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外部短路(電芯）檢測

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發(fā)布時間：2025-07-16 16:10:00 更新時間：2025-07-15 16:10:01

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

外部短路(電芯)檢測概述

外部短路檢測是鋰離子電池（電芯）安全性能測試中至關(guān)重要的強制性項目之一。它旨在模擬電芯在實際使用、運輸或存儲過程中，其外部正負極意外被低電阻導(dǎo)體（如金屬物品）連接，形成低阻抗回路，導(dǎo)致短時間內(nèi)產(chǎn)生極大電流的場景。這種極端情況會引發(fā)電芯內(nèi)部溫度急劇升高、內(nèi)部壓力驟增，存在起火、爆炸等嚴重安全風(fēng)險。因此，進行嚴格、標準化的外部短路檢測，是評估電芯本質(zhì)安全特性、篩選合格產(chǎn)品、保障終端用戶安全及滿足國內(nèi)外法規(guī)認證（如GB, IEC, UN38.3等）的核心環(huán)節(jié)。此項檢測通常在電芯單體（Cell）層面進行，測試條件模擬最嚴苛的短路狀態(tài)。

檢測項目

電芯外部短路檢測的核心評估項目包括：

1. 電芯表面溫度變化： 重點監(jiān)測電芯在短路發(fā)生瞬間及后續(xù)一段時間內(nèi)的最高表面溫度及其變化趨勢。溫度峰值是判斷熱失控風(fēng)險的關(guān)鍵指標。

2. 電芯電壓變化： 記錄短路瞬間電壓的跌落情況以及在整個測試過程中的電壓變化曲線。

3. 短路電流： 測量并記錄短路回路中流過的最大峰值電流及其持續(xù)時間。

4. 物理狀態(tài)變化： 觀察電芯在測試過程中及測試結(jié)束后是否發(fā)生起火、爆炸、漏液、冒煙、殼體破裂或嚴重變形等異?，F(xiàn)象。

5. 測試后的狀態(tài)： 測試結(jié)束后，按規(guī)定時間靜置后，檢查電芯的最終狀態(tài)（是否可恢復(fù)、是否損壞）。

檢測儀器

進行電芯外部短路檢測需要專業(yè)的儀器設(shè)備，主要包括：

1. 外部短路試驗機： 核心設(shè)備，具備以下功能： * 大電流觸發(fā)與承載能力： 能夠瞬間接通并承受短路產(chǎn)生的高達數(shù)千安培的峰值電流（具體電流能力需滿足標準要求）。 * 低回路電阻： 整個短路回路（包括連接導(dǎo)線、夾具、開關(guān)）的總電阻必須非常低（通常要求 ≤ 5 mΩ 或按標準規(guī)定），以確保短路電流主要受電芯內(nèi)阻限制。 * 高速開關(guān)： 使用真空繼電器或類似高速、大容量開關(guān)器件，確保短路連接的快速、可靠建立和斷開。 * 定時器： 精確控制短路持續(xù)時間（通常為10分鐘或直到電芯溫度回落）。

2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： * 溫度記錄儀/熱像儀： 高精度（至少±1°C）、高采樣率（≥1Hz）的溫度傳感器（如K型熱電偶）或紅外熱像儀，用于實時監(jiān)測并記錄電芯表面溫度。 * 電壓數(shù)據(jù)采集器： 高速、高精度電壓測量裝置，用于捕捉短路瞬間的電壓跌落及后續(xù)變化。 * 電流傳感器： 高帶寬、大電流的霍爾電流傳感器或分流器，用于測量短路電流峰值及波形。

3. 防爆測試箱： 將電芯置于密閉且能承受一定爆炸沖擊的測試箱內(nèi)進行試驗，確保操作人員和環(huán)境安全。

4. 絕緣夾具： 用于在測試過程中牢固夾持電芯，確保良好的電接觸且操作安全。

5. 低電阻導(dǎo)線： 截面積足夠大、電阻極低的銅導(dǎo)線，用于連接電芯與測試機。

檢測方法

電芯外部短路檢測的標準操作流程通常如下：

1. 初始狀態(tài)： 將待測電芯在規(guī)定的環(huán)境溫度（通常為 20±5°C 或 55±5°C，依據(jù)標準選定）下穩(wěn)定足夠時間（如2小時）。測量并記錄其開路電壓（OCV）和初始溫度。

2. 測試環(huán)境設(shè)置： 將電芯放入防爆測試箱內(nèi)，使用絕緣夾具固定。

3. 連接： 用低電阻導(dǎo)線將電芯的正極端子和負極端子分別連接到外部短路試驗機的對應(yīng)端子（正接正，負接負）。確保連接牢固、接觸電阻最小。

4. 傳感器安裝： 將溫度傳感器（如熱電偶）牢固粘貼或焊接在電芯殼體表面指定的監(jiān)測點（通常為幾何中心或最熱點）。將電壓探頭連接到電芯兩端。將電流傳感器接入短路回路。

5. 回路電阻測量： 在施加短路前，測量整個外部短路回路（不包括電芯本身）的電阻。此電阻必須符合標準要求（通?！?mΩ）。

6. 執(zhí)行短路： 關(guān)閉防爆箱門。啟動外部短路試驗機，使其內(nèi)部的高速開關(guān)瞬間閉合，形成外部短路回路。

7. 數(shù)據(jù)采集與觀察： 短路持續(xù)時間為標準規(guī)定的時間（通常為10分鐘），或直到電芯溫度從峰值下降20%或降至接近室溫（依據(jù)具體標準）。在此期間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄電芯的表面溫度、電壓和回路電流。同時通過觀察窗或攝像頭密切監(jiān)視電芯是否出現(xiàn)起火、爆炸、冒煙、漏液、劇烈變形等異常現(xiàn)象。

8. 短路解除與后處理： 達到規(guī)定時間后，試驗機自動斷開短路開關(guān)。讓電芯在防爆箱內(nèi)自然冷卻至室溫（或標準規(guī)定時間）。

9. 最終檢查： 打開防爆箱，小心取出電芯。檢查并記錄電芯最終的外觀狀態(tài)（如變形、破損）、電壓等。