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熱失控擴散試驗(模塊)檢測

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發(fā)布時間：2025-07-24 11:12:19 更新時間：2025-07-23 11:12:19

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

熱失控擴散試驗(模塊)檢測：保障電池系統(tǒng)安全的關鍵防線

隨著電動汽車和儲能系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，鋰離子電池因其高能量密度得到廣泛應用。然而，電池安全，特別是熱安全問題，始終是行業(yè)關注的焦點和挑戰(zhàn)。熱失控擴散試驗(模塊)檢測正是針對這一核心風險而設計的關鍵安全驗證手段。該試驗旨在模擬電池模塊中某個單體電芯發(fā)生熱失控時，評估整個電池模塊或系統(tǒng)阻止或延緩熱失控向相鄰電芯蔓延的能力。其核心目標是驗證電池模塊的被動安全防護設計（如隔熱材料、阻火結構、泄壓通道設計、模組排布等）是否有效，防止“一顆老鼠屎壞了一鍋粥”的連鎖反應，避免單個電芯的熱失控演變成整個電池包乃至車輛的劇烈火災或爆炸，對于提升新能源汽車及儲能系統(tǒng)的整體安全性、降低安全風險、增強消費者信心以及滿足日益嚴格的法規(guī)要求具有極其重大的意義。

檢測項目

熱失控擴散試驗(模塊)檢測的核心項目通常包括：

1. 熱失控觸發(fā)與蔓延判定： 在模塊中選定一個或多個特定單體電芯（通常位于幾何中心或關鍵位置），采用標準化的方法（如針刺、加熱、過充等）人為觸發(fā)其熱失控。關鍵觀察點是確認觸發(fā)后是否引發(fā)相鄰電芯相繼發(fā)生熱失控。

2. 溫度監(jiān)控與熱傳播分析： 在觸發(fā)電芯、相鄰電芯、模塊外殼、關鍵連接件（如Busbar）及模塊外部指定位置布置密集的溫度傳感器（熱電偶）。實時監(jiān)測并記錄整個過程中各點的溫度變化曲線，分析熱傳播的速度、路徑、峰值溫度及溫度梯度，評估隔熱/散熱設計的有效性。

3. 蔓延時間/距離： 精確測量從觸發(fā)電芯熱失控開始，到熱失控蔓延至第一個相鄰電芯（或指定位置）所需的時間。有時也記錄蔓延至第N個電芯的時間。

4. 火焰、煙霧與噴射物觀測： 記錄試驗過程中是否產(chǎn)生明火、火焰的大小、持續(xù)時間、噴射物（氣體、熔融物）的方向和距離，以及煙霧產(chǎn)生量和特性。

5. 模塊結構完整性： 試驗后檢查模塊的結構是否保持完整或損壞程度，評估爆炸沖擊波或火焰噴射對結構的影響。

6. 電壓/電流監(jiān)測： 監(jiān)測整個模塊及關鍵區(qū)域在熱失控過程中的電壓、電流異常變化。

檢測儀器

進行熱失控擴散試驗需要精密的儀器設備來精確觸發(fā)、監(jiān)控和記錄：

1. 熱失控觸發(fā)裝置： 如高精度程控加熱板（貼附于電芯表面）、針刺機構（特定直徑和速度的鋼針）、或過充設備，用于可控地引發(fā)選定電芯的熱失控。

2. 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 核心設備，用于同步高速采集來自大量熱電偶、電壓傳感器、電流傳感器的信號。

3. 溫度傳感器： K型或T型熱電偶，數(shù)量眾多（數(shù)十至上百個），需耐高溫（通常要求>1000°C），布置于電芯表面/極柱、模塊外殼、Busbar、關鍵間隙、模塊外部等關鍵位置。

4. 高速攝像機/紅外熱像儀： 高速攝像機用于捕捉熱失控瞬間的火焰噴射、爆炸、結構變形等高速動態(tài)過程；紅外熱像儀提供模塊表面的整體溫度分布和熱點演化圖像。

5. 電壓電流測試設備： 高精度電壓傳感器和電流傳感器，監(jiān)測模塊總電壓、觸發(fā)電芯電壓、相鄰電芯電壓以及可能的短路電流。

6. 氣體分析儀（可選）： 用于分析熱失控釋放的氣體成分（如CO, CO2, H2, HF, 電解液溶劑蒸汽等）。

7. 煙霧測量設備（可選）： 如光度計，測量煙霧密度。

8. 防護與安全設施： 防爆試驗艙、強力排煙系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)（通常用于事后）、安全門禁等，確保試驗人員和環(huán)境安全。

檢測方法

熱失控擴散試驗(模塊)檢測通常遵循標準化的流程：

1. 樣品準備： 將被測電池模塊（通常為設計定型后的產(chǎn)品）安裝到特定的防爆測試艙內的固定支架上，確保安裝穩(wěn)固，模擬實際安裝狀態(tài)。

2. 傳感器布置： 按照試驗方案，在預定義的關鍵位置（觸發(fā)電芯、相鄰電芯、模塊殼體、Busbar、空隙、外部等）緊密、可靠地固定熱電偶。連接電壓、電流測試線。

3. 設備連接與調試： 將所有傳感器連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，調試加熱/針刺/過充觸發(fā)裝置，架設好高速攝像機和紅外熱像儀，確保所有設備正常工作。

4. 初始狀態(tài)記錄： 記錄模塊的初始電壓、溫度、環(huán)境條件等。

5. 觸發(fā)熱失控： 在選定電芯上啟動觸發(fā)裝置（如開啟加熱板至設定功率/溫度，或啟動針刺機構，或進行過充），直至該電芯被確認發(fā)生熱失控（通常表現(xiàn)為電壓急劇下降、溫度急劇上升、可能伴隨噴煙/噴火）。

6. 數(shù)據(jù)采集與過程監(jiān)控： 在觸發(fā)前開始持續(xù)采集溫度、電壓、電流數(shù)據(jù)，并同步進行高速攝像和紅外熱成像記錄，密切觀察熱失控發(fā)展及是否向相鄰電芯蔓延。

7. 蔓延判定與試驗終止： 密切監(jiān)測，一旦判斷熱失控蔓延至第一個相鄰電芯（或達到標準規(guī)定的蔓延條件），或試驗達到預設的安全時間/條件，試驗終止。若未發(fā)生蔓延，持續(xù)觀測至模塊溫度穩(wěn)定或達到標準規(guī)定的時間。

8. 后處理與數(shù)據(jù)整理： 安全冷卻后，取出模塊檢查結構損壞情況。整理分析所有采集的數(shù)據(jù)（溫度曲線、電壓曲線、視頻/圖像），計算關鍵參數(shù)（如蔓延時間、最高溫度、溫升速率）。

9. 結果判定： 根據(jù)設定的評判標準（通?；谑欠癜l(fā)生蔓延及蔓延時間）給出試驗是否合格的結論。

檢測標準

熱失控擴散試驗(模塊)檢測的嚴格性和規(guī)范性依賴于明確的標準。國內外重要的相關標準包括：

1. 中國國家標準 (GB):
* GB 38031-2020 《電動汽車用動力蓄電池安全要求》： 這是中國電動汽車電池安全強制性標準。其附錄C明確規(guī)定了針對電池包或系統(tǒng)的熱擴散乘員保護試驗方法和要求（5分鐘內不起火不爆炸）。該標準通常通過模塊級試驗來驗證設計是否滿足系統(tǒng)級要求。
* GB/T 36276-2018 《電力儲能用鋰離子電池》： 該標準針對儲能電池，規(guī)定了電池模塊/簇的熱失控擴散試驗方法（如加熱觸發(fā)）和判定要求（不引發(fā)相鄰電池熱失控）。

2. 國際/區(qū)域標準：
* ISO 6469-1:2019 Electrically propelled road vehicles — Safety specifications — Part 1: Rechargeable energy storage system (RESS): 國際標準化組織的標準，其附錄E規(guī)定了熱失控蔓延測試方法（如針刺或加熱觸發(fā)）。
* UNECE R100 Rev.3 (E/e-Mark): 聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會的法規(guī)，對電動汽車電池系統(tǒng)安全有強制要求。其中針對REESS Safety (Annex 8 Part A) 要求進行熱擴散測試（如加熱觸發(fā)），要求在熱失控觸發(fā)后5分鐘或更長時間內不起火、不爆炸。
* IEC 62619:2022 《工業(yè)用含堿性或其他非酸性電解質的二次電池和電池組 – 安全要求》： 國際電工委員會的標準，廣泛適用于儲能等工業(yè)領域電池。其第8.3.9節(jié)規(guī)定了針對電池系統(tǒng)的熱失控蔓延測試（如針刺或加熱觸發(fā)），要求不引發(fā)相鄰電池熱失控或蔓延時間大于規(guī)定值（如5分鐘）。
* UL 9540A:2019 《儲能系統(tǒng)和設備用火災測試的安全標準》： 美國保險商實驗室的標準，針對儲能系統(tǒng)單元（Module/Unit）和安裝（Installation）級別，詳細規(guī)定了熱失控測試方法（如過充觸發(fā)為主）和評估火焰蔓延、噴射物、氣體可燃性等的要求。