导航：安全管理网>> 安全论文>> 电力安全论文>>正文

车用动力电池试验安全防护技术

文档作者：谢先宇朱顺良王侃缪文泉朱晓明文档来源：上海机动车检测中心		点击数：	更新时间： 2021年05月08日
下载地址：点击这里	文件大小： 373.70 KB 共5页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共5页]

本文件共5页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：373.70 KB 共5页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：串联谐振耐压试验的安全技术措施

上一篇：变电设备高压试验安全防护措施

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

A版
车用动力电池试验安全防护技术
谢先宇 朱顺良 王 侃 缪文泉 朱晓明 (上海机动车检测中心，上海201805)
【摘要】 介绍了车用动力电池试验，分析了不同的项目在试验过程中可能存在的危险，进而从人、机、
料、法、环等方面着手提出了相应的安全防护措施。
【Abstract】This paper introduces NEVs used dynamical battery general test items，analyzes the
security risk of different test items in the course of experiments，and then studies the appropriate safety
precautions from personal，equipment，sample，method and environmental etc．
【关键词】 动力电池汽车检测安全防护
doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2015．05．01
0 引言
为了应对日益严重的环境污染和石油资源枯
竭问题，世界各国大力投入新能源汽车的研发。
动力电池系统是新能源汽车的关键零部件，它的
安全性、可靠性和耐久性至关重要，而这些性能需
要在产品开发阶段经过严格的测试和验证。动力
电池系统作为汽车零部件，首先要符合传统汽车
的相关标准要求；其次，它是一个全新的零部件，
目前还没有成熟的测试验证标准，需要不断研究
和探索。
电池的检测根据测试对象不同分为电芯、模
块、系统等测试；根据测试项目不同分为常规性能
测试和滥用安全测试。常规性能测试相对比较安
全，在电池管理系统(BMS)和热管理系统的管控
下，电池在正常条件下，性能稳定，失效的可能性
小，测试时主要考虑电气安全和意外失效安全隐
患；而滥用安全测试是模拟电池在保护措施失效
时的滥用情况，这些实验都是破坏性试验，而电池
本身是一个巨大的能量体，实验过程中有可能发
收稿日期：2015—03—03
· 2 ·
生起火、爆炸、释放有毒有害气体、电弧等情况，在
这种情况下如何安全地实施实验，目前国内外相
关的研究和报道很少。本文根据电池测试的特
点，从人、机、料、法、环等方面着手，以车用动力电
池安全检测技术研究为突破口，构建电池试验时
的安全防护体系，在确保安全的条件下，提升电池
试验强度。
1 车用动力电池试验介绍
车用动力电池试验还分电池单体、模块、系统
3个不同级别的测试¨ ，电池单体和模块级别的实
验主要以电性能、循环耐久、滥用安全为主；电池
系统级别的测试评价内容和方法主要是依据电池
的功能、要求以及应用环境而确定的。首先，电池
系统作为汽车的核心零部件，必须符合传统汽车
对零部件的环境适应性和可靠耐久性要求，相关
的试验包括机械应力、热性能、外部环境等；其次，
动力电池系统作为新能源汽车专有的零部件，有
其自身的特点和功能要求，它集电、热、机械等功
能于一体，相应的测试验证项目包括电性能、电磁
上海汽车2015．05
兼容(EMC)、低压电源及接口、电气安全、滥用安
全等。图1是较全面的车用动力电池系统开发测
试项目。根据电池不同的应用环境和要求、不同
的开发阶段测试项目也可以做相应的调整，比如
根据电池在整车的布置位置不同，相应的防水、防
尘、振动、冲击等试验的试验方法和要求也有所不
同。
电池常规性能测试相对比较安全，在电池管
理系统(BMS)和热管理系统的管控下，电池在正
常的条件下，性能稳定，失效的可能性小，测试时
主要考虑电气安全和意外失效安全隐患。而滥用
安全试验是模拟电池在保护措施失效时的滥用情
况，主要考核在极端环境下电池系统总成、模块和
电芯的安全性，功能已不再是考核的重点。国内
外主要的车用锂离子电池滥用安全实验标准有：
QC／T 743、UL1642、UL2580、ISO12405、SAE J2464、
IEC 60068—1 ～3、USABC &amp;amp; Freedom CAR、Sand
2005—3123和ECE RIO0等，主要实验包括：过充、
过放、短路、挤压、针刺、外部火烧、模拟碰撞、翻
转、低气压、盐水浸泡、快速充放电、热辐射等，这
些实验都是破坏性试验。安全性能的评价方法可
以按照危险等级来划分，如Sand 2005—3123标
准 2 中将电池的滥用测试划分成8个等级，如表1
所示。根据不同的危险等级，试验过程中要严格
做好相应的安全防护，包括实验人员、实验环境、
设备、实验样品等。
表1 危险水平及描述
危险等级 内容描述 分类标准及影响
O 无变化 没有任何变化，功能正常
没有损坏，没有漏液、鼓涨、起
1 被动保护 火、破裂和爆炸发生，没有热失
控发生，只需修复被动保护装置
没有漏液、鼓涨、起火、破裂和爆
2 损坏 炸发生，没有热失控发生，可以
修复
漏液 没有鼓涨、起火、破裂和爆炸发
3 (质量变化生，质量变化小于电解质重量的
<50％ ) 5O％
4 鼓涨泄漏 没有起火、破裂和爆炸发生，质
(质量变化／>50％ ) 量变化大于电解质重量的50％
5 起火 没有破裂和爆炸发生。试验过程
中不允许有电池零件飞出
6 破裂 没有爆炸发生，试验过程中允许
有电池零件飞出
7 爆炸 爆炸，电池完全肢解
2 车用动力电池试验的安全防护技术
为了较好地利用能量，电动汽车的动力电压
不断提高，由以往的几十伏已经提高至目前的100
— 600 V，甚至更高，远远超过安全电压。一旦在
试验过程中发生触电事故，对人体的伤害将是十
分严重的。同时，电动汽车采用的动力电池组要
求高的能量密度，使得其不得不采用一些新型电
池，这些新型电池(如钠硫电池、锂离子电池等)均
存在较大的安全隐患，一旦发生短路或泄漏均可
用动力电池系统实刮
l I I I 1 I I l
f电性能f I热性能f f外部环境f f机械应力i f EMc f l锗f i电气安全f i滥用安全i
l l l l I I l I
· ·伏循环安寿曲命线 ·低高温操作 ·防尘水 ： 荔 霾 ·： 辐射发藿射彗 ·静电压态电范围流 ·绝耐压缘测电试阻 ·挤针刺压
· ·输出功率 ·操作温度 ·盐雾 环 过压 ·电位均衡 ·跌落
·静态容量 循环 ·腐蚀性气 ：霆辂蓉鍪 ·发辐射 抗扰 ·电压纹快波速 ·手指探针 ：蓑蛮蠡豢
· 热绝缘
电
· 连续放点 ·温阶 体 跌
功率 ·温度冲击 ·太阳辐射 落 ·传导抗扰 上升、下豫
· ·混合脉冲 ·运输储存 ·霉菌 最低固有 ·大电流注 ·抛负载
频率 入 ·电压不连
· 可用能量 ·高温高湿 ·化学试剂
· 运输振动 ·静电放电 续性
·
自放电 ·湿热循环 暴露
·冷启动 ·防泥浆 ：簧鐾模拟 ·反向电压
· 能量效率 ·碎石轰击 ·接地参考／ ： 凳
·
日历寿命 ·噪声 偏移
·防止短路 · 短路
上海汽车2015．05
图1 车用动力电池系统测试项目
· 3 ·
能引起剧烈的燃烧和爆炸，造成灾难性后果。以
3．2 V、120 Ah锂离子动力电池为例，单体电池能
量为384 Wh(1382．4 kJ)，TNT炸药约含能量
4．2 kJ／g，即一只120 Ah锂离子电池所含的电能
就相当于329 g TNT炸药的能量。以上计算还未
考虑电解液燃烧以及正极活性物质分解的能量，
而试验用模块电池至少为5只单体电池串联，其
能量至少相当于1 645 g TNT炸药的能量。因此，
对于动力电池试验过程中可能发生的电击、漏液、
起火、爆炸等危险必须做好相应的安全防护措施。
2．1 电池系统电伤害及其防护措施
车用动力电池系统一般电压都>250 V，任何
试验过程中随时都有触电的风险。对于电池系统
电伤害的研究主要分析人体安全电压、电流，避免
试验人员在电池系统发生短路、漏电等情况下受
到电伤害。
根据国家有关安全标准，人体允许电流不能
超过30 mA，在某些特殊场合下将更小。我国安全
电压多采用36 V，即大体相当于危险环境下的安
全电压。同时，根据国际电工标准(IEC
60529)—— 为蓄电池驱动的道路车辆提供能量的
电气装置：对正常工作中的触电防护要求为在任
意可接触的触点间的峰值电压应低于42．3 V。
由上述的研究可以得出，电池系统在危险工
况下，避免人体电伤害的安全电流应小于30 mA。
由于动力电池在危险工况下可能会出现短路，短
路的巨大电流会使短路处甚至使整个电路过热，
从而使导线的绝缘层燃烧起来，并引燃周围的可
燃物。同时，试验人员可能因接触带电体而发生
电伤害。因此，要严格控制电池系统与可接触导
体间绝缘电阻值，使之达到人体安全电流的范围。
为了避免电伤害的发生，应该采取以下措施。
(1)在电池试验前后用绝缘表测试电池的绝
缘阻值。对于电池系统，在实验过程中实时监控
绝缘阻值，要求绝缘阻值I>500 I'~／V。
(2)电池样品与测试台架间应有足够的绝缘
电阻，保持一定的电气间隙，不致于引起测试台架
发生导电现象。可以采用橡胶垫、塑料垫等作为
测试台架的支撑面。
(3)测试人员必须穿戴必要的PPE，包括绝缘
· 4 ·
手套、耐高压绝缘鞋、防护眼镜，必要时还需要穿
戴防静电服等。试验前还应检查手套是否破损。
(4)使用的工具尽量采用绝缘材料制作的。
如果必须使用金属工具，则需要采用绝缘保护。
(5)电池测试时周围应布置隔离栏，或者布置
区域应有明显的警戒线，同时要摆放高压触电危
险标识。
(6)实验室应配备有可用于电器火灾的灭火
器、黄沙等灭火器材。
(7)在带电操作或旋转设备附近操作时，不应
佩戴手表、戒指以及首饰和项链等。长头发的员
工必须将头发束好。
(8)实验室内应在测试对象的布置房间内、试
验操作台上布置有紧急停机开关。
(9)高压电裸露桩头必须用绝缘胶带等绝缘
材料包裹，与外界隔离。
(1O)连接／断开待测电池与测试设备时，必须
确保测试设备处于关机状态，且测试设备的连接
线无电压。
(1 1)连接／断开待测电池与测试设备时，被测
对象应配置有接触器、开关等可断开电路的装置，
且该装置应处于断开状态。
(12)接线前应测量连接端是否带电，严禁带
电操作。
(13)试验人员在开始试验前应测试紧急开
关，并确定紧急开关功能正常。
(14)在试验过程中，可能会出现由于电解液
的泄漏，电池组的联接端子(包括与它们相联的任
何可导电的固定装置)与任何可导电部分间可能
造成的漏电电流危害，因此要求两个联接端子间
的爬电距离d≥0．25U+5；带电部分与试验台架
间的爬电距离d>10．125U+5，(单位为mm，U为
两个端子间的标称电压)。
(15)在电池试验过程中出现异常的过电流以
及电路出现短路等情况下，测试设备应能及时断
开与电池端子的联接电路，达到避免对人、设备及
环境产生危害的目的。
(16)触电事故的处理方式按有关规定。
2．2 电池燃烧爆炸伤害及其防护措施
对电池充电过程中，由于多种原因可能会引
上海汽车2015．05
发燃烧、爆炸等事故。例如，当进行电池系统试验
时，若不同容量的锂离子电池混合使用，过放电时
将会使电池组中容量较小的电池出现反极(电池
的正极变为负极，负极变为正极)，从而使正极的
金属锂形成易燃易爆物质。同时，由于锂离子电
池在充放电过程中碳负极与正极脱出的氧反应会
生成易燃气体CO；另外，由于隔膜被腐蚀使正负
极短路，使有机溶剂电解液发生反应也会生成易
燃气体等。在发生以上因素的情况下均可能造成
电池燃烧或爆炸。因此，在电池试验过程中要严
格禁止新旧电池、不同容量电池的混合使用，以避
免事故的发生。
铅酸电池、氢一镍电池、镉一镍电池等可能由
于过充放电因素产生氢气而引起燃烧、爆炸伤害。
氢气在空气中的爆炸极限为：爆炸下限(体积)
4％ ，爆炸上限(体积)76％ 。氢气的爆炸(燃烧)条
件为：必须由其他点火源给予点火能，氢气在空气
中的浓度范围必须在其爆炸极限之内。在电池试
验过程中，为了防止燃烧、爆炸事故的发生，应采
取以下措施。
(1)电池实验室的任何地方不得有潜在的危
险气体聚集，尤其是箱式样品容器内，应做到通风
或空气循环。
(2)不允许实验室及箱式样品容器内的氢气
浓度超过气体体积的2％。
(3)允许气体的最大聚集量应符合国家相关
标准的要求。
(4)当给蓄电池充电时，应测量可能出现聚集
区域内的排气中氢气的浓度；常规充电操作时，氢
气浓度应低于气体体积的1％ ；充电期间发生实验
室或箱式样品容器内通风装置失效，试验设备损
坏，动力蓄电池连接端子松动，通风管脱落等故障
时，氢气浓度应低于气体体积的2％ 。
(5)在规定的排气区域内不得有电接触火花
源、保险丝火花源、静电放电火花源以及香烟、开
发火焰、光源等火花源，因此，要求实验室和箱式
样品容器内的电气要隔爆，且不得有人为火源。
另外，有些实验比如挤压、针刺、外部火烧、盐
水浸泡、短路、过充、过放等滥用安全试验中发生
起火、爆炸的可能性较大，出于保护实验人员的角
上海汽车2015．05
度，必须做好有关安全防护措施。滥用安全实验
室应布置在比较空旷的场地，与其他设备和建设
隔离，且要有远程监控系统。
2．3 电池化学伤害及其防护措施
2．3．1 电池系统可能存在的有害气体
电动汽车中有毒气体主要生成于蓄电池电化
学反应中，如CO、H 、SO 、H S、烷烃类等。达到一
定浓度后，它们会对试验人员造成危害。这种危
害不仅包括立即的伤害，如身体不适、发病、死亡
等，而且包括对于人体长期的危害，如致残、癌变
等。表2是一些常见的有毒有害气体的TWA(8 h
统计权重平均值)、STEI(15 rain短期暴露水平)、
IDIH(立即致死量，ppm)和MAC(车间最大允许浓
度，mg／m 。
表2 常见有毒气体对人体伤害常数
有毒气体 TWA STEL IDLH MAC
C0 25 15oo 30
H2S 10 15 300 l0
NO 25 l0o
SO2 2 5 10o 15
同时要注意，由于蓄电池的电化学反应中大
多有氧气生成，一般氧气含量超过23．5％ 时称为
氧气过量(富氧)，此时很容易发生爆炸；而氧气含
量低于19．5％ 为氧气不足(缺氧)，此时很容易发
生窒息、昏迷以至死亡。正常的氧气含量应当在
20．9％ 左右。
如果一旦有有害气体产生，试验人员应佩戴
防毒面具，有毒气体经无害处理后由专门的排气
装置排出，或者可通过气体置换的方式将有害气
体排出。试验环境仓需配置可燃气体检测装置，
当可燃气体浓度超过限值时声光报警并停止试
验。要求环境仓中所有的灯光电器等应具有防止
产生打火和防爆的功能。
2．3．2 电池系统电解液泄漏及其防护措施
蓄电池在危险工况下，例如由于碰撞、挤压、
针刺、过充、短路等原因，通常造成电解液泄漏。
造成泄漏的原因主要有：(1)产品存在各种缺陷
和形状及尺寸偏差；(2)因为外界作用导致蓄电
池壳体破坏。因此，对电池的电解液泄漏有以下
要求。
· 5 ·
(1)危险工况下，控制电池的电解液泄漏量不
超过5．0 L；
(2)危险工况下，蓄电池电解液应该有专门的
接盘收集，并作无害化处理；
(3)危险工况下，试验人员应立即佩戴防毒面
具和手套，使蓄电池电解液不与身体直接接触。
2．4 其他伤害及安全防护措施
一般来说常规试验主要做好触电防护，实时
监控关键参数，同时电池放置在有一定防护功能
的环境仓中，出现异常后设备能及时监测到，声光
报警并切断电源停止试验。当然有一些常规的电
池实验由于种种原因也会发生起火爆炸的危险，
比如可能是实验样品本身问题，环境变化问题、长
期置放问题等。
对于滥用安全实验，根据不同的危险等级佩
戴不同要求的PPE，试验环境也应该有相应的保
护功能，如防爆、灭火、排风、监控等功能。另外，
还有一种比较复杂的情况是一旦发生意外和危险
情况，触电、漏液、起火、爆炸、化学品等伤害会混
合出现，这时就需要综合以上几种可能的危害采
取最严格的的安全防护措施，在保护试验人员人
身安全的前提下尽量保护试验设备和样品。
需要强调的是，所有的车用动力电池试验安
全措施应该是与整个实验室安全管理体系相结合
的，只有根据动力电池测试的特点，把人、机、料、
法、环各个环节有机结合，综合治理才能真正做到
防患于未然。
3 结语
本文综述了车用动力电池主要的测试项目，
主要包括模拟不同环境下的常规性能测试和模拟
极端条件下的滥用安全测试，同时分析了不同的
测试项目在试验过程可能存在的危险，进而从人、
机、料、法、环方面提出了相应的安全防护措施。
在目前车用动力电池研究和测试还处于发展期和
不成熟期阶段，对于电池开发和测试工作人员有
较好的参考和推广意义。
当然，新能源汽车和电池本身还处于一个快速
发展的时期，本身还不成熟，不稳定，对应的电池测
试方法和体系也同样会随之更新，电池安全测试技
术需要不断的完善和更新，这是一个长久的课题，需
要在后续课题和项目中持续跟踪和研究。
参考文献
[1] 方杰，王英，谢先宇等．新能源汽车动力电池系统测试
评价体系[J]．上海汽车，2013(9)．
[2] SAND 2005-3123．Electrical Energy Storage System，A—
buse Test Manual for Electric and Hybrid Electric Vehicle Applications
[S]．USA：Freedom CAR，2005．
(上接第1页)
的更危险的竞争对手，必须重新定义汽车，重建客
户关系，重新组织制造等，如不成功转型，传统汽
车企业有可能成为互联网企业的打工者；智能互
联汽车是互联网企业和汽车企业的共同方向，它
不仅带来产品创新，也带来模式创新；未来的汽车
都是互联网汽车，互联网汽车不是一个简单产品，
而是一个生态系统，其中技术并不是最重要的，生
态系统的构建才是关键；互联网巨头拥有广泛的
用户群体和资金、技术、人力等核心要素，正以轻
资产方式切入重资产的传统汽车领域，使互联网
经济成为中国汽车持续增长的新引擎、中国汽车
产业转型升级的新支点和中国汽车社会经济发展
· 6 ·
的新形态⋯⋯
在创新·升级的主题下，第16届上海国际汽
车工业展览会闪现般地演绎或揭秘了未来智能互
联网汽车的未来生态系统和生态循环。透过车
展，能够观察到跨国汽车集团正瞄准中国市场，加
紧研发汽车新兴技术；透过车展，似乎能够感受到
全球汽车集团都在为实现产业转型升级进行探索
的种种努力；透过车展，似乎更能够感悟到智能互
联网汽车思维是意味着汽车产业行将“蛹化蝶”
的蜕变。鸟瞰“四叶草”壮景，似乎听到车展在试
探性发问：面对“互联网+”时代，中国汽车企业准
备好了吗?
(朱盛镭)
上海汽车2015．05

网友评论 more

电力安全论文最新内容

03-05