1、電動汽車鋰動力電池安全性分析與試驗(yàn),哈 爾 濱 理 工 大 學(xué) 賽恩斯能源科技有限公司 李革臣 2009.09.03,主要內(nèi)容,1、概述 2、鋰電池的安全性 3、電動汽車對電池安全性的要求 4、鋰動力電池超常規(guī)安全性試驗(yàn) 5、安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 6、安全性結(jié)論,1、概述,鋰動力電池 鐵鋰電池、錳鋰電池、三元材料電池的近期發(fā)展迅速，為電動汽車能量系統(tǒng)的提供成為可能，尤其是磷酸鐵鋰動力電池的安全性、壽命、比能量、比功率等性能，近期將成為純電動汽車的主要能源。 電動汽車 自從2008北京奧運(yùn)會以來，我國新能源汽車市場巨大，雖然國內(nèi)市場尚未被完全開發(fā)，很難量化預(yù)測?？萍疾坎块L萬鋼提出，希望到2012年，國

2、內(nèi)有10%新產(chǎn)汽車是節(jié)能與新能源汽車。,萬鋼部長表示，科技部計(jì)劃通過連續(xù)3年，在國內(nèi)10個以上的大城市，進(jìn)行千輛新能源汽車試驗(yàn)，使我國到2010年節(jié)能與新能源示范車達(dá)到1萬輛。,萬鋼預(yù)計(jì)，到2012年我國每年的汽車產(chǎn)量中有10%（100萬輛）是混合新能源汽車，那么一年將節(jié)油7.8億升，減少二氧化碳排放230萬噸，減少碳?xì)浠衔锱欧?80噸。,科技部長萬鋼奧運(yùn)會后 在綠色能源汽車發(fā)展高峰論壇,鋰離子電池市場預(yù)測,電動汽車電池將進(jìn)入快速發(fā)展階段，并成為鋰離子電池市場份額上升的動力。,鋰動力電池系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域,電動汽車、電動自行車、電動工具,風(fēng)能、太陽能、 電力調(diào)峰,汽車、火車、艦船 燃料電池，飛機(jī),

3、移動基站、電力開關(guān)柜、銀行UPS,鋰 動 力 電 池 系 統(tǒng),動力電源,蓄能電源,啟動電源,備用電源,鋰動力電池系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域,鋰動力電源 系統(tǒng),太陽能 電站,飛機(jī) 啟動,電動汽車,電動自行車,電力,火車、 地鐵,風(fēng)能電站,艦船,移動通信基站,銀行UPS,電動工具,EV、HEV電動汽車動力系統(tǒng)框圖,操作顯示儀表,電池組BMU,電池管理系統(tǒng)BMS,控制器,充電裝置,CAN 控制總線,發(fā)動機(jī),驅(qū)動電機(jī),中央控制單元,發(fā)電機(jī),底盤與車體,ECU,電池性能與電動汽車性能的關(guān)聯(lián)性,電動汽車性能 動力電池性能 行駛里程、載重 比能（Wh/kg) 啟動、加速性、爬坡能 比功（W/kg） 充電時(shí)間 充電倍 停車

4、期間電損耗 自放電 能使用效 充放電效 購買價(jià)格 電池成本 使用成本(￥/km) 循環(huán)壽命,新能源汽車企業(yè)決定成敗的關(guān)鍵,電動汽車 動力 電池 安全性 安全性 價(jià)格 制造成本 運(yùn)營成本 使用壽命 行駛里程、載重 比能 啟動性、加速性、 比功率 充電時(shí)間、能量回收 充電倍率 停車期間電損耗 自放電率,主要內(nèi)容,1、概述 2、鋰電池的安全性 3、電動汽車對電池安全性的要求 4、鋰動力電池超常規(guī)安全性試驗(yàn) 5、安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 6、結(jié)論,2、鋰電池的安全性,鋰動力電池由于比容量大、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)良的性能而得到了廣泛的應(yīng)用，但由于多次事故的發(fā)生，其安全性越來越受到重視。 對鋰動力電池的研制和生產(chǎn)來

5、說，電池的安全性不僅是指在各種測試條件下不出現(xiàn)冒煙、著火，爆炸等現(xiàn)象，最為重要是確保科研、生產(chǎn)、使用人員即使在電池濫用的條件下也不受傷害。,安全性的幾個誤區(qū),1、磷酸鐵鋰動力電池絕對安全。 2、單體電池容量與安全性無確定關(guān)系。 3、通過權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測電池就安全。 4、出廠安全性檢驗(yàn)合格電池就安全。,世界上沒有絕對安全的電池,電池是能量的載體，本質(zhì)上就存在不安全因素。 不同的電化學(xué)體系，不同的容量，使用工藝參數(shù)，使用環(huán)境，使用程度，都對安全性有較大的影響。 由于電池存儲能量，在能量釋放的過程中，當(dāng)電池?zé)崃慨a(chǎn)生速度大于散熱速度時(shí),溫度就會升高。溫度升高安全性降低。 鋰離子電池由高活性的正極材料和有機(jī)

6、電解液組成，在受熱條件下非常容易發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，這兩種反應(yīng)將產(chǎn)生大量的熱，甚至導(dǎo)致的“熱失控”，從而導(dǎo)致電池溫度的進(jìn)一步上升。是引發(fā)電池發(fā)生危險(xiǎn)事故的主要原因。,電池中的能量,以20Ah鋰離子電池為例， 3.6V*20Ah=72Wh=259.2千焦 每克TNT炸藥含4.20千焦的能量 259.2/4.2 = 61.7克 即一只20Ah鋰離子電池僅存儲的電能相當(dāng)于61.7克TNT炸藥的能量。 以上計(jì)算還未計(jì)電解液燃燒所含能量，及正極活性物質(zhì)分解的能量。,影響電池安全性的因素,鋰離子電池安全性問題與電池材料、制造工藝、使用環(huán)境、保護(hù)裝置、都有直接的關(guān)系.。 電池制造過程中，漿料的均勻度、涂布工

7、藝中加熱溫度或時(shí)間導(dǎo)致殘留的溶劑使活性物質(zhì)剝落, 分切工序極片邊緣出現(xiàn)的毛刺、卷繞過程中混入的雜質(zhì)，都易引起電池內(nèi)部短路。,影響電池安全性的因素,在強(qiáng)震動情況下，電池極片上的活性物質(zhì)也可能剝落，電池的極耳、點(diǎn)焊接點(diǎn)、接線片、外部的連線、焊點(diǎn)等可能會折斷、脫落， 從而引發(fā)電池(組) 的內(nèi)部短路、外部短路。 在大電流充放電情況下, 可能導(dǎo)致電池及其控制電路接點(diǎn)的熔化、導(dǎo)線及電子元器件的損壞。,影響電池安全性的因素,鋰離子電池過充時(shí),電池電壓隨極化增大而迅速上升，會引起正極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不可逆變化及電解液的分解，產(chǎn)生大量氣體，放出大量的熱，使電池溫度和內(nèi)壓急劇增加，以至產(chǎn)生燃燒和爆炸。 鋰離子電池在

8、低溫條件下, 導(dǎo)致金屬鋰沉積在電極表面，導(dǎo)致短路。,安全性隨使用循環(huán)變壞,隨著動力電池使用次數(shù)的增多，電池的內(nèi)阻不斷增大，而電池的容量逐漸降低，電池性能逐漸變壞。 對于確定的負(fù)載，往往所需功率是確定的，因此電池容量降低將引起倍率增大，內(nèi)阻增大會引起電池溫度升高，影響安全性。 電池的安全性是相對的， 一定循環(huán)次數(shù)之前的電池安全測試是合格的，而經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后電池將呈現(xiàn)出不安全因素。,安全性與一致性密切相關(guān),在電池組中，單體之間的差異總是存在的， 目前的各種分類方法，如按容量、按內(nèi)阻、按電壓曲線等，本質(zhì)上均不能滿足動力電池一致性的需求，工作一段時(shí)間后，都會產(chǎn)生較大的分散性，電池組的壽命縮短。安全

9、性降低。 動力電池必須建立“動態(tài)一致性”的概念。 子木科技的動態(tài)一致性相關(guān)方法，如多維激勵法，多點(diǎn)頻譜法，數(shù)學(xué)模型參數(shù)法和極化特性法，可滿足動態(tài)一致性的分選基本要求。 動態(tài)一致性及安全性須有專用設(shè)備及工藝保證,2、鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)備,目前， ZM910A磷酸鐵鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分選設(shè)備，綜合采用了子木科技十三項(xiàng)獨(dú)有最新技術(shù)， 專為高品質(zhì)電動汽車動力電池的化成檢測分選而設(shè)計(jì)， 具有多項(xiàng) 獨(dú)有功能，充分保證了電動汽車動力電池的動態(tài)一致性與安全性。,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)備,1、節(jié)能專利技術(shù)； （40） 電池行業(yè)公認(rèn)的子木科技專

10、利技術(shù)；“電池放電能量利用系統(tǒng)”，已在多家鎳氫電池企業(yè)成功應(yīng)用。該技術(shù)目前已成功應(yīng)用于ZM910A磷酸鐵鋰動力電池設(shè)備，與目前行業(yè)其他設(shè)備相比，可節(jié)省電能50%以上。降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了空調(diào)投資，改善了車間環(huán)境溫度，保證了電池質(zhì)量。 2、智能動力電池化成技術(shù)； （30） 目前的電池行業(yè)普遍采用的恒流化成方法，沒有考慮每只電池的自有特性，屬于填鴨式充放電，不能達(dá)到預(yù)期的化成效果，甚至?xí)p壞電池。對于質(zhì)量要求極高的電動汽車動力電池，應(yīng)采用新的化成方式。ZM910A采用智能動力電池化成技術(shù)，根據(jù)每只電池的極化特性進(jìn)行化成，保證了化成質(zhì)量。,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)

11、備,3、電池極化特性測試技術(shù)； （20） 根據(jù)電化學(xué)基礎(chǔ)理論，電池的極化特性是表征動力電池性能的最本質(zhì)的性能參數(shù)，對電動汽車動力電池尤為重要。可以表征充電接受能力、放電倍率、內(nèi)阻、甚至循環(huán)壽命。子木科技ZM910A采用數(shù)字化技術(shù)，使極化特性測試技術(shù)獲得重大突破，成功解決了規(guī)模生產(chǎn)動力電池極化特性的測試難題。 4、電芯微短路測試技術(shù)； （10） 電動汽車動力電池采用多只單體電池串并聯(lián)方式，因此單體電池的微短路測試變得極為重要。到目前為止，微短路測試在電池行業(yè)仍是未解決的難題。子木科技設(shè)備ZM910A裝備了Mi.D博士最新科技成果，使微短路測試難題得以解決。,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床

12、式化成、檢測、分類設(shè)備,5、電池內(nèi)阻測量技術(shù)； （5） 動力電池的內(nèi)阻直接影響到大電流時(shí)的發(fā)熱情況，動力電池檢測設(shè)備內(nèi)阻測量功能非常重要。ZM910A的內(nèi)阻測試功能完全可滿足電動汽車動力電池的需要。 6、動態(tài)一致性分類技術(shù)； （20） 電動汽車動力電池組是成百上千只單體電池的組合應(yīng)用，對電池的一致性要求很高，目前的根據(jù)容量，內(nèi)阻、電壓等評價(jià)一致性的方法，屬靜態(tài)方法，不適合電動汽車電池的要求。ZM910A采用了子木科技的專利技術(shù)；“多維激勵法動力電池分類技術(shù)”使電動汽車電池組的動態(tài)一致性得到保證。,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)備,7、設(shè)備健康度狀態(tài)（ESOH）自診斷

13、與自修復(fù)技術(shù)；（10） 對于一致性要求極高的電動汽車動力電池，當(dāng)設(shè)備定期檢修或發(fā)現(xiàn)故障維修時(shí)，就已經(jīng)誤檢測了多批電池，混入其他工序，已經(jīng)無法挽回。ZM910A采用，具有實(shí)時(shí)設(shè)備健康度狀態(tài)（ESOH）自診斷與自修復(fù)功能，隨時(shí)自動進(jìn)行設(shè)備的準(zhǔn)確性檢測、分析與評估，并采取有效措施，精確地保證電池的品質(zhì)。 8、全自動精度校準(zhǔn)技術(shù)； （5） 電動汽車動力電池對測試設(shè)備的精度要求非常高，需定期（3個月- 6個月）對設(shè)備進(jìn)行精度測試和校準(zhǔn)，由于針床設(shè)備結(jié)構(gòu)的特殊性，有的廠家校準(zhǔn)一臺針床設(shè)備需較長時(shí)間，對生產(chǎn)影響很大。子木科技研發(fā)中心已研制成功ZM910A全自動精度校準(zhǔn)裝置，大大提高了設(shè)備校準(zhǔn)的效率和準(zhǔn)確度。

14、,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)備,9、恒溫化成檢測控制技術(shù)； （40） 磷酸鐵鋰動力電池在化成和分選的過程中，保持恒溫非常重要，可以提高化成質(zhì)量和提高分類精度，充分保證動態(tài)一致性。ZM910A能保證電池的環(huán)境溫度誤差25-752。 10、本質(zhì)安全供電技術(shù)； （20） 由于采用了子木科技專利技術(shù)“電池放電能量利用系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了直流母帶式的供電方式，沒有任何與大地連接的交流強(qiáng)電接入設(shè)備，由于完全隔離了強(qiáng)電電網(wǎng)，操作人員及維修人員都不會發(fā)生觸電事故。因此，ZM910A屬本質(zhì)安全供電技術(shù)。,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)備,11、大電流恒流恒壓

15、技術(shù)； 子木科技采用數(shù)字化技術(shù)，使ZM910A最大電流可達(dá)10A ,為動力電池極化特性的測試和動態(tài)一致性分級的激勵信號，提供了設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)，到目前為止，國內(nèi)外針床式鋰電設(shè)備多為3A,最大5A，不能滿足電動汽車動力電池生產(chǎn)要求。 12、電源針床一體化技術(shù)； 由于子木科技數(shù)字化技術(shù)、大功率高效開關(guān)源技術(shù)，節(jié)能技術(shù)，安全供電技術(shù)等，多項(xiàng)技術(shù)綜合，實(shí)現(xiàn)了一體化，使設(shè)備體積大大縮小，ZM910A比同類設(shè)備體積小一半以上，引線減少3倍以上，減小了測量干擾，節(jié)省了廠房空間， 明顯減少空調(diào)使用，提高了操作效率。,子木科技ZM910A鋰動力電池專用針床式化成、檢測、分類設(shè)備,13、數(shù)字化控制技術(shù)； 子木科技20

16、04年研制成功數(shù)字化電池檢測系統(tǒng)，采用最先進(jìn)的DSP數(shù)字信號處理技術(shù)，運(yùn)算速度比單片機(jī)快100倍。子木數(shù)字化技術(shù)代表了電池檢測設(shè)備的發(fā)展方向。 ZM910A正因?yàn)閼?yīng)用了子木科技的數(shù)字化技術(shù)，才使上述的多項(xiàng)最新功能得以實(shí)現(xiàn)。保證了子木科技設(shè)備的各項(xiàng)最優(yōu)性能。 ZM910A是綜合了子木科技多年的電池行業(yè)化成檢測設(shè)備經(jīng)驗(yàn)的代表性成果，采用了多項(xiàng)子木科技專利及成熟技術(shù)，該設(shè)備必將像92年子木科技DK100設(shè)備推動鎳氫電池的發(fā)展一樣，再次為目前蓄勢待發(fā)的電動汽車鋰動力電池產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)。,主要內(nèi)容,1、概述 2、鋰電池的安全性 3、電動汽車對電池安全性的要求 4、鋰動力電池超常規(guī)安全性試驗(yàn) 5、安全性相關(guān)

17、標(biāo)準(zhǔn) 6、結(jié)論,3、電動汽車對電池安全性的要求,安全性是電動汽車第一指標(biāo)，極其重要。 電動汽車電池的使用特點(diǎn)是其他電源電池不能相比的， 存在或可能存在高速移動、劇烈震動、高溫工作、快速充放電，潛在著撞擊、刺傷、短路、跌落、浸水、火燒、甚至槍擊的可能性。 因此，電動汽車對動力電池的安全性要求極高，對百萬分之一的非安全概率都會造成極其嚴(yán)重的后果，它意味著我國年產(chǎn)100萬輛新能源汽車每年都要發(fā)生多起安全事故。 對鋰動力電池科研、生產(chǎn)、使用過程：召回制度、安全隱患對鋰電 企業(yè)是致命性的打擊。 安全、安全、再安全是鋰動力電池永久的話題。,主要內(nèi)容,1、概述 2、鋰電池的安全性 3、電動汽車對電池安全性的

18、要求 4、鋰動力電池超常規(guī)安全性試驗(yàn) 5、安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 6、結(jié)論,1、過充試驗(yàn) 2、過放試驗(yàn) 3、短路試驗(yàn) 4、高溫試驗(yàn) 5、擠壓試驗(yàn),6、針刺試驗(yàn) 7、跌落試驗(yàn) 8、浸水試驗(yàn) 9、火燒試驗(yàn) 10、槍擊試驗(yàn),4、鋰動力電池超常規(guī)安全性試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測試鋰電池的實(shí)用過程的安全性 權(quán)威檢測部門的檢測僅對樣品負(fù)責(zé)，不對產(chǎn)品負(fù)責(zé)。 鋰電池的安全標(biāo)準(zhǔn)是不燃燒，不爆炸； 兼容863電動汽車用鋰電池標(biāo)準(zhǔn) 模擬汽車濫用狀態(tài)下的超常規(guī)測試；,1、過充試驗(yàn),2、過放試驗(yàn),3、短路試驗(yàn),4、高溫試驗(yàn),5、擠壓試驗(yàn),6、針刺試驗(yàn),7、跌落試驗(yàn),8、浸水試驗(yàn),9、火燒試驗(yàn),10、槍擊試驗(yàn),主要內(nèi)容,1、概述 2、鋰

19、電池的安全性 3、電動汽車對電池安全性的要求 4、鋰動力電池超常規(guī)安全性試驗(yàn) 5、安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 6、結(jié)論,5、安全性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 電動道路車輛用鋰離子蓄電池 QC/T 7432006 國標(biāo) 電動汽車 安全要求 第1部分：車載儲能裝置 GB/T 18384.1-2001 國標(biāo) 電動汽車 安全要求 第2部分：功能安全和故障防護(hù) GB/T 18384.2-2001 國標(biāo) 電動汽車 安全要求 第3部分：人員觸電防護(hù) GB/T 18384.3-2001 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 電動道路車輛用鉛酸蓄電池 GB/T 18332.1-2001,國際標(biāo)準(zhǔn),IEC 62133 Ed. 2

20、.0 預(yù)計(jì)發(fā)布時(shí)間：2009-12 含堿性或非酸性電解質(zhì)的電池和電池組便攜式單體電池和電池組的安全性要求 Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes - Safety requirements for portable sealed secondary cells, and for batteries made from them, for use in portable applications,IEC 62619 Ed. 1.0 預(yù)計(jì)發(fā)布時(shí)間：2012-05 含堿性或非酸性

21、電解質(zhì)的電池和電池組固定用和動力用大容量鋰蓄電池和蓄電池組的安全性要求 Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes - Safety requirements for large format secondary lithium cells and batteries for stationary and motive applications,國際標(biāo)準(zhǔn),IEC 62620 Ed. 1.0 預(yù)計(jì)發(fā)布時(shí)間：2012-05 含堿性或非酸性電解質(zhì)的電池和電池組固定用和動力用大容量鋰蓄

22、電池和蓄電池組 Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes - Safety requirements for large format secondary lithium cells and batteries for stationary and motive applications,IEC 61982-4 Ed.1 投票截至日2009-10-30 電動道路車輛用需蓄電池組第四部分：鋰單體蓄電池的性能測試 Secondary batteries for the propulsion