電動車用動力電池安全試驗技術發(fā)展

1、演講者：王子冬工作單位：中國北方車輛研究所（201所）經(jīng)歷：1982年畢業(yè)于北京理工大學車輛學院，學士學位1992年-1993年在日本學習，重點學習日本的企業(yè)管理、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)線管理、產(chǎn)品的市場開發(fā)。1994年回國后擔任北方汽車質量監(jiān)督檢驗鑒定試驗所常務副所長1996年曾去美國三大汽車公司學習汽車產(chǎn)品的研發(fā)技術2002年至今擔任國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任現(xiàn)在受國家發(fā)改委和科技部的委托，主要負責電動車用各種動力電池的測試、評價和產(chǎn)品認證工作聯(lián)系電話Email： 我們在完成國家863電動車重大專項課題任務過程中，積極開展測試方法研究工作，組織并負責起

2、草了我國汽車行業(yè)電動車用動力電池強制檢測標準電動汽車用鋰離子蓄電池（QC/T 743-2006）電動汽車用金屬氫化物鎳蓄電池（QC/T 744-2006）電動汽車用鉛酸蓄電池（QC/T 742-2006），參與了HEV、EV電動車用動力蓄電池測試規(guī)范和國家重要技術標準的制定工作。國家十五863計劃電動車重大專項實施過程中，根據(jù)課題滾動制定了相應的EV/HEV車用鋰離子蓄電池測試規(guī)范；2004年啟動的動力電池汽車行業(yè)標準制定工作，與重大專項同步實施。該系列標準于2006年8月1日實施，已應用于發(fā)改委電動車公告管理強制性檢測工作中。考慮到電動車用動力蓄電池的使用性能及使用特性，QC/T 743-2

3、006明確了單體和成組或模塊的劃分，并將試驗項目以單體和模塊相應劃分；各項目檢驗標準依據(jù)國內(nèi)外相關標準、國內(nèi)動力電池的研發(fā)水平及電動車實際應用特性確定，均比國標的相應項目要求嚴格。特別值得注意的是，在2005年行業(yè)標準的起草過程中，對于如何把握和評價動力電池安全性能是非常慎重的。IEC62281、UL1642、UN38.3聯(lián)合國危險物品運輸試驗和標準手冊、美國USABC EV車用電池測試手冊、美國Freedomcar項目 HEV車用電池測試手冊等都對電池的安全測試有詳細要求。從科學、實用以及我國動力電池發(fā)展階段考慮，在標準中明確的濫用條件主要包括：短路試驗、擠壓試驗、跌落試驗、針刺試驗、加熱試

4、驗、過充試驗、過放試驗等，并將單體及模塊蓄電池的安全試驗分別要求。目前我正在起草國家新能源汽車公告管理的電池測試標準。 單體單體-20-20放電容量功率測試、放電容量功率測試、-50-50 100100放電放電容量、充放電特性測試、常溫容量、充放電特性測試、常溫/ /高溫荷電保持能力、大電高溫荷電保持能力、大電流放電試驗、常規(guī)循環(huán)壽命試驗、模擬工況循環(huán)壽命試驗、流放電試驗、常規(guī)循環(huán)壽命試驗、模擬工況循環(huán)壽命試驗、安全試驗（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）安全試驗（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）等。等。 模塊：簡單模擬工況、模塊：簡單模擬工況、-50-50 100100放電容量

5、試驗、放電容量試驗、耐振動試驗、一致性測試、循環(huán)壽命試驗等。耐振動試驗、一致性測試、循環(huán)壽命試驗等。安全試驗（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）安全試驗（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）等。等。2002-2005年HEV用鎳氫電池能量密度變化趨勢圖01020304050607080BL YSCLSZSP研 制 單 位能量密度（wh/kg)20022003200420052002-2005年HEV用鎳氫電池功率密度變化趨勢圖020040060080010001200BL YSCLSZSP研 制 單 位功率密度（(wh/kg)2002200320042005 國外高功率型電池的比功率

6、高、電池動態(tài)直流電阻小、電池一致性好、可靠性好，電池組在使用過程中的通風設計合理、環(huán)境一致性好，管理系統(tǒng)簡單，商品化水平高。 國內(nèi)電池的技術和生產(chǎn)水平與國外相比，還有比較大的差距，我們應該加大電池研究、設計、生產(chǎn)方面的投入，認真分析產(chǎn)生差距的技術原因，研究“具有自主知識產(chǎn)權”的解決差距的方法。 過充電時會出現(xiàn)容量損失或熱失控過充電時會出現(xiàn)容量損失或熱失控 電池擠壓破裂或短路時排氣和可能熱失控電池擠壓破裂或短路時排氣和可能熱失控因為過充會使正極脫出更多的鋰從而在負極上析出金屬鋰生成鋰枝晶；過度脫鋰的正極發(fā)生結構變化，同時有放熱反應發(fā)生！電解質有時機溶劑體系，會發(fā)生分解反應甚至燃燒！ 正、負極材料

7、 隔膜 電解液 電池結構 使用條件 保護措施 濫用條件： 短路； 積壓； 針刺； 過充電； 高溫； 沖擊； 震動等材料名稱材料名稱LiCoO2LiMn2O4Li(NiCoMn)O2LiFePO4可逆比容量可逆比容量 (mAh/g)140100150145中點電壓中點電壓 (V)3.73.83.63.2充電終止電壓充電終止電壓 (V)4.254.354.33.85對過充電的承受能力對過充電的承受能力(V)0.10.10.050.7室溫循環(huán)壽命室溫循環(huán)壽命(cycles)6006001000150055 循環(huán)壽命循環(huán)壽命 (cycles)3001003001200 DSC熱流熱流 (kJ/g)65

8、015060010無保護下的過充電無保護下的過充電4.9/3C 爆炸爆炸8V/3V 火焰火焰8V/3C 火焰火焰25V/3C 通過通過價格價格(元元/Ah)20152212可獲得的電池比能量可獲得的電池比能量 (Wh/kg目前在試驗室進行過試驗的國內(nèi)鋰離子動力電池企業(yè)有：深圳比亞迪公司、中信盟固利公司、北大先行公司、ATL公司、天津力神公司、蘇州星恒公司、深圳雷天公司、天津十八所、洛陽天空能源公司等； 國外企業(yè)主要是鎳氫電池，如松下公司、三洋公司、美國的江森公司、通用公司； 超級電容器有美國的MAXWELL公司和韓國LS公司； 國外鋰電池企業(yè)有美國依頓公司。 我們在鎳

9、氫動力電池和高功率型鋰動力電池方面與國外差距比較大； 在高能量型鋰動力電池方面與國外差距不大； 硬件差距主要體現(xiàn)在：電池結構、電池一致性、開發(fā)手段、電池生產(chǎn)工藝、電池生產(chǎn)設備水平、電池組合技術、電池組管理系統(tǒng)水平、電池組合過程中的一些基礎元件等； 軟件差距主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)過程管理團隊、產(chǎn)品質量控制方法、產(chǎn)品設計理念、產(chǎn)品性能分析軟件、 1 1電池尺寸的標準化、系列化；電池尺寸的標準化、系列化； 2 2電池一致性的認識、控制和測試；電池一致性的認識、控制和測試； 3 3電池管理系統(tǒng)的簡化和測試；電池管理系統(tǒng)的簡化和測試； 4 4電池結構、連接的改進和優(yōu)化；電池結構、連接的改進和優(yōu)化； 5 5電池

10、組的高功率性能、安全性、可靠性的提高電池組的高功率性能、安全性、可靠性的提高 6. 6. 生產(chǎn)設備和質量控制方法的研究生產(chǎn)設備和質量控制方法的研究 在此基礎上才能降低成本、提高質量和產(chǎn)量。在此基礎上才能降低成本、提高質量和產(chǎn)量。 試驗樣品要求改進: 根據(jù)電池組能量大小的不同,試驗擬采用不同的試驗對象,如:電池組能量小的,考慮采用電池組進行性能和安全試驗,電池組能量比較大的性能測試采用電池組,安全試驗采用10-20只串聯(lián)的模塊. 1 15555擱置壽命擱置壽命 其擱置壽命應不小于56天（8周循環(huán)）。 2 2 循環(huán)壽命循環(huán)壽命 循環(huán)壽命在容量不低于90%條件下,分別應不小于800次和600次/組。

11、 3 3 5555加速循環(huán)壽命加速循環(huán)壽命 循環(huán)壽命應不小于200-300次/單體。 1 1 低氣壓低氣壓 2 2 振動振動 3 3 自由跌落自由跌落 4 4 恒定濕熱恒定濕熱 放電容量應不低于額定容量的90 5 5 高溫下模制殼體應力高溫下模制殼體應力 外殼不能發(fā)生導致內(nèi)部組成暴露的 物理形變。 1 1 過充電保護過充電保護2 2 過放電保護過放電保護3 3 短路保護短路保護 1 1 過充電：過充電：1C1C、10V10V時間為時間為90min90min 2 2 強制放電：強制放電：1C1C電流對電池進行反向充電，電流對電池進行反向充電， 時間不低于時間不低于90min90min 。 3 3 外部短路：外部短路： 且電池外表面溫度不高于150。 4 4 針刺針刺 5 5 擠壓