電動車用動力電池安全試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展

1、電動車用動力電池安全試驗(yàn)技術(shù)(jsh)的發(fā)展中國(zhn u)北方車輛研究所動力電池測試中心王子冬共二十九頁演講者：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(xué)車輛學(xué)院，學(xué)士學(xué)位1992年-1993年在日本學(xué)習(xí)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)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(dān)任北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定試驗(yàn)所常務(wù)副所長1996年曾去美國三大汽車公司學(xué)習(xí)汽車產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)2002年至今擔(dān)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(fù)責(zé)電動車用各種動力電池的測試(csh)、評價和產(chǎn)品認(rèn)證工作聯(lián)系電話；010-8

2、3809250 Email：共二十九頁一.動力電池安全測試標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)和試驗(yàn)共二十九頁我們在完成國家863電動車重大專項課題任務(wù)過程中，積極開展測試方法研究工作，組織并負(fù)責(zé)起草了我國汽車行業(yè)電動車用動力(dngl)電池強(qiáng)制檢測標(biāo)準(zhǔn)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(dngl)蓄電池測試規(guī)范和國家重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。共二十九頁我國的汽車行業(yè)涉及的動力電池安全(nqun)標(biāo)準(zhǔn)國家十五863計劃電動車重大專項實(shí)施過程中，根據(jù)課題滾動

3、(gndng)制定了相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)制定工作，與重大專項同步實(shí)施。該系列標(biāo)準(zhǔn)于2006年8月1日實(shí)施，已應(yīng)用于發(fā)改委電動車公告管理強(qiáng)制性檢測工作中?？紤]到電動車用動力蓄電池的使用性能及使用特性，QC/T 743-2006明確了單體和成組或模塊的劃分，并將試驗(yàn)項目以單體和模塊相應(yīng)劃分；各項目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)動力電池的研發(fā)水平及電動車實(shí)際應(yīng)用特性確定，均比國標(biāo)的相應(yīng)項目要求嚴(yán)格。特別值得注意的是，在2005年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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.

4、3聯(lián)合國危險物品運(yùn)輸試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)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(xì)要求。從科學(xué)、實(shí)用以及我國動力電池發(fā)展階段考慮，在標(biāo)準(zhǔn)中明確的濫用條件主要包括：短路試驗(yàn)、擠壓試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、針刺試驗(yàn)、加熱試驗(yàn)、過充試驗(yàn)、過放試驗(yàn)等，并將單體及模塊蓄電池的安全試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)。共二十九頁 單體-20放電容量功率(gngl)測試、-50100放電容量、充放電特性測試、常溫/高溫荷電保持能力、大電流放電試驗(yàn)、常規(guī)循環(huán)壽命試驗(yàn)、模擬工況循環(huán)壽命試驗(yàn)、安全試驗(yàn)（包括針刺、擠壓、短路、過

5、充、跌落、高溫）等。 模塊：簡單模擬工況、-50100放電容量試驗(yàn)、耐振動試驗(yàn)、一致性測試、循環(huán)壽命試驗(yàn)等。安全試驗(yàn)（包括針刺、擠壓、短路、過充、跌落、高溫）等。目前(mqin)主要項目:共二十九頁二、國內(nèi)外電池性能的差異（其中的曲線(qxin)日本電池是模塊數(shù)據(jù)，國內(nèi)電池是單體數(shù)據(jù)） 共二十九頁國內(nèi)外幾種電池(dinch)的性能比較曲線共二十九頁國外幾種電池(dinch)的性能比較曲線共二十九頁我國HEV用鎳氫動力電池性能(xngnng)進(jìn)展共二十九頁我國HEV用鎳氫動力電池性能(xngnng)進(jìn)展.共二十九頁國外高功率型電池的比功率高、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

6、用過程中的通風(fēng)設(shè)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(shù)和生產(chǎn)水平與國外相比，還有比較大的差距，我們(w men)應(yīng)該加大電池研究、設(shè)計、生產(chǎn)方面的投入，認(rèn)真分析產(chǎn)生差距的技術(shù)原因，研究“具有自主知識產(chǎn)權(quán)”的解決差距的方法。總 體 評 價 比 較共二十九頁三.鋰離子電池安全試驗(yàn)問題 分析(fnx)與討論 共二十九頁安全問題如何(rh)發(fā)生？過充電時會出現(xiàn)(chxin)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共二十九頁鋰離子電池過充電(chng din)時的安全問題因?yàn)檫^充會使正極脫出更多的鋰從而在負(fù)極上析出金屬鋰生成(shn chn)鋰枝晶；過度脫鋰的正極發(fā)

7、生結(jié)構(gòu)變化，同時有放熱反應(yīng)發(fā)生！電解質(zhì)有時機(jī)溶劑體系，會發(fā)生分解反應(yīng)甚至燃燒！共二十九頁影響(yngxing)鋰電池安全性的因 素正、負(fù)極材料隔膜電解液電池(dinch)結(jié)構(gòu)使用條件保護(hù)措施共二十九頁電池(dinch)安全性討論濫用條件(tiojin)：短路；積壓；針刺；過充電；高溫；沖擊；震動等共二十九頁鋰離子電池(dinch)正極材料熱特性材料名稱LiCoO2LiMn2O4Li(NiCoMn)O2LiFePO4可逆比容量 (mAh/g)140100150145中點(diǎn)電壓 (V)3.73.83.63.2充電終止電壓 (V)4.254.354.33.85對過充電的承受能力(V)0.10.10.0

8、50.7室溫循環(huán)壽命(cycles)6006001000150055 循環(huán)壽命 (cycles)3001003001200 DSC熱流 (kJ/g)65015060010無保護(hù)下的過充電4.9/3C 爆炸8V/3V 火焰8V/3C 火焰25V/3C 通過價格(元/Ah)20152212可獲得的電池比能量 (Wh/kgiFePO4安全性最好(zu ho)，壽命長，極有吸引力！共二十九頁試驗(yàn)完成(wn chng)情況目前在試驗(yàn)室進(jìn)行(jnxng)過試驗(yàn)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

9、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。共二十九頁比 較我們在鎳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(jié)構(gòu)、電池一致性、開發(fā)手段、電池生產(chǎn)(shngchn)工藝、電池生產(chǎn)(shngchn)設(shè)備水平、電池組合技術(shù)、電池組管理系統(tǒng)水平、電池組合過程中的一些基礎(chǔ)元件等；軟件差距主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)過程管理團(tuán)隊、產(chǎn)品質(zhì)量控制方法、產(chǎn)品設(shè)計理念、產(chǎn)品性能分析軟件、共二十九頁下一步應(yīng)

10、該首先解決(jiju)的問題 1電池尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化； 2電池一致性的認(rèn)識、控制和測試； 3電池管理系統(tǒng)的簡化和測試； 4電池結(jié)構(gòu)、連接的改進(jìn)和優(yōu)化； 5電池組的高功率性能、安全性、可靠性的提高 6. 生產(chǎn)設(shè)備(shbi)和質(zhì)量控制方法的研究 在此基礎(chǔ)上才能降低成本、提高質(zhì)量和產(chǎn)量。共二十九頁四.動力電池試驗(yàn)(shyn)的發(fā)展共二十九頁試驗(yàn)(shyn)樣品數(shù)量的不同試驗(yàn)樣品要求改進(jìn):根據(jù)電池組能量大小的不同,試驗(yàn)擬采用不同的試驗(yàn)對象,如:電池組能量小的,考慮采用電池組進(jìn)行性能和安全試驗(yàn),電池組能量比較(bjio)大的性能測試采用電池組,安全試驗(yàn)采用10-20只串聯(lián)的模塊.共二十九頁壽命(s

11、humng)試驗(yàn)155擱置(gzh)壽命 其擱置壽命應(yīng)不小于56天（8周循環(huán)）。2 循環(huán)壽命 循環(huán)壽命在容量不低于90%條件下,分別應(yīng)不小于800次和600次/組。3 55加速循環(huán)壽命 循環(huán)壽命應(yīng)不小于200-300次/單體。共二十九頁環(huán)境(hunjng)適應(yīng)性1 低氣壓2 振動(zhndng)3 自由跌落4 恒定濕熱 放電容量應(yīng)不低于額定容量的905 高溫下模制殼體應(yīng)力 外殼不能發(fā)生導(dǎo)致內(nèi)部組成暴露的 物理形變。 共二十九頁安全保護(hù)(boh)性能 1 過充電(chng din)保護(hù)2 過放電保護(hù)3 短路保護(hù)共二十九頁安全(nqun)要求 1 過充電：1C、10V時間為90min 2 強(qiáng)制放電

12、：1C電流對電池進(jìn)行反向充電， 時間不低于90min 。3 外部短路： 且電池外表面溫度不高于150。4 針刺5 擠壓6 撞擊：重量9.1kg的重物從610mm高度 自由落到電池中心(zhngxn)的鋼棒上 。7 高溫烘烤：1508 機(jī)械沖擊：125175g，3ms。 9 溫度沖擊：752 、205 、 -202 ，擱置4h 。共二十九頁謝謝與會領(lǐng)導(dǎo)(ln do)和各位專家！共二十九頁內(nèi)容摘要電動車用動力電池安全試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。1996年曾去美國三大汽車公司學(xué)習(xí)汽車產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)。該系列標(biāo)準(zhǔn)于2006年8月1日實(shí)施，已應(yīng)用于發(fā)改委電動車公告管理強(qiáng)制性檢測工作中。各項目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)動力電池的研發(fā)水平及電動車實(shí)際應(yīng)用特性確定，均比國標(biāo)的相