鋰離子電池爆炸試驗(yàn)方法

IICSXX.XXXFXXT/CECT/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT201FORMTEXT?????儲(chǔ)能用鋰離子電池爆炸試驗(yàn)方法（征求意見稿）FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實(shí)施FORMTEXT中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)???發(fā)布儲(chǔ)能用鋰離子電池爆炸試驗(yàn)方法范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了儲(chǔ)能用鋰離子電池爆炸的安全試驗(yàn)方案、檢驗(yàn)規(guī)則和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于接入電網(wǎng)中的矩形、軟包及圓柱形鋰離子電池，包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰等電池類型，其他類型鋰離子電池可參照?qǐng)?zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T18287-2013移動(dòng)電話用鋰離子蓄電池及蓄電池組總規(guī)范GB/T2900.41-2008電工術(shù)語原電池和蓄電池GB/T31241-2014便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求GB/T31485-2015電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法GB/T51048-2014電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范術(shù)語和定義GB/T2900.41-2008、GB/T31485-2015中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1儲(chǔ)能電池energystoragebattery應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)中的能實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的裝置，包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子。3.2起火fire儲(chǔ)能電池任何部位發(fā)生持續(xù)燃燒（持續(xù)燃燒時(shí)間大于1s）?；ɑ鸺袄〔粚儆谌紵?.3爆炸explosion儲(chǔ)能電池在受到外界能量刺激下，殼體猛烈破裂，發(fā)出劇烈響聲，同時(shí)產(chǎn)生大量氣體，以及有主要成分拋射出來，常伴隨有燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生。3.4主動(dòng)電池initiativebattery在外界初始能量刺激下（如充電、加熱、短路、針刺、跌落、浸水等）發(fā)生爆炸的電池。3.5被動(dòng)電池passivebattery由主動(dòng)電池爆炸引起的能量擾動(dòng)導(dǎo)致狀態(tài)發(fā)生改變的電池（被動(dòng)電池狀態(tài)指是否發(fā)生爆炸或損壞、電池外觀是否產(chǎn)生變化，電池容量是否發(fā)生衰減）。3.6荷電狀態(tài)stateofcharge（SOC）儲(chǔ)能電池剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。3.7最大爆炸壓力maximumexplosionpressure儲(chǔ)能電池發(fā)生爆炸時(shí)對(duì)周圍介質(zhì)所產(chǎn)生的最大壓力。3.8臨界爆炸溫度criticalexplosiontemperature儲(chǔ)能電池發(fā)生爆炸時(shí)將電池表面加熱到的平均溫度的最大值。符號(hào)下列符號(hào)適用于本文件。C1：1小時(shí)率額定容量，(Ah)；I1：1小時(shí)率放電電流，其數(shù)值等于C1，(A)；Um：生產(chǎn)企業(yè)提供的單體電池充電電壓上限，(V)；a：電池幾何長度，(mm)，示意圖見圖2；b：電池幾何寬度，(mm)；d：電池厚度，(mm)，其中，a>b>d；h：圓柱形電池高度，(mm)；L1：壓力傳感器數(shù)據(jù)采集端與電池中心距離，(m)；示意圖見圖1θ1：壓力傳感器數(shù)據(jù)采集平面端法線與電池厚度d所在直線方向所呈的角度，(°)；L2：高速攝像儀數(shù)據(jù)采集端與電池中心距離，(m)；θ2：高速攝像儀數(shù)據(jù)采集平面端法線與電池厚度d所在直線方向所呈的角度，(°)。試驗(yàn)條件及測試要求5.1試驗(yàn)的適用性只有在涉及電池爆炸時(shí)才進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)。除非另有規(guī)定，測試完成后的樣品不要求還能正常使用。5.2試驗(yàn)的環(huán)境條件除非另有規(guī)定，實(shí)驗(yàn)一般在下列條件下進(jìn)行：溫度：20℃5℃；相對(duì)濕度：15%75%;大氣壓力：86kPa106kPa注：本標(biāo)準(zhǔn)所提到的室溫，是指25℃2℃。5.3電池爆炸沖擊波壓力測試要求采用壓力傳感器測量儲(chǔ)能電池爆炸過程中的產(chǎn)生的沖擊波壓力。5.3.1壓力傳感器選型及精度a)測壓范圍：壓電式>30psi，壓阻式>100psi；b)使用溫度：壓電式(室溫~150℃)，壓阻式(>500℃)；c)靈敏度：壓電式>80mv/psi，壓阻式>10mv/psi；5.3.2壓力傳感器布置方式將兩個(gè)壓力傳感器對(duì)稱布置于垂直電池正面中心方向（以長寬面為電池正面），單側(cè)傳感器距電池中心距離為L1，L1=5d，θ1=0。示意圖如圖1所示。圖1傳感器布置示意圖5.4電池爆炸溫度測試要求采用熱電偶傳感器測量儲(chǔ)能電池爆炸過程中電池表面的溫度。5.4.1溫度傳感器選型及精度a)測溫范圍：室溫~1000℃；b)測溫精度：2℃；c)靈敏度：熱響應(yīng)時(shí)間<5S。5.4.2溫度傳感器的布置方式采用7根K型熱電偶測試電池表面溫度，熱電偶布置如圖2所示。方型及薄膜型電池T4位于電池幾何中心，T1、T3、T5、T7位于以1/2a為半徑的圓周上，T2與T4相距2/5b，T1、T2、T3及T5、T6、T7分別在同一條直線上，T8布置于電池泄壓裝置上方10mm處（若電池存在泄壓裝置）。圓柱形電池各采集點(diǎn)位于同一條平行于電池軸心的直線上，T4該直線中點(diǎn)，各點(diǎn)相距均為1/7h。T8布置于電池泄壓裝置上方10mm處。圖2熱電偶布置點(diǎn)5.5電池爆炸火球體積測試要求采用高速攝影儀測量儲(chǔ)能電池爆炸過程中產(chǎn)生的最大火球體積。5.5.1火球圖像采集裝置精度a)分辨率：>1360×1024；b)拍攝速率：>500幀/秒；c）最小曝光時(shí)間:5ns-1ms；5.5.2火球圖像采集裝置布置方式高速攝影儀距離電池中心為L2=2m，θ2=45°，攝影儀布置如圖1所示。電池致爆方法以過充電或加熱的方式將電池致爆，可任選一種致爆方式觸發(fā)電池爆炸。6.1電池SOC調(diào)整測試前將電池荷電狀態(tài)調(diào)整至SOC=100%。室溫下，單體鋰離子儲(chǔ)能電池先以1I1（1小時(shí)率放電電流，其值等于1小時(shí)率額定容量C1）電流放電,至企業(yè)技術(shù)條件中規(guī)定的放電終止電壓，擱置1h（或企業(yè)提供的不大于1h的擱置時(shí)間），然后按企業(yè)提供的充電方法進(jìn)行充電。若企業(yè)未提供充電方法，則依據(jù)以下方法充電：以1I1(A)電流恒流放電至企業(yè)技術(shù)條件中規(guī)定的放電終止電壓；擱置1h后，以1I1(A)電流恒流充電至企業(yè)技術(shù)條件中規(guī)定的充電終止電壓后轉(zhuǎn)為恒壓充電，充電至電流衰減為0.05I1(A)時(shí)停止充電，充電后擱置1h（或企業(yè)提供的不高于1h的擱置時(shí)間）。6.2電池電致爆方法電池過充電至爆炸試驗(yàn)按如下步驟進(jìn)行：儲(chǔ)能電池單體按照6.1調(diào)整SOC為100%；以2I1(A)電流恒流充電至儲(chǔ)能電池發(fā)生爆炸，設(shè)置電池電壓上限為10Um(V)，若電池至電壓上限后仍未發(fā)生爆炸，保持10Um(V)恒壓（允許電流衰減）直至電池發(fā)生爆炸。6.3電池?zé)嶂卤椒姵丶訜嶂帘ㄔ囼?yàn)按如下步驟進(jìn)行：儲(chǔ)能電池單體按照6.1調(diào)整SOC為100%；將電池加熱至發(fā)生爆炸，若電池加熱至最高溫度后仍未發(fā)生爆炸，保持最高溫度狀態(tài)直至電池發(fā)生爆炸。電池爆炸沖擊波測量和評(píng)估方法采用壓力傳感器檢測電池爆炸以后產(chǎn)生的壓力情況，評(píng)估電池爆炸壓力對(duì)周圍電池及環(huán)境的危害。7.1最大爆炸壓力測量以2個(gè)壓力傳感器測試得到的壓力數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，取爆炸時(shí)兩個(gè)壓力傳感器測得的壓力分別為P1、P2，最大爆炸壓力記為Pc，并按下式進(jìn)行計(jì)算：P式中： P1為第1個(gè)傳感器測得溫度值，K；P2為第2個(gè)傳感器測得溫度值，K.7.2爆炸壓力危害性評(píng)估方法鋰離子電池爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力對(duì)周圍環(huán)境及人產(chǎn)生的危害可根據(jù)表1進(jìn)行評(píng)估。表1電池爆炸沖擊波對(duì)人及周圍環(huán)境長產(chǎn)生的傷害作用超壓/MPa傷害作用危害等級(jí)人體建筑物被動(dòng)電池0.0050.006/門窗玻璃部分破裂/=1\*ROMANI0.0060.01受壓面的門窗玻璃大部分破裂0.0150.02門框損壞電池產(chǎn)生微小形變=2\*ROMANII0.020.03輕微傷害墻裂縫電池形變、容量衰減=3\*ROMANIII0.040.05聽覺器官損傷或骨折墻大裂縫，屋瓦掉下電池嚴(yán)重形變=4\*romanIV0.060.07內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡木建筑廠房屋柱折斷，房架松動(dòng)電池殼體破裂=5\*ROMANV0.070.10磚墻倒塌0.100.20大部分人死亡防震鋼筋混凝土破壞，小房倒塌0.200.30大型鋼架結(jié)構(gòu)破壞電池爆炸溫度測量及高溫危害性評(píng)估方法采用溫度傳感器監(jiān)測電池爆炸前表面溫度變化，評(píng)估由于電池高溫對(duì)周圍電池及環(huán)境造成的影響。8.1爆炸臨界溫度測量以熱電偶測得的溫度數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，取爆炸前各個(gè)傳感器測得的溫度為T1、T2、T3、…Ti，臨界爆炸溫度記為Tc，并按下式進(jìn)行計(jì)算。T式中： i為傳感器個(gè)數(shù)；Ti為第i個(gè)傳感器測試溫度，K.8.2爆炸溫度危害性評(píng)估方法鋰離子電池爆炸前電池表面高溫對(duì)周圍環(huán)境的影響如表2所示。表2電池表面最高溫度對(duì)周圍環(huán)境的危害評(píng)估溫度T持續(xù)時(shí)間t被動(dòng)電池狀態(tài)危害等級(jí)<60℃<10min無明顯變化=1\*ROMANI10min<t<30min>30min60℃<T<100℃<10min電池容量發(fā)生衰減=2\*ROMANII10min<t<30min電池產(chǎn)生形變=3\*ROMANIII>30min電池容量大幅度衰減=4\*romanIV100℃<T<200℃<10min10min<t<30min電池發(fā)生明顯形變=5\*ROMANV>30min被動(dòng)電池發(fā)生熱失控=6\*ROMANVI>200℃<10min>10min電池爆炸火球體積測算方法采用高速攝像儀采集電池爆炸以后產(chǎn)生的火球體積情況，評(píng)估爆炸產(chǎn)生的火焰危害情況。9.1火球體積計(jì)算方法從高速攝像儀記錄的數(shù)據(jù)中選取爆炸火球面積最大的圖像；以圖像處理軟件對(duì)高速圖像進(jìn)行處理分析，計(jì)算得到最大爆炸火球面積。9.2火焰危害性評(píng)估方法鋰離子電池爆炸后產(chǎn)生的最大火球體積對(duì)周圍環(huán)境的影響可由表2進(jìn)行評(píng)估。鋰離子電池爆炸后產(chǎn)生的最大火球體積對(duì)周圍環(huán)境的影響可由表2最大火球直徑r燃燒持續(xù)時(shí)間t對(duì)周圍環(huán)境影響危害等級(jí)<15cm<5S近距離火焰燃燒，對(duì)周圍電池稍有影響=1\*ROMANI>5S近距離火焰燃燒，對(duì)周圍電池影響較大=2\*ROMANII15cm<r<30cm<5S中距離火焰燃燒，對(duì)周圍電池及電池箱體稍有影響=3\*ROMANIII>5S中距離火焰燃燒，對(duì)周圍電池及電池箱體影響較大=4\*romanIV>30cm<5S遠(yuǎn)距離火焰燃燒，對(duì)周圍電池、電池箱及儲(chǔ)能設(shè)施稍有影響=5\*ROMANV>5S遠(yuǎn)距離火焰燃燒，對(duì)周圍電池、電池箱及儲(chǔ)能設(shè)施影響較大=6\*ROMANVI目錄TOC\o"1-5"\h\z\u前??言 III1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14符號(hào) 25試驗(yàn)條件及測試要求 26電池致爆方法 57電池爆炸沖擊波測量和評(píng)估方法 58電池爆炸溫度測量及高溫危害性評(píng)估方法 69電池爆炸火球體積測算方法 6前??言本部分按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則編寫。本部分由全國電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。本部分主要起草單位：本部分參與起草單位：本部分主要起草人：本部分為首次制定。本部分在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化管理中心（北京市白廣路二條一號(hào)，100761）。目錄TOC\o"1-5"\h\z\u前??言 III1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14符號(hào) 25試驗(yàn)條件及測試要求