电动汽车三元锂动力电池放电深度（电动汽车锂离子电池电气安全测试）

随着市场的快速增长，动力锂电系统作为电动汽车的动力来源，其安全可靠性已成为公众关注的焦点。国家陆续推出系列标准及文件，加强对动力锂电安全规范的要求。在安规要求中动力锂电绝缘失效的危险度高，一旦发生严重内短路，无法阻止控制，将引发自燃等沉重后果。因而电池制造商将绝缘性能测试作为生产质检过程的重要一环。

生产安全的环节肯定是要有国家相关标准的，下面就是我国对动力电池相关标准规范：

我们今天主要是从电池外部短路测试和电池过充/过放测试 两部分对标准中的电气安全部分讲解。

电池外部短路测试

这种测试的目的是评估被测设备DUT在外部短路情况下的安全性能。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。

表1

单体蓄电池充电
室温下，单体蓄电池先以1A 电流放电至企业技术条件中规定的放电终止电压，搁置1h（或企业提供的不大于1h的搁置时间），然后按企业提供的充电方法进行充电。
若企业未提供充电方法，则依据以下方法充电：
a	对于锂离子蓄电池，以1A电流恒流充电至企业技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电，至充电电流降至0.05A 时停止充电，充电后搁置1h（或企业提供的不高于1h的搁置时间）：
b	对于金属氢化物镍蓄电池，以1A 电流恒流充电1h．然后再以0.2I1充电1h，充电后静置1h（或企业提供的不大于1h的静置时间）。

表2

短路测试
短路试验按照如下步骤进行：
a	单体蓄电池按表1充电方式充电
b	将单体蓄电池正、负极经外部短路10min，外部线路电阻应小于5mΩ
c	观察1小时

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，短路电阻应最小。

　　如前所述，标准或法规要求固定的外部电阻，它与被测设备DUT 的尺寸无关。然而，初始短路电流受被测设备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被测设备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，被测设备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)。最坏的情况是在高SOC时实现的，因为初始短路电流最大，容易导致热失控。因此，大多数标准都要求在 100% 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。

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。

表3

过放电测试
过放电试验按照如下步骤进行：
a	单体蓄电池按表1方法充电
b	单体蓄电池以1A电流放电90min
c	观察1h

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最终的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>100%)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。

过充电测试
过充电试验按照如下步骤进行：
a	单体蓄电池按表1方法充电
b	以1A 电流恒流充电至电压达到企业技术条件中规定的充电终止电压的1.5倍或充电时间达到1h后停止充电。
c	观察1h

　　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最终导致短路。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。　

从电动汽车用锂离子电池(电芯、电池模组、电池组或系统)的电气安全和恶劣环境测试要求来看，不同标准和法规要求的测试条件不一致，导致测试结果不一致，即便是相同的测试项目没有可比性。

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