隨著新能源汽車的廣泛應(yīng)用，新能源汽車事故頻發(fā)。尤其2019年以來，多起主流新能源汽車產(chǎn)品發(fā)生了起火事故，雖然引起事故的原因不完全相同，但基本都是由于動力電池系統(tǒng)起火引起。而在起火事故發(fā)生前，沒有任何的信號或征兆，這就導致事故存在極大的不可預測性，并進一步提高了人員和財產(chǎn)損失的風險。眾所周知，為了使得應(yīng)用于電動汽車的動力電池具備較高的安全性，國內(nèi)外均有專門的標準法規(guī)對鋰離子電池及系統(tǒng)的安全性做出要求，分別從機械損傷、電氣損傷、環(huán)境損傷等多個方面提出了測試方法，但是由于鋰離子電池的高能量、高活性的特性，導致鋰離子電池在應(yīng)用中會存在結(jié)構(gòu)和性能的變化并可能最終引起電池突然的熱失控發(fā)生。電動汽車用動力電池熱擴散測試項目的主要目的就是驗證電動汽車整車或者電池系統(tǒng)應(yīng)對動力電池單體發(fā)生熱失控時能否有效保護駕乘人員安全逃生的能力，也正是隨著產(chǎn)品的推廣應(yīng)用及行業(yè)對產(chǎn)品的認識不斷加深，才推動了產(chǎn)品標準法規(guī)的不斷完善。
鋰離子電池的熱失控原因有很多，歸納起來包括：濫用造成電池內(nèi)短路，包括機械濫用、電濫用、熱濫用及多種應(yīng)力綜合作用。這些情況已經(jīng)在現(xiàn)有的標準法規(guī)中進行了相關(guān)的安全性要求。除了濫用外，電池老化過程中造成的結(jié)構(gòu)損傷或者枝晶生長等，以及制造過程中的缺陷也會造成電池內(nèi)短路，進而導致熱失控，這部分情況目前國內(nèi)還沒有標準法規(guī)進行要求。
正因為內(nèi)短路可能導致電池熱失控和熱擴散，可能對成員造成傷害，而目前對于部分內(nèi)短路的產(chǎn)生情況，并不能完全避免或者有效預防及預測，所以需要通過對電池系統(tǒng)整體應(yīng)對單體熱失控的安全防護能力提出要求，確保駕乘人員的安全。另一個方面，無論是單體電池，還是電池系統(tǒng)，比能量越來越高，而大量的測試數(shù)據(jù)顯示，隨著電池比能量的提高，在相同倍率下放電時，單位質(zhì)量的電池產(chǎn)熱量大幅提高，同時使用加熱方法觸發(fā)單體電池發(fā)生熱失控所需要的能量與電池自身能量的比值也更低。
標準法規(guī)介紹
目前涉及到動力電池熱擴散的標準法規(guī)主要包括SAE J 2464、UL 2580以及即將發(fā)布的GBXXX《電動汽車用動力蓄電池安全要求》和正在研究中的GTR No.20。其中SAE J 2464、UL 2580以及即將發(fā)布的GBXXX《電動汽車用動力蓄電池安全要求》均已經(jīng)有正式的測試要求公開發(fā)布，所以本文主要介紹在這3項標準中關(guān)于熱擴散的要求。
1.1 SAE J 2464-2009
項目名稱為被動擴散阻力測試（Passive Propagation Resistance Test）；測試對象為模塊/電池包；測試目的是該測試評估被測設(shè)備（DUT）承受單個電池熱失控事件的能力，以便熱失控事件不會傳播到相鄰電池。建議DUT制造商首先在模塊級執(zhí)行這些測試。
測試方法如下：樣品處于100%荷電狀態(tài)（SOC），在55 ℃或者樣品最高允許工作溫度條件下進行測試。要求5 min內(nèi)將樣品加熱至400 ℃或樣品發(fā)生熱失控，可以選擇其他方法觸發(fā)熱失控（觸發(fā)方法需要以報告形式詳細描述）。標準推薦進行至少5個位置的測試以便能夠獲得試驗的普遍性。
數(shù)據(jù)記錄如下：溫度、電壓、試驗前后絕緣電阻、照片、視頻、起火、爆炸、物質(zhì)泄漏的描述等。
1.2 UL 2580
項目名稱為內(nèi)部火燒測試（Internal fire exposure test）；測試目的為儲能系統(tǒng)應(yīng)具備阻止由于一個單體電池失效而引起的起火或者爆炸事故；測試條件為滿電狀態(tài)的儲能系統(tǒng)進行SAEJ 2464中的被動擴散阻力測試（Passive Propagation Resistance Test）測試。在一定的條件下可以使用一個或多個模組進行測試。
1.3 GBXXXX 熱擴散測試
項目名稱為熱擴散；項目要求如下：電池包或系統(tǒng)在由于單個電池熱失控引起熱擴散，進而導致乘員艙發(fā)生危險之前5 min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號（服務(wù)于整車熱事件報警，提醒乘員疏散）；如果熱擴散不會產(chǎn)生導致車輛乘員危險的情況，則認為該要求得到滿足。進一步明確了對于人員保護的要求，明確了熱擴散測試項目的目的和應(yīng)用場景。