过充电试验(模块)检测
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发布时间:2025-07-24 18:57:41 更新时间:2025-07-23 18:57:41
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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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过充电试验是针对电池模块(或电池包)的一项关键安全测试,旨在评估其在超出设计充电限值(即过充电)的极端工况下的安全表现、耐受能力及失效模式。该试验模拟实际使用中可能发生的充电控制失效、BMS(电池管理系统)故障或充电设备异常等场景,是验证电池系统安全设计有效性的核心环节,对保障电动汽车、储能系统及各类便携电子设备的安全运行至关重要。通过该试验,可以检验电池模块在过充电条件下的电压、温度变化趋势、是否发生热失控、起火、爆炸、漏液等危险现象,以及内置保护装置(如CID、PTC、熔断器等)的响应及时性与可靠性,为产品设计改进和风险控制提供关键数据支撑。
过充电试验(模块)检测通常包含以下核心项目:
1. 过充过程监控: 实时记录充电过程中的电压、电流、表面及内部关键点温度、气体产生情况。
2. 失效模式判定: 观察并记录是否发生起火、爆炸、泄压阀开启、壳体破裂、电解液泄漏、冒烟等明显安全失效现象。
3. 温度特性分析: 监测最高温度点、温升速率、温度分布均匀性,评估热管理系统的有效性及热失控风险。
4. 电压特性分析: 监控过充过程中的电压平台、电压波动、电压骤降(可能对应安全装置动作)等。
5. 保护装置响应评估: 验证内置保护装置(如CID电流中断装置、熔断器、BMS过充保护功能)是否在预设条件下及时、可靠地动作以切断充电回路或限制电流。
6. 试验后状态检查: 试验结束后,检查模块的外观完整性、绝缘电阻、容量保持率(如可能)等,评估其遭受过充后的残余安全风险。
进行过充电试验(模块)检测需要以下主要仪器设备:
1. 高精度可编程充放电测试系统: 用于施加精确控制的过充电电流和电压,需具备高电压、大电流输出能力、快速响应及安全联锁功能。
2. 多通道温度数据采集系统: 配备多个热电偶或热电阻传感器(K型、T型等),实时监测电池模块壳体表面、内部电芯(若可接触)、电极、连接片、关键电子元器件等关键位置的温度。
3. 电压/电流数据采集装置: 高精度电压传感器、电流传感器(如霍尔传感器)及数据采集卡/模块,用于实时记录总电压、单串电压(如有需要)、充电电流。
4. 防爆测试箱/安全防护仓: 具备耐压、阻燃、泄压导烟功能的专用测试箱体,确保试验过程的安全,保护操作人员和环境。通常配备观察窗、气体排放接口、灭火装置(如喷淋或惰性气体注入)。
5. 气体分析仪(可选): 用于检测过充过程中释放的气体成分(如CO, CO2, H2, CH4, C2H4等),分析热失控前期征兆及严重程度。
6. 高速摄像机/红外热成像仪: 记录试验过程中的可见光影像(如火焰、烟雾、膨胀)或温度场分布,用于失效过程分析。
7. 绝缘电阻测试仪: 试验前后用于测量模块端子与外壳/地之间的绝缘电阻,评估绝缘完整性是否受损。
标准的过充电试验(模块)检测方法通常遵循以下步骤:
1. 样品准备: 将待测电池模块在规定的环境温度(通常为25±5°C)下静置至温度稳定。记录初始状态(电压、温度、外观、绝缘电阻)。
2. 安装与布线: 将模块牢固安装于防爆测试箱内。连接好充放电测试仪的正负极。在预设的关键测温点粘贴热电偶并连接至数据采集系统。连接电压监测线。确保所有线路安全可靠。
3. 设置试验参数:
* 充电电流 (Icharge): 通常设置为模块最大允许充电电流的1倍、1.5倍或更高(根据标准或协议要求)。例如,1C, 2C等。
* 充电截止条件: 最为关键。 常见设置为:
* 充电至模块额定电压的XX% (如125%, 150%, 200% 等)。
* 充电至模块达到特定温度(如制造商规定的最高工作温度上限+20°C,或硬性规定如80°C, 100°C)。
* 充电至模块发生显著失效(如电压骤降、泄压阀开启、显著膨胀、起火)。试验需持续直到发生失效或达到预设的终止条件(如达到目标SOC/SOV或温度,或充电时间上限)。
* 数据采集设置: 设置合适的采样频率(通常需高频率以捕捉关键变化)。
4. 执行过充: 启动充放电测试系统,按照设定参数开始过充电。同时启动所有数据采集设备(温度、电压、电流、影像等)。
5. 过程监控: 密切关注测试箱内情况、实时数据变化(特别是电压和温度),随时准备应急处理。
6. 终止条件触发: 当达到预设的截止电压、截止温度、发生安全失效(起火、爆炸、泄压阀动作等)或达到最大充电时间时,终止充电。
7. 观察与记录: 详细记录整个过程中的现象(烟雾、火焰、声响、变形、漏液等)和关键数据点。
8. 试验后处理与检查: 试验结束后,让模块在安全防护下充分冷却(通常数小时或按标准规定)。打开测试箱,仔细检查并记录模块的最终状态(外观损坏程度、残留物、电极状态等)。测量并记录最终绝缘电阻(如果可能且安全)。
9. 数据分析与报告: 整理所有采集到的数据(电压、电流、温度曲线、影像资料等),绘制变化曲线图,分析过充过程中的关键事件节点(如保护装置动作点、温度拐点、失效点),结合观察现象得出结论,编写详细的检测报告。
过充电试验(模块)检测通常依据国内外权威的标准规范进行,主要标准包括:
1. 国际标准: * IEC 62660-3:2016 《电动道路车辆用锂离子动力蓄电池 第3部分:安全性要求》 - 规定了REESS(可充电储能系统)级别的过充电试验方法和要求。 * UL 2580:2020 《电动汽车用电池》 - 包含了针对电池模块和电池包的过充电测试要求(如第17节)。 * UN/ECE R100 Rev.3/Add.100 Rev.2 关于批准就特定要求批准用于电动车辆驱动装置的可充电储能系统 (REESS) 的统一规定 - 附录8a规定了REESS级别的过充电安全测试方法。 * ISO 12405-3:2014 《电动道路车辆 锂离子动力电池包和系统 第3部分:安全性要求》 - 包含系统级别的安全测试要求。 2. 中国国家标准/行业标准: * GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》 - 核心标准。第7.8节规定了电池包或系统的过充电保护试验方法(通常以1倍Imax充电至制造商规定的充电截止条件或至130% SOC,观察是否发生起火、爆炸)。该标准是电动汽车准入的强制性要求。 * GB/T 31467.3-2015 《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分:安全性要求与测试方法》 - 包含了详细的模块和系统级别的过充电测试方法(如5.1.3节过充电试验)。 * QC/T 743-2006 《电动汽车用锂离子蓄电池》(虽然较老且非强制性,但部分要求仍有参考价值)。 3. 企业标准/客户规范: 各电池生产商或主机厂(OEM)通常会制定更严格或特定工况的过充电测试企业标准或技术协议。
重要提示: 进行过充电试验具有极高的危险性,必须在具备完善安全防护设施和专业人员的实验室进行。试验人员需经过严格培训,熟悉应急预案。选用的标准应优先满足目标市场或客户的强制性和最新要求(如中国的GB 38031-2020)。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
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