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外部短路(電池)檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-24 18:46:44 更新時(shí)間：2025-07-23 18:46:44

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

外部短路(電池)檢測(cè)

外部短路是鋰離子電池及其他化學(xué)體系電池面臨的最嚴(yán)苛的安全風(fēng)險(xiǎn)之一。它模擬了電池正負(fù)極因外部導(dǎo)體（如金屬異物、導(dǎo)線等）意外連接而導(dǎo)致回路電阻急劇降低的狀況。在此情形下，電池內(nèi)部儲(chǔ)存的能量會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)（毫秒至秒級(jí)）通過短路點(diǎn)以超大電流的形式劇烈釋放，產(chǎn)生極高的焦耳熱。這種瞬時(shí)大電流放電和溫升極易引發(fā)電芯內(nèi)部材料分解、隔膜熔毀、電解液沸騰噴濺，最終可能導(dǎo)致熱失控、起火甚至爆炸。因此，對(duì)電池單體、電池模組或電池包進(jìn)行嚴(yán)格的外部短路測(cè)試，是評(píng)估其安全設(shè)計(jì)和保護(hù)機(jī)制有效性的核心項(xiàng)目，也是國內(nèi)外強(qiáng)制安全認(rèn)證（如UN38.3, GB 31241, IEC 62133等）的必檢項(xiàng)。該測(cè)試旨在驗(yàn)證電池在遭遇意外短路時(shí)，其內(nèi)置保護(hù)裝置（如PTC、CID、保險(xiǎn)絲、BMS）能否及時(shí)動(dòng)作斷開電路，以及電池結(jié)構(gòu)本身（如殼體、泄壓閥）能否有效承受或緩解內(nèi)部壓力驟增，從而最大限度地防止安全事故的發(fā)生。

檢測(cè)項(xiàng)目

外部短路測(cè)試的核心項(xiàng)目包括：

1. 單體電池外部短路測(cè)試： 直接對(duì)電芯正負(fù)極施加短路。

2. 電池模組/電池包外部短路測(cè)試： 在模組或包的總正、總負(fù)輸出端子之間施加短路，模擬實(shí)際應(yīng)用中最可能發(fā)生的外部短路場景。

3. 關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)：

短路電流峰值及波形： 記錄短路瞬間的電流最大值及其隨時(shí)間變化曲線。
電壓變化： 監(jiān)測(cè)短路前后及過程中電池電壓的跌落和恢復(fù)情況。
溫度監(jiān)測(cè)： 在電池殼體表面（特別是極柱、中心、底部等關(guān)鍵部位）及可能的熱失控傳播路徑上布置溫度傳感器，記錄各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，重點(diǎn)關(guān)注最高溫度及溫升速率。
時(shí)間參數(shù)： 記錄短路持續(xù)時(shí)間、保護(hù)裝置（如CID動(dòng)作、PTC跳變、保險(xiǎn)絲熔斷、BMS斷路）的動(dòng)作時(shí)間。
現(xiàn)象觀察： 嚴(yán)密監(jiān)控測(cè)試過程中是否發(fā)生起火、爆炸、漏液、冒煙、殼體破裂或變形等危險(xiǎn)現(xiàn)象。

4. 測(cè)試后檢查： 測(cè)試結(jié)束后，檢查電池外觀完整性，測(cè)量絕緣電阻（如適用），必要時(shí)進(jìn)行拆解檢查內(nèi)部損壞情況。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行外部短路測(cè)試需要專門的設(shè)備，通常在具備防爆功能的溫控箱或安全測(cè)試柜內(nèi)進(jìn)行：

1. 電池測(cè)試系統(tǒng) (高功率型)： 能夠提供極低內(nèi)阻的通路，承受瞬間超大電流沖擊（通常需達(dá)到被測(cè)電池標(biāo)稱容量的5倍以上放電電流能力或更高），并精確采集和記錄電壓、電流數(shù)據(jù)。系統(tǒng)需具備程控短路觸發(fā)能力。

2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAQ)： 高速、高精度的數(shù)據(jù)采集卡或記錄儀，用于同步采集多通道的電壓、電流和溫度信號(hào)（采樣率通常在kHz級(jí)別或更高）。

3. 溫度記錄儀 & 熱電偶/熱電阻： 多通道溫度記錄設(shè)備，配合K型熱電偶、T型熱電偶或PT100熱電阻，精確測(cè)量電池表面及環(huán)境溫度。

4. 高速攝像機(jī)： 用于捕捉短路瞬間可能發(fā)生的電弧、火花、噴射、起火、爆炸等快速現(xiàn)象。

5. 短路夾具與低阻導(dǎo)線： 采用低電阻（通常要求小于5mΩ或按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）、高載流能力的銅排、導(dǎo)線和連接器制作短路回路。夾具需確保連接牢固可靠，接觸電阻小且穩(wěn)定。

6. 安全防護(hù)設(shè)備： 強(qiáng)制排風(fēng)系統(tǒng)、防爆測(cè)試柜/溫控箱、滅火裝置（如沙箱、CO2滅火器）、防護(hù)面罩、阻燃手套等。

檢測(cè)方法

外部短路測(cè)試需嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序進(jìn)行：

1. 樣品準(zhǔn)備： 電池/模組/包按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行預(yù)處理（如充滿電至規(guī)定SOC，通常為100% SOC，并在指定環(huán)境溫度下穩(wěn)定）。

2. 連接儀器： 將電池安裝固定在防爆測(cè)試箱內(nèi)，連接好電壓測(cè)試線、溫度傳感器，將短路夾具連接到電池的正負(fù)極（或模組/包的總正總負(fù)）。短路回路通常通過程控繼電器或接觸器控制。

3. 環(huán)境設(shè)定： 將測(cè)試箱溫度調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試溫度（常見的有20±5°C, 55±5°C等，高溫條件更嚴(yán)苛）。

4. 觸發(fā)短路： 關(guān)閉測(cè)試箱門，啟動(dòng)高速攝像機(jī)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過程序控制閉合短路繼電器/接觸器，施加短路。

5. 短路持續(xù)： 短路狀態(tài)保持標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間（例如，直到電池電壓降到0.1V以下，或持續(xù)規(guī)定時(shí)間如10分鐘，或直到保護(hù)裝置動(dòng)作且電池溫度下降到峰值的一半）。某些標(biāo)準(zhǔn)要求短路電阻需控制在規(guī)定值（如80±20mΩ）。

6. 數(shù)據(jù)記錄與觀察： 全程記錄電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)及測(cè)試現(xiàn)象（包括高速影像）。

7. 測(cè)試終止與后處理： 達(dá)到規(guī)定時(shí)間或滿足終止條件（如保護(hù)動(dòng)作、溫度下降）后，斷開短路回路。將電池移出測(cè)試箱（需冷卻至安全溫度），進(jìn)行外觀檢查和必要測(cè)量。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

外部短路測(cè)試遵循的主要國際、國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括：

1. 國際標(biāo)準(zhǔn)：

IEC 62133-1:2017, IEC 62133-2:2017 (含堿性或非酸性電解液的二次單體電池和電池組便攜式應(yīng)用的安全要求)
UN/DOT 38.3 (聯(lián)合國《關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》第38.3節(jié) - 鋰電池運(yùn)輸測(cè)試要求)
IEC 62619:2022 (含堿性或非酸性電解液的二次電池和電池組工業(yè)用鋰電池的安全要求)
UL 1642 (鋰電池標(biāo)準(zhǔn) - 側(cè)重單體)
UL 2054 (家用和商用電池組標(biāo)準(zhǔn))

2. 中國國家標(biāo)準(zhǔn) (GB)：

GB 31241-2022 《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全技術(shù)規(guī)范》 (強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)短路測(cè)試有詳細(xì)規(guī)定)
GB/T 31485-2015 《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》 (雖被GB 38031替代，但短路方法仍有參考價(jià)值)
GB 38031-2020 《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》 (強(qiáng)制性國標(biāo)，包含模組和包級(jí)別的短路測(cè)試要求)
GB 40165-2021 《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組安全技術(shù)規(guī)范》 (強(qiáng)制性國標(biāo))

3. 其他標(biāo)準(zhǔn)： JIS C 8712 (日本), QC/T 743 (中國汽車行業(yè)) 等。

這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了測(cè)試樣品的狀態(tài)（SOC, 溫度）、短路回路電阻（如有要求）、短路持續(xù)時(shí)間/終止條件、合格判定準(zhǔn)則（如不起火、不爆炸、最高溫度/溫升不超過限值、泄壓閥不朝向人員方向噴射等）。測(cè)試時(shí)必須嚴(yán)格遵循所適用標(biāo)準(zhǔn)的具體條款。