内部短路测试（电芯）
内部短路测试是评估锂离子电池电芯安全性的关键环节，尤其针对其抵抗内部发生灾难性故障的能力。电芯内部的短路可能由制造缺陷（如金属杂质、隔膜瑕疵）、机械滥用（如挤压、针刺）或长期循环老化引发的锂枝晶生长等原因引起。一旦发生内部短路，局部会产生巨大的电流和热量积累，极易导致热失控（Thermal Runaway），引发冒烟、起火甚至爆炸等严重安全事故。因此，进行严格、科学的内部短路测试，对于预测和防范潜在风险、保障电池使用安全、优化电池设计和生产工艺具有极其重要的意义。该测试通常是在模拟最严苛或特定触发条件下进行的强制性安全评估项目。
检测项目
内部短路测试的核心目标是评估电芯在模拟内部短路发生时的安全表现，具体检测项目包括：
- 短路瞬间及后续反应： 观察电芯在短路发生时的瞬时现象（如火花、声响）以及后续的反应过程。
- 电压变化： 监测电芯在短路触发前、触发瞬间及触发后的电压跌落情况和持续时间。
- 温度变化： 精确测量电芯表面（尤其是短路点附近）及关键部位（如极耳）的温度变化曲线，记录最高温度及其上升速率。
- 是否发生热失控： 判断电芯是否发生剧烈的放热反应，导致温度急剧不可控上升，并伴随冒烟、起火、爆炸等现象。
- 壳体状态： 测试后检查电芯外壳是否破裂、变形、熔穿或产生其他物理损伤。
- 烟气/火焰喷射：
记录是否有可见烟气、火焰产生及喷射的方向和强度。
- 最终状态判定： 根据预设标准（如不起火、不爆炸）判定电芯是否通过测试。
检测仪器
进行内部短路测试需要精密的仪器来模拟短路、监测反应并记录数据：
- 高精度针压测试系统： 这是最常用的装置，核心是带有精密位移控制和压力传感器的刚性探针（如镍铬合金针）。用于精确刺穿电芯隔膜，强制在正负极之间建立短路通道。
- 热成像仪/红外热像仪： 非接触式实时监测和记录电芯表面温度场分布，精确捕捉热点位置和温度变化。
- 多通道温度记录仪与热电偶： 在电芯关键位置（如短路点附近、极耳、壳体中心）布置热电偶，实时记录局部温度随时间的变化曲线。
- 高速数据采集系统： 同步高速采集电压、电流、温度等关键参数，捕捉短路瞬间的瞬态变化。
- 电压表/源表： 高精度测量电芯短路前后的开路电压和短路时的电压跌落。
- 电流传感器： (可选，有时因短路电流过大而舍弃直接测量) 如高带宽电流探头或分流器，测量短路回路电流。
- 高速摄像机： 记录测试过程中的宏观物理现象（如膨胀、破裂、喷发、起火等）。
- 防爆测试箱： 将整个测试装置置于具有防爆、排气、灭火功能的密闭箱体内进行，确保实验安全。
检测方法
内部短路测试的方法主要依赖于强制触发电芯内部局部短路点，并观察其反应。最主流的方法是：
- 针刺法 (Nail Penetration Test)：
- 原理： 使用规定形状和尺寸（通常直径为3mm-8mm的圆锥或圆柱体）的刚性金属针，以设定的恒定速度（如80mm/s或40mm/s）刺穿充满电的电芯（通常为100% SOC）。针体作为导体，在刺穿隔膜的同时，强制连通正负极活性物质，引发局部短路。
- 关键参数： 针刺速度、针的材质、形状、直径、刺入深度（通常要求贯穿整个电芯厚度）、电芯的荷电状态(SOC)和温度。
- 过程： 将电芯固定于防爆箱内，布置热电偶和电压采集线。启动针刺装置穿刺电芯，同时利用数据采集系统、热像仪、摄像机等实时监测并记录电压、温度、物理现象的变化。持续观察直至电芯温度下降到接近环境温度且无后续反应，或发生剧烈失效为止。
- 其他方法：
- 挤压诱导短路： 使用平板或半球形压头对电芯施加压力，模拟机械挤压滥用，可能导致内部结构破坏引发短路。
- 植入内短路装置(Force Internal Short Circuit, FISC)： 在电芯制造过程中预先植入可引发特定位置短路的触发装置（如带低熔点合金球的镍片），在测试时加热熔化合金球引发短路。这种方法可更精确地控制短路位置（如正极-负极、正极-铝箔集流体、负极-铜箔集流体）。
无论哪种方法，核心都是： (a) 在受控条件下触发一个确定的内部短路点； (b) 全面监测电芯对该事件的响应； (c) 依据标准判定其安全性。
检测标准
内部短路测试的要求和判定标准主要依据国内外重要的电池安全法规和标准：
- 中国国家标准 (GB):
- GB/T 31485-2015 《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》： 明确规定了电动汽车用动力电池单体和模组的针刺试验方法（第7.2条）。要求针刺后1小时内，电池单体不起火、不爆炸（模组要求稍有不同）。
- GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》： 作为强制性国家标准，也对电池单体/系统的热失控（可通过针刺等方式触发）提出了严格的安全要求。
- 国际/国外标准:
- IEC 62660-2:2018 《Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 2: Reliability and abuse testing》: 国际电工委员会标准，包含了针对动力锂离子电芯的针刺试验方法。
- UL 1642:2020 《Standard for Lithium Batteries》: 美国保险商实验室标准，主要针对小型锂电池，也包含针对内部短路的测试要求（如压碎测试）。
- UN/DOT 38.3 Rev.7 《联合国关于危险品运输的建议书 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，其中的T.5测试（强制内部短路测试）是模拟内部微小金属杂质引发短路的情景。
- SAE J2464:2009 《电动和混合动力电动汽车可充电储能系统安全和滥用试验》: 美国汽车工程师学会标准，包含了包括内部短路在内的多种滥用试验方法。
- 企业标准: 各电池制造商或汽车主机厂通常会制定比国标/行标更严格的内部测试规范。
核心判定标准： 绝大多数标准都要求在规定的测试条件下（特定SOC、温度、针刺/挤压参数），电芯在触发内部短路后，不得发生起火（Fire）和爆炸（Explosion）。部分标准还要求不产生大量烟气、电解液泄漏或壳体破裂等。
重要注意事项
- 极高的危险性： 内部短路测试本身就具有引发热失控、火灾和爆炸的高风险，必须在具备完善防护设施（专用防爆测试箱、消防设备）和严格安全规程的实验室环境下进行，操作人员需经过专业培训并穿戴防护装备。
- 结果解读： 测试结果受多种因素影响（电芯设计、材料体系、SOC、温度、短路方式/位置/面积、测试设备精度等），需结合具体测试条件和电芯背景信息进行综合分析。
- 与热失控测试的关系：
CMA认证
检验检测机构资质认定证书
证书编号：241520345370
有效期至：2030年4月15日
CNAS认可
实验室认可证书
证书编号：CNAS L22006
有效期至：2030年12月1日
ISO认证
质量管理体系认证证书
证书编号：ISO9001-2024001
有效期至：2027年12月31日
扫一扫，更多精彩
