电池挤压穿刺测试实验测试标准与分级

　　电池挤压(Crush)与穿刺(Nail Penetration)测试是评估动力电池在机械滥用条件下安全性的核心实验，主要用于验证电池是否会发生起火、爆炸或热失控。这两项测试被纳入全球主要安全标准(如中国 GB 38031-2020、联合国 UN 38.3、美国 UL 2580 等)，尤其在电动汽车和储能系统认证中具有强制性。

　　测试需严格遵循国家标准或国际法规，常见标准包括：

　　中国：GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(推荐性标准，但车企普遍遵循)

　　国际：UN/ECE R100.02(欧盟)、SAE J2464(美国)、IEC 62660 等

　　标准通常会对测试结果进行分级，例如：

　　通过：不起火、不爆炸(通常要求测试后观察一段时间，如2小时)。

　　有条件通过/降级通过：发生起火或爆炸，但满足一定延迟时间要求(如热失控信号发出后5分钟才起火)。

　　不通过：发生剧烈起火、爆炸。

　　测试一：挤压测试

　　模拟车辆碰撞后，电池包或电芯受到车身结构或其他部件缓慢挤压的场景。

　　1. 实验目的

　　评估电池在承受巨大外部挤压力时的结构完整性、内部短路情况以及热失控行为。

　　2. 关键实验条件

　　测试对象： 可以是电芯、模组或完整电池包。不同层级的测试条件和要求不同。

　　挤压形式：

　　电芯/小模组：通常用圆柱形或长方形刚性压头(如半径75mm的半圆柱)。

　　电池包：用挤压板(可变形或刚性)模拟车身变形。

　　挤压方向：

　　垂直于电芯极片方向(z严苛，易导致内部短路)。

　　平行于极片方向(模拟侧向挤压)。

　　针对电池包，需选取z可能发生短路的风险方向(如法规指定方向)。

　　挤压速度与力：

　　速度通常较慢(如 ≤ 2 mm/s)。

　　挤压截止条件(满足其一即停止)：

　　挤压力达到设定值(如电芯：13 kN ± 0.78 kN;电池包：100 kN 或 车辆整备质量的倍数)。

　　变形量达到设定值(如电芯挤压至原始厚度的30%或85%)。

　　温度：常温(如25°C)或高温(如> 45°C， 更严苛)。

　　测试二：针刺测试

　　模拟电池内部被金属导体(如断裂的铜排、脱落的焊渣、车祸中的金属侵入物)刺穿，导致正负极直接短路的z严酷场景。

　　1. 实验目的

　　在电池内部z敏感的活性区域，人为制造一个稳定的、低电阻的短路点，评估其在z严重内短路下的热失控行为。

　　2. 关键实验条件

　　钢针规格：

　　材质：耐高温淬火钢。

　　形状：圆锥形(尖端角度常见为20°-60°)，有些标准要求三棱锥针(更易刺入且不易滑动)。

　　直径：常见 3mm, 5mm, 8mm (GB 38031 对NCM电池要求≥5mm，对LFP电池要求≥8mm)。

　　穿刺位置：

　　必须刺穿电池几何中心，因为此处散热z差，热量累积z快，反应z剧烈。

　　对于方形或软包电池，需垂直穿透整个厚度。

　　穿刺速度：通常较快(如 25 mm/s 或 80 mm/s)，以模拟瞬时侵入。

　　停留时间：针刺穿透后，通常需保持钢针在电池内一定时间(如10分钟或直至反应结束)。

　　3. 典型实验流程

　　准备：电池充电至100% SOC，固定于防爆箱内。

　　对位：钢针尖端精确对准电池几何中心。

　　穿刺：以规定速度垂直刺入，直至完全穿透。

　　监测：

　　电压：刺穿瞬间电压会骤降至接近0V。

　　温度：在针刺点、电池表面、极耳等多处布置热电偶，监测温升速率和z高温度。

　　现象：通过观察窗和高速摄像机记录是否冒烟、喷出电解液、产生火焰及火焰大小。

　　观察与判定：测试后观察规定时间，依据是否起火、爆炸来判定结果。

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