巨大压力,强制电芯发生严重形变,以评估其是否会发生内部短路、热失控(Thermal Runaway)、起火、爆炸等危险情况。对于确保终端产品(如电动汽车、储能系统、消费电子)的使用安全,防止因机械滥用导致的安全事故具有不可替代的作用。首段重点强调:挤压测试是直接关乎电芯本质安全性的底线测试,其结果直接影响产品的市场准入和用户信任度。
挤压测试的核心检测项目包括但不限于:
电芯结构完整性破坏程度: 观察并记录电芯壳体是否破裂、变形量、电解液是否泄漏等物理损伤。
电气性能变化: 测试过程中及测试后,监测电芯电压的瞬间跌落、反弹或归零情况,判断内部短路的发生。
热失控行为监测: 实时监测电芯表面和内部(如有探针)的温度变化,记录是否出现温度急剧升高(通常定义为温升速率≥1℃/秒)或达到设定阈值(如>150℃)。
安全响应: 观察电芯是否发生起火(Fire)、爆炸(Explosion)、喷射(Venting/Projection)等现象。
泄压机制: 对于设计有安全阀(Vent)的电芯,观察其在受压时是否正常启动泄压。
进行挤压测试需要专业的、高精度的测试设备:
挤压试验机: 核心设备,需具备精确控制位移、速度(通常为低速,如0.1mm/s - 10mm/s)和压力(数十kN至数百kN)的能力。测试台需有足够的刚度和稳定性。
数据采集系统(DAQ): 实时采集并记录压力、位移、电压、温度(多点热电偶或红外热像仪)等关键参数。
高速摄像机: 用于捕捉测试过程中电芯反应(如起火、爆炸、喷射)的瞬间影像,便于事后分析失效模式。
防爆测试箱: 为测试提供密闭、防火、防爆的安全环境,保护操作人员及周围设备,通常配备观察窗、烟雾/火焰传感器、灭火/通风装置。
温度测量设备: K型热电偶(贴于电芯表面关键位置)和/或红外热像仪(非接触式测量表面温度场)。
电压监测仪: 高精度电压表或多通道数据采集卡,实时监测电芯正负极电压变化。
标准的挤压测试方法通常遵循以下关键步骤:
样品准备: 电芯需按标准要求进行预处理(如充满电至指定SOC,常为100% SOC),并在规定环境(如25±5℃)下稳定。
夹具与方向: 将电芯牢固安装在试验机平台上。挤压方向至关重要,需按标准要求进行(如沿电芯宽面、窄面或端面挤压)。对于圆柱电芯,常垂直于其轴线方向施压。
测试条件设置: 设定挤压速度(如GB 31241要求0.1mm/s, UL 1642要求约1.5cm/min)。设定停止条件(达到特定压力值、特定变形位移量或电芯发生失效)。
安装传感器: 连接并校准电压线、热电偶等传感器。
安全防护: 将测试系统置于防爆箱内并关闭箱门。
执行测试: 启动试验机,按设定速度匀速施加挤压力。同时启动数据采集系统和高速摄像机。
过程监控: 实时观察数据变化和电芯状态,记录关键事件(如电压骤降、温度骤升、冒烟、起火、爆炸)发生的时间点和对应的压力/位移值。
测试终止: 当达到预设停止条件(如压力达到标准规定值、位移达到电芯厚度/直径的特定百分比)或电芯发生显著失效(起火爆炸)时,停止挤压。
后观察: 测试停止后,继续观察一段时间(如1小时),确认电芯是否发生延迟反应(如复燃)。
数据分析与报告: 整理测试数据(压力-位移曲线、电压-时间曲线、温度-时间曲线)、高速影像和现象记录,依据判定标准给出测试结论。
挤压测试的具体要求(压力值、速度、方向、判定准则)由国际、国家或行业标准严格规定,常见标准包括:
GB 31241-2014 《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》及修订: 适用于消费类电池电芯。要求挤压方向垂直于电芯极板方向(即宽面),挤压速度0.1mm/s,挤压力达到13kN(或压强达到1300kPa)后保持,或达到初始厚度1/3的变形量(先到为止),要求电芯应不起火、不爆炸。
GB/T 31485-2015 《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》/ GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》: 适用于车用动力电池电芯。要求挤压速度5mm/s±1mm/s。停止条件为挤压力达到电芯额定容量的100倍(单位为kN,即如100Ah电芯需达到1000kN)或变形量达到初始尺寸的30%(先到为止)。要求电芯应不起火、不爆炸。新版GB 38031对挤压板的形状(如半径75mm的半圆柱体)有更明确规定。
UL 1642 《锂电池安全标准》: 要求施加挤压力使电芯在两个平面板之间受压,直至压力达到17.2 MPa (2500 psi) 或电芯变形量达到初始高度的50%(同时压力达到13 kN),要求电芯应不起火、不爆炸。
IEC 62660-2:2018 《电动道路车辆推进用二次锂离子电池 第2部分:可靠性和滥用性测试》: 要求与GB 38031类似,挤压速度5mm/s±1mm/s,停止条件为力达到(100 x C) kN (C为额定容量,Ah) 或变形30%(先到者),要求不起火、不爆炸。
UN 38.3 《关于危险货物运输的建议书 试验和标准手册》: 在T.5挤压试验中,要求施加挤压力使电芯在两个平面板之间受压,挤压速度1.5 cm/s,直至压力达到250 N (约25.5 kg力)。要求电芯在测试后6小时内不起火、不爆炸。
判定标准核心: 无论遵循哪个具体标准,挤压测试最核心的安全判定准则是:在整个测试过程中及测试后规定观察期内,电芯不应发生起火(Fire)或爆炸(Explosion)。部分标准(如GB 31241)也明确要求不能有外壳破裂导致内部物质暴露(电解液泄漏量不超标)。泄压阀的正常开启通常是被允许的安全泄压行为。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
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