电动汽车锂离子动力电池测试标准

动力锂离子电池必须通过一系列安全测试才能用于电动汽车。这些安全测试是为了了解和识别电池在异常条件下的潜在弱点和脆弱性，并确定电池在恶劣条件下的性能。限于篇幅，笔者仅对电动汽车用锂离子电池电气安全和恶劣环境测试的和法规进行分析和总结，并对标准中存在的问题进行探讨。

1、与电动汽车动力锂离子电池气体安全和恶劣环境测试相关的重要包括：

IEC62660-2:2011锂离子动力电池第2部分：可靠性和滥用测试；

ISO6469-1:2019电动道路车辆安全要求，第1部分：可充电储能系统；（iso12405-3:2014电动道路车辆锂离子动力电池组及系统测试规范第3部分：安全性能要求已撤销，由iso6469-1:2019替代）；

SAEJ2464:2009 电动和混合动力汽车可充电储能系统的安全和滥用测试；

SAEJ2929:2013 电动和混合动力锂离子电池系统安全标准——锂基可充电电池。

欧盟成员国采用联合国欧洲经济委员会2013年7月15日发布的技术法规ECER100.02《关于电动传动系统特殊要求的车辆认证统一规定》作为强制性标准。

    部分适用于设计高车速大于25km/h，装有一台或多台电力牵引电动机的m级、n级公路车辆的电驱动系统；第二部分适用于配备一个或多个电力牵引电机且未连接到电网的 m 类和 n 类道路车辆的可充电储能系统 (REESS) 的安全要求。

2、车用锂离子动力锂离子电池电气安全及严酷环境测试：

    本文主要分析和探讨锂离子动力锂离子电池作为汽车零部件的安全测试标准，不涉及整车级别的测试标准和法规。表1总结了电动汽车用锂离子动力锂离子电池相关国际和国内标准法规中规定的常见的测试项目（本文仅讨论电气安全性能测试和恶劣环境测试）。有些标准规定，在某些情况下，可按制造商与客户的协议进行试验。测试可分层次单独进行，并参照被测设备（DUT）进行分类：电池单体（c）、电池模组（m）、电池组或系统（P）、整车（V）。

2.1 电池电气安全测试

2.1.1电池外部短路测试

    测试的目的是评估DUT在外部短路情况下的安全性能。此测试用于评估过电流保护设备的激活状态或电池承受电流而不会达到危险情况（例如热失控，爆炸，火灾） 一个重要的风险因素是由于存在大量热量而导致的热失控，电弧可能会损坏电路或降低绝缘电阻。

    试验时，将电池的正负极从外部接一个低电阻元件（如5、10或20mΩ），从外部短接在1s以内，并保持规定的时间（例如 10 分钟）或直到使用过电流保护装置（如果有）。通常，熔断器、断路器（无源元件）和接触器（有源元件）用于防止电池模块或电池组级的过电流。

    内置电流中断装置或正热系数装置，用于电池单元级的过流保护。如果内部压力和/或温度达到极限，可以断开内部电路与其端子之间的连接或限制通过电流。这些保护装置的时间特性决定了断开或限流的响应时间。电流越高，中断速度越快。

如果电流不够高（例如，低 SOC）或电流下降很快，电流可能不会中断，但这些可能会导致危险。因此，标准要求当外部电阻与待测物的内部电阻相当时，在发生外部硬短路或软短路时，短路电阻应小。

    如前所述，标准或法规要求固定的外部电阻，它与 DUT 的尺寸无关。然而，初始短路电流受DUT的尺寸及其连接类型（即并联、串联或其组合）的影响，因此，对不同尺寸和连接类型的DUT使用相同的外部电阻连接可能会导致每个电池单元的初始短路电流不兼容。因此，有些标准规定，硬短路时外接电阻必须远小于被测件的直流阻抗。对于软短路，初始短路电流较大，因为外部短路电阻高于被测器件的阻值 受外部电阻控制，

    温度会影响电池的内阻，即电化学反应和传输速度；因此，初始电流越大，温度越高，会导致温度高，从而产生更多的热量。而且，温度越高，DUT温度越接近热失控温度。表2中的标准和规定不要求在高于室温的温度下进行短路试验。但是，在高于室温的温度下进行短路测试是合适的，因为汽车在室外停放、行驶或冷却系统出现故障时，很可能会达到高于室温的温度。

    另一个影响测试结果的参数是充电状态（SOC）。坏的情况是在高SOC时实现的，因为初始短路电流大，容易导致热失控。因此，大多数标准都要求在  的额定容量下进行测试。但对于UN/ECE-R100.02:2013，可在50%SOC（或更高）下进行测试。

2.1.2 电池过充/过放测试

为了评估过充电/过放电保护系统的功能，当电池充电或放电超过制造商建议的限制时，可能会发生，例如充电器故障。几乎所有的标准法规都规定了这个测试项目

    过充时的重要安全隐患是电解液分解、正负极击穿、隔膜退化和锂涂层放热分解，导致电池过热、发热失控。如果达到足够的温度（例如200℃），氟化粘合剂将与碳锂发生放热反应。影响测试结果的因素包括充电速率和终的SOC。

     过充测试，按照标准规定的充电电流对电池进行充电，直至达到设定的终止充电条件（如200%SOC、130%SOC等），或使用保护装置（如断开充电） ，减少电流等）。一些标准法规对过充电电流和充电终止条件的规定存在较大差异，导致测试结果存在较大差异，不同标准法规的测试结果不具有可比性。过充电池热失控起始温度（SOC>）表现出较低的起始温度（在65~80℃范围内）。

严重的事故一般发生在严重过充（如额定容量的两倍）的电池芯上，但在中度过充（110% SOC）下反复充放电循环也可能导致电池内部短路或失效。

    过放电（或强制放电）测试也很重要。过度放电时的安全隐患是极性反转，导致阳极集电极氧化，阴极侧镀层。即使是很小的过放电也会导致枝晶形成并终导致短路。过放电试验时，对充满电的电池进行放电（如1C率放电1.5h，或C/3率放电直至被测设备中断或限制放电）。不同标准和法规的测试参数差异很大。可以得出结论，测试结果可能取决于所遵循的标准或法规。因此，有必要统一测试参数以进行可比测试。

2.2 严酷环境测试：

    环境测试旨在评估系统在温度变化条件下的安全性能，例如不同地区环境温度引起的火灾或极端天气引起的事故。常见的严酷环境测试如下：温度冲击和循环测试、热稳定性测试、超温测试和外部火烧测试。