新能源电芯检测设备|为电芯安全性能保驾护航

前言背景：

储能是比肩甚至超过动力电池的万亿级市场。近期，特斯拉CEO马斯克的中国之行，刷遍了整个网络。马斯克这次给万亿储能市场着实“点了一把火”。

在刚抵达中国后，马斯克就与宁德时代董事长曾毓群毛急火燎地会面“商讨大事”。据业内人士分析，双方商谈的内容可能会包括上海储能超级工厂的储能电芯供应、未来在北美合作建电池厂以及动力电池供应的事宜;而储能正是马斯克第一个谈及的项目。

　　就在上个月，特斯拉宣布将在上海投资建设其全球第二家储能系统megapack超级工厂，该工厂规划生产特斯拉超大型商用储能电池(Megapack),初期规划年产商用储能电池可达1万台，储能规模近40GWh,产品供应范围覆盖全球市场。根据特斯拉的上海megapack超级工厂计划，其将从宁德时代采购磷酸铁锂电池电芯。

　　据悉，特斯拉储能超级工厂计划于2023 年第三季度开工，2024 年第二季度投产。海通证券表示，2022 年以来全球储能市场竞速加快，头部市场格局正在加速形成，特斯拉在中国建厂或将激发全球储能市场的新一轮竞争热潮。

　　同样是在上个月，宁德时代刚刚发布了全球首个零辅源光储融合解决方案。该方案通过其自研的光储变流器，配合高温电芯技术与自加热技术，可摆脱传统储能解决方案对冷却系统及其辅助电源的依赖，实现光与储实时联动，充放电效率提升10%。同时，该方案所使用的储能电柜配备长寿命高温电芯，系统循环寿命可达15000次。

　　值得注意的是，“友商”比亚迪也放了大招，推出首款集成刀片电池的储能系统“比亚迪魔方”。该产品搭载通过“针刺实验”的刀片电池，采用CTS(电芯到系统一体化)技术。无模组、无PACK、直接集成到系统，可降低约36%的零部件数量，提升约98%的空间利用率，加大约30%的结构强度。同时，其可通过灵活组合，适用于工商业储能、电站级储能等应用场景。

　　“电池新贵”蜂巢能源则发布了应用于电力、工商业和家庭三大场景的短刀全系储能电芯及产品，尤其是L500型325Ah电力储能专用电芯、L600型124Ah工商业储能专用电芯、L600型168Ah家庭储能专用电芯，以及厚度仅有66mm的全球超薄家庭储能、99KWh工商储能、325Ah液冷电力储能等引领行业趋势的全新储能系统产品解决方案，用车规级标准重新定义储能。

安全问题一直是新能源汽车备受关注的焦点。进入5月以来，连续发生的数起新能源汽车自燃事件，再一次将市场的目光聚焦到新能源汽车的安全问题上来。事实上，作为新能源汽车安全的核心，动力电池的安全技术持续升级，并且已从单体安全转向系统安全，不断“加粗”新能源汽车的安全底线。

锂离子电池因能量密度高、寿命长和无污染等性能，成为大规模储能的首选储存载体之一，锂离子电池储能规模也在迅速增长。但是近年来，锂离子电池热失控火灾事故频发，成为制约其大规模应用的关键因素。根据储能系统的特性，着重从单体、模组、单元与安装等储能系统四个不同层级进行安全性、可靠性测试，可以评估储能电池系统的安全性和可能发生的问题，从而确保储能的安全运行。安全是一个综合性问题，动力电池主要分为电池包、模组、电芯。储能市场火爆，电芯检测设备为电芯安全性能保驾护航。

而电芯是将电池各种物质组合起来的纽带，是正极、负极、隔膜、极耳和包装膜等系统之集成，电芯结构设计，不单影响到各种材料性能的发挥，还对电池的整体电化学性能、安全性能产生重要的影响。

电池安全性检测主要涵盖了：高低温、短路、防爆、过充过放电、低气压、温度循环、振动、加速度冲击、跌落、挤压、针刺、重物冲击、热滥用、燃烧、洗涤等。依据GB31241相应的标准，电芯安全性能检测设备系列主要包含了电芯热滥用试验箱、温控型电芯短路试验箱、电芯低气压试验箱、电芯挤压试验机、电芯针刺试验机、电芯重物冲击试验机、电芯跌落试验机、电芯燃烧试验箱等。

1、电芯热滥用试验箱模拟电池放置在自然对流或强制通风的高温箱中，以一定的升温速率升温至设定测试温度并保持一定时间，采用热风循环系统，可保证工作温度分布均匀。

2、电池安全问题发生的直接前兆，可能都在于电芯的内部短路。电池内部短路的原因可能是来自于外部(机械冲击、外部短路、过热等)，也有可能来自于电芯内部(内部粉尘、金属屑、析锂等)。因此电芯短路试验箱起到了重要作用。

短路试验机采用PLC自动控制，模拟电池外部短路，满足UL1642、UN38.3、IEC62133、GB/T18287、GB 31241-2014等标准。采用大电流接触器作为开关元件,热继电器作为保护装置，断路器闭合时，使被测电池回路短路，强大的短路电流通过整个回路。电池表面温度、电压及经霍尔元件检测的电流信号经数据处理，送到PLC，连续记录电池电压、电流和表面温度变化。该短路实验机必须符合整个回路（包括断路器、导线和连接器件）电阻80±20mΩ，每个回路都能够承受峰值达到400A的短路电流。 

可以选择短路停止模式：1.短路时间；2.电池表面温度。

3、电芯低气压试验箱适用于低压（高海拔）模拟试验，所有的被测样品均在负压下测试；测试最终结果要求电池不能爆炸或是着火。另外，电池不能冒烟或是漏液。电池保护阀不能被破坏。

4、电芯挤压试验机模拟在处理家庭废物时，电池遭受外力挤压，试验过程中电池不能发生外部短路。

5、电芯针刺试验机是用钢钉贯穿电芯，模拟内部短路，确认是否出现冒烟、起火、破裂的测试。

6、电芯重物冲击试验机通过从不一同的高度的不同的重锤和不同的受力面积测试电池的安全性能，按规定进行试验，电池应不起火、不爆炸。

7、电芯跌落试验机采用电动结构，将被测试件置于专用夹具（可调行程）夹牢，按下跌落键，试件将作自由落体试验，跌落高度可作上下调整，多种跌落地板可供选用。

8、电芯燃烧试验箱是将电池按照规定的试验方法充满电后，再将电池放置在试验工装的钢丝网上，试验工装见附录E.2。如果试验过程中会出现电池滑落的情况时，可用单根金属丝把电池样品固定在钢丝网上；如果无此类情况发生，则不可以捆绑电池。用火焰加热电池，当出现以下三种情况时停止加热：

a）电池爆炸；

b）电池完全燃烧；

c）持续加热30min，但电池未起火、未爆炸。

接收标准：

试验后，组成电池的部件（粉尘状产物除外）或电池整体不得穿透铝网。

安全测试是最后一道屏障，应持续加大在前端设计创新，源头设计上确保新能源汽车的安全，为行业稳定发展保驾护航。