近期安徽某高速發(fā)生的一起電動汽車的車禍致死事件引發(fā)了社會廣泛關(guān)注，雖然具體原因仍等待相關(guān)部門的最終報(bào)告，但公眾的疑慮和討論卻遠(yuǎn)未平息，其中涉事車輛碰撞后迅速起火燃燒尤其引發(fā)了公眾對新能源汽車電池?zé)岚踩缘膿?dān)憂。
制造一個(gè)安全的電池系統(tǒng)不難，然而現(xiàn)實(shí)生活中電池的選擇和設(shè)計(jì)往往和性能、成本、安全性等考量相關(guān)，而這些考量因素之間是相互牽制的。
例如鉛酸電池安全且便宜，但它們不具備高容量存儲應(yīng)用所需的能量密度；許多原型電池聲稱具有良好的安全性和性能，但由于高成本，到目前為止還不具備商用性；而人們通常希望充電時(shí)間短、續(xù)航里程高，這就意味著電池的能量密度高。
三元鋰電池能量密度比磷酸鐵鋰電池高，但熱失控觸發(fā)溫度更低，且分解時(shí)釋放氧氣加劇燃燒。因此在選擇電池時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來綜合考慮各種因素，往往是能量密度、安全性能、循環(huán)壽命、充放電性能等多個(gè)維度上的權(quán)衡。
熱失控是引發(fā)電池燃燒甚至爆炸的主要因素之一，它是一種自持續(xù)放熱的級聯(lián)反應(yīng)過程，一旦啟動，幾乎不可能通過外部手段阻止。在最壞情況下，它會導(dǎo)致電池溫度驟升至800°C以上，釋放有毒氣體，甚至引發(fā)爆炸。
引發(fā)熱失控的因素包括機(jī)械外力（如碰撞、擠壓、針刺等）、不當(dāng)充電（如快充或過充）、電池過熱（如高鎳正極材料的應(yīng)用導(dǎo)致正極釋活性氧與負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生熱量）和內(nèi)部制造缺陷或材料劣化。
前三種因素對應(yīng)的測試分別為機(jī)械濫用、電濫用和熱濫用。
EV+ ARC中的電池?zé)釣E用熱失控試驗(yàn)
EV+ ARC 測試電池機(jī)械濫用(針刺)熱失控
EV+ ARC 測試電池電濫用(過充)熱失控試驗(yàn)
正因?yàn)闊崾Э氐奈：Υ?，所以電池的熱安全測試與研究尤為重要。
國際上，UN GTR 20對電動汽車電池提出了嚴(yán)格的安全要求；中國的GB 38031標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了電池?zé)釘U(kuò)散試驗(yàn)的具體參數(shù)；美國SAE J2464也對電池濫用測試提出了詳細(xì)流程。這些標(biāo)準(zhǔn)都要求制造商進(jìn)行全面的熱安全測試。
此外，熱安全測試還能為改進(jìn)電池設(shè)計(jì)、采用更先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)，或者研發(fā)新的電池技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。例如《Study on Thermal Runaway Behavior of Li-Ion Batteries Using Different Abuse Methods》[1]使用THT絕熱量熱儀(EV-ARC)研究了不同濫用方法下鋰離子電池的熱失控行為。
1、Study on Thermal Runaway Behavior of Li-Ion Batteries Using Different Abuse Methods. Batteries 2022, 8, 201.
EV-ARC測試設(shè)置
(a) EV-ARC (b) EV-ARC量熱腔 (c) 熱電偶位置分布
機(jī)械濫用(針刺)測試
(a) 電芯測試 (b) 模組測試
熱濫用(側(cè)邊加熱)測試.
(a) 電芯測試 (b) 模組測試
電濫用(過充)測試
(a) 電芯測試 (b) 模組測試
THT 絕熱量熱儀 (ARC)——電池?zé)岚踩珳y試的核心工具
絕熱量熱法提供電池開發(fā)、安全、性能、效率和壽命方面的重要熱數(shù)據(jù)。
絕熱量熱儀通過在反應(yīng)發(fā)生時(shí)使量熱腔溫度與樣品溫度相匹配來營造絕熱環(huán)境，在模擬電池內(nèi)部熱量不能及時(shí)散失時(shí)的“最壞情況”條件下，精準(zhǔn)獲取電池?zé)崾Э氐挠|發(fā)點(diǎn)、反應(yīng)歷程和釋放的熱量，是研究電池?zé)嵝袨榈暮诵脑O(shè)備。無論是新材料開發(fā)，還是熱管理策略優(yōu)化，絕熱量熱儀都在行業(yè)中扮演了至關(guān)重要的角色。
相比于DSC、DTA及TG等傳統(tǒng)熱分析測試方法，絕熱量熱法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
不同規(guī)格大小的 ARC 可以兼容電池材料以及各種規(guī)格大小的電池、電芯及模組的測試。
實(shí)時(shí)同步獲取多數(shù)據(jù)
能同步獲得溫度、壓力隨時(shí)間變化的動態(tài)數(shù)據(jù)曲線，并可通過數(shù)據(jù)分析，得到初始分解溫度、放熱速率、反應(yīng)熱、活化能和壓升速率等多種熱特性參數(shù)。
可搭配多功能測試模塊，實(shí)現(xiàn)電池的電濫用測試、機(jī)械濫用測試、產(chǎn)氣檢測分析及比熱容測試等。
目前市場上具代表性的絕熱量熱儀來自英國 THT （Thermal Hazard Technology）公司。它具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢：
絕熱效果不好，會導(dǎo)致樣品自生熱起始溫度檢測偏高，自生熱總量偏低，低估被測試體系的“安全性”，這一點(diǎn)對熱安全測試至關(guān)重要。THT ARC通過先進(jìn)的絕熱控制技術(shù)，能確保外部熱損失幾乎為零，從而真實(shí)還原電池的熱失控特性。
量熱器尺寸越大，控溫能力相對越差，這一點(diǎn)對絕熱加速量熱儀生產(chǎn)廠商是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。得益于精確的絕熱控制，THT ARC 的大尺寸量熱器（EV+/EVx/EVL）仍然具有極高的檢測靈敏度。
THT ARC 控制單元和量熱器分開，可以實(shí)現(xiàn)一套控制系統(tǒng)控制多套量熱器，節(jié)約成本的同時(shí)，也便于維修和維護(hù)。
針對不同科研和測試需求，可方便地增配比熱容測試、集成循環(huán)、氣體收集、高速采集、多點(diǎn)溫度場、紅外攝像、針刺擠壓、腔中腔測試等功能。
THT ARC 采用增強(qiáng)鋼防爆箱，耐受各類鋰電失效造成的損傷。此外還有三重安全防護(hù)設(shè)計(jì)：氣壓實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動泄壓系統(tǒng)、熱聯(lián)鎖裝置確保防爆箱在測試過程中不被打開、智能氣體處理系統(tǒng)可自動排除有毒氣體，為測試人員和設(shè)備提供足夠的安全保障。
THT ARC 序列產(chǎn)品在全球500多個(gè)安全實(shí)驗(yàn)室使用，得到國際廣泛認(rèn)可。全球排名前十的電池制造商中有七家使用THT ARC進(jìn)行關(guān)鍵安全測試，彰顯了其在電池?zé)岚踩珳y試領(lǐng)域的實(shí)力和可靠性。THT ARC 無論在多樣化的學(xué)術(shù)研究還是嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用中均表現(xiàn)卓越。
近日，工信部正式發(fā)布GB 38031-2025《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，將于2026年7月1日實(shí)施，新規(guī)將動力電池“不起火、不爆炸”改為了強(qiáng)制性要求，還新增了底部撞擊測試和快充循環(huán)后安全測試等內(nèi)容，被稱為“史上最嚴(yán)電池安全令”。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)正在改寫行業(yè)游戲規(guī)則，新規(guī)實(shí)施后，將倒逼車企重新設(shè)計(jì)電池包結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化底部防護(hù)和熱管理系統(tǒng)，甚至開辟新電池類型賽道，進(jìn)一步提升電池安全性能，通過嚴(yán)苛測試保障電池安全，緩解公眾對新能源車自燃風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。
科技改變生活，安全需要所有人的共同努力！
