我国动力电池安全标准发展历程及展望

冀然　李宏伟

摘 要：动力电池的安全性是新能源汽车产业持续健康发展的基础。我国动力电池安全标准体系历经十余年发展，测试项目更加丰富，更加贴合实际工况。伴随技术进步和实践经验不断丰富，动力电池的系统安全成为产业共识，我国也于2020年最新发布并实施了首个涵盖动力电池单体、模块及系统安全要求和试验方法的强制性国家标准——GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》。展望未来，全生命周期安全性要求和测试结果判定依据的量化有望成为动力电池安全标准下一步的发展方向。

关键词：动力电池 发展历程

1 引言

动力电池作为新能源汽车的动力源，其安全问题不可忽视。锂离子电池的构成和反应原理决定了其在使用中具有一定危险性：电解液主要使用有机溶剂，多具有易燃易爆性，若在外力碰撞等情况下造成泄露，极易引发起火、爆炸等危险，危害人身安全;在循环过程中，锂离子极易在电极表面沉积形成“枝晶”，“枝晶”若不断生长将有可能刺穿隔膜造成局部短路，引发热失控等严重后果。

动力电池的安全性是新能源汽车产业持续健康发展的基础。我国在新能源汽车产业发展早期就发布了涉及动力电池安全要求的标准，随着产业发展和技术进步，我国动力电池安全标准体系不断丰富和完善，更加贴近实际使用情况和整车需求。

2 我国动力电池安全标准演进历程

2.1 第一阶段（2006-2014）

“十五”期间，863计划电动汽车重大专项专家组提出并确立“三纵三横”技术路线，构建起我国节能与新能源汽车产业发展战略格局。产业发展需要标准体系的支撑，2006年，QC/T 743-2006《电动道路车辆用锂离子蓄电池》发布并实施，对锂离子动力电池的分类、要求、试验方法等作出说明。

QC/T 743-2006的试验对象包括单体蓄电池和蓄电池模块，对每种试验对象的基本情况、电性能和安全性相关要求和试验方法做出说明。标准中安全性测试项目包括电安全（过充电、过放电、短路、针刺）、机械安全（跌落、挤压）、环境安全（加热）等，其中除跌落试验仅针对单体蓄电池外，其他项目单体、模块均需测试。

QC/T 743-2006是全球范围内较早发布的涉及动力电池安全要求的标准，在我国新能源汽车新能源汽车产业的培育期具有重要意义。但由于标准发布时我國新能源汽车还未实现大规模推广，产业实践经验相对缺乏，因而需要做进一步完善。

2.2 第二阶段（2015-2019）

2009年，科技部、财政部、发改委、工信部共同启动“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，我国新能源汽车产业进入示范推广期。2015年，我国新能源汽车产销量达到全球首位，截至2015年底，保有量接近60万辆，我国新能源汽车进入产业化时期。2015年，GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》、GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分：安全性要求与测试方法》同时发布并实施，并在2018年因被CQC-C1101-2018《强制性产品认证实施细则汽车》引用而成为强制性标准（电池模块的挤压试验、电池单体/模块的针刺试验暂不执行）。这两项标准的发布和实施，共同构建起涵盖单体、模块和系统的动力电池安全标准体系，也是首批专门针对动力电池安全性要求而制定的国家标准。

GB/T 31485-2015对动力电池单体和模块的安全要求、试验方法和检验规则做了规定和说明。对单体和模块的测试项目范围相同，包括电安全项目（过充电、过放电、短路、针刺）、机械安全项目（跌落、挤压）、环境安全项目（海水浸泡、温度循环、低气压、加热）等。相比QC/T 743-2006，GB/T 31485-2015主要变化点在于：（1）为模拟动力电池复杂多变的实际使用环境，新增了多个环境安全测试项目;（2）充电从1/3C变为1C，更加严格;（3）多数项目测试试验结束后需观察1小时后判定有无异常，要求更加严格的同时加强了对测试人员安全的保护。

GB/T 31467.3-2015是首个针对动力电池系统安全的国家标准。测试项目包括电安全（过充电、过放电、过温、短路）、机械安全（跌落、挤压、振动、机械冲击、翻转、模拟碰撞）、环境安全（海水浸泡、温度冲击、湿热循环、外部火烧、盐雾、高海拔）等，相比GB/T 31485-2015，测试项目总体更加丰富，对动力电池系统进行更多维度、更严格的测试也更加符合实际使用情况。

2.3 第三阶段（2020至今）

2016年，全国汽车标准化技术委员会上报《电动汽车用动力蓄电池安全要求》计划。2020年，GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》发布，该标准于2021年1月1日起正式实施，是首个涵盖动力电池单体、模块及系统安全要求和试验方法的强制性国家标准。

GB 38031-2020以GB/T 31485和GB/T 31467.3为基础，与我国牵头制定的联合国电动汽车安全全球法规（UN GTR 20）全面接轨，综合总结我国新能源汽车产业发展的创新成果和实践经验，并充分协调了相关领域多项国际标准。GB 38031-2020测试对象包括动力电池单体、模块和系统（其中模块非必测项），单体测试项目包括电安全（过充电、过放电、短路）、机械安全（挤压）、环境安全（温度循环、加热）等，系统测试项目包括电安全（过充电、过放电、过流、过温、短路）、机械安全（挤压、振动、机械冲击、模拟碰撞）、环境安全（温度冲击、湿热循环、盐雾、高海拔、浸水、热扩散）。相比前版标准，GB 38031-2020更加强化动力电池系统安全要求，这也更符合产业对动力电池系统安全需求的共识：（1）为适应产品发展需求，动力电池领域CTP/CTC等新技术应运而生，原有动力电池三级结构（单体-模组-系统）在实际应用中趋于简化，因此模块安全要求不再作为必检项目，且对于由车体包覆并构成电池包箱体的电池包或系统，可带箱体或车体测试，测试对象及方法都更加灵活、贴合实际，为新技术的合规、健康发展奠定了基础;（2）GB 38031聚焦动力电池使用过程的安全性问题，因而在测试项目的设置上，去掉了动力电池生产、运输、维护、回收等其他环节的安全测试项目（如跌落、低气压等），新增了过流、温度冲击等更加贴合实际使用中易失效情景的测试项目;（3）针对近年来频繁发生的引发动力电池起火，危及乘员人身安全的热失控问题，GB 38031-2020加入了动力电池系统热扩散测试，将近年来颇具争议的针刺测试调整为引发热扩散的方式之一，要求动力电池系统热扩散导致乘员舱发生危险前5min应提供报警信号，以更全面、有效地评估动力电池系统安全。

3 动力电池安全标准发展展望

3.1 生命周期安全性要求

随着新能源汽车产业快速发展，动力电池产品技术进步加速，能量密度、循环性等性能都得到显著提升，动力电池生命周期逐渐延长。目前我国动力电池安全标准要求及相关测试规程主要针对新鲜动力电池，但已有研究表明，锂离子电池SEI膜分解温度随循环次数的增加而降低，动力电池热稳定性逐渐下降[1]。因此，从全生命周期来看，中后期或将是动力电池热失控反应的“高发期”，需要特别加以预防和控制。为更好地提升动力电池产品的安全性，有必要面向全生命周期的动力电池产品制定科学合理可行的安全标准。

3.2 量化测试结果判定依据

GB 38031-2020中，电池测试后状态仅做出泄露（有可见物质从电池单体、模块电池包或系统中漏出至试验对象外部的现象）、外壳破裂（由于内部或外部因素引起电池单体、模块、电池包或系统外壳的机械损伤，导致内部物质暴露或溢出）、起火（电池单体、模块、电池包或系统任何部位发生持续燃烧（单次火焰持续时间大于1s）。火花及拉弧不属于燃烧）、爆炸（突然释放足量的能量产生压力波或者喷射物，可能会对周边区域造成结构或物理上的破坏）等定义，以上定义和描述较为宽泛，多为依靠肉眼观察的主观判断，缺乏可量化的判定依据。相比之下，国外标准对测试结果等级评定描述更加细致，引入更多参数使结果判定更加严谨。如IEC 62660对测试结果分为8个等级，对每个等级的测试后现象进行了更为细化的描述;UL 1642和UN 38.3中对外部短路试验的要求中引入了电池壳体温度这一指标[2]，可有效量化比较测试结果。

参考文献：

[1]王芳，林春景，刘磊，刘仕强.动力电池安全性的测试与评价[J].储能科学与技术，2018，7（06）：967-971.

[2]汪伟伟，姚丹，彭文.锂离子动力电池国内外安全检测标准研究[J].金属功能材料，2020，27（06）：34-39.