11月20日-22日，2024中国汽车充换电生态大会在山西太原举办。本届大会由国家能源局电力司和中国汽车工业协会指导，中国电动汽车充电基础设施促进联盟、中国汽车工业协会充换电分会主办，以“新格局 新未来——构建智慧补能服务生态体系”为主题，共设置“1+1+9+1”项议程，围绕高速公路充换电基础设施建设、充电桩下乡、大功率充电、换电模式、海外出口、车网互动、居住区充电模式等方面展开深入沟通与交流，研讨构建产业高质量发展格局的对策、方法与路径。其中，在11月21日下午进行的“主题论坛二：商用车换电模式应用研讨”环节，国联汽车动力电池研究院有限责任公司检测工程师万曾铭发表了题为《动力电池充电安全评价技术》的精彩演讲。以下内容为现场发言实录：

　　各位同仁、各位专家，下午好！刚才李总也提到了，动力电池实际上是整个能源行业和电动汽车行业的核心，起着类似于人类心脏的关键作用。今天，我将分享《动力电池充电安全评价技术》，首先花一点时间来介绍这一概念。

　　首先是“动力电池”。目前主流的动力电池是锂离子电池，当然，现在也有钠离子电池等新技术的开发和应用。

　　第二个是“充电”。充电是为电池补充能量的手段，但在充电过程中，可能会导致60%的热失控事件，也就是相关的安全事故发生。

　　第三个词是“安全”。安全是动力电池的底线，正如刚才曹总提到的，目前国家标准有GB 38031《电动汽车用动力蓄电池安全要求》以及GB/T 36276《电化学储能系统用锂离子电池安全要求》等相关评价标准。

　　最后是“评价技术”，即对电池安全性的评价。前面提到安全是底线，其判定标准是不起火、不爆炸。但很多时候，不起火不爆炸就等于安全吗？电池可能仍处于亚健康状态。

　　因此，今天我将从动力电池充电安全评价技术的角度进行讲解。

　　一、动力电池安全现状

　　鉴于当前新能源汽车产业的快速发展，中国电动汽车的产量已突破千万级别，电池装车量占全球的63.5%。在行业高速发展的过程中，新能源汽车的续航问题备受关注。尽管换电和充电是解决续航的手段，但实际上，这些方式仍存在诸多不便。目前面临的问题包括充电桩数量不足，以及能否在有限时间内完成电量补充，这些都是亟待解决的课题。

　　对于电池本身，提高能量密度是关键。然而，能量密度的提升也伴随着安全风险的增加。目前，能量密度较高的半固态电池已能达到350瓦时/千克，未来有望提升至500瓦时/千克。由于热效应，单个电池的热失控可能引发相邻电池的连锁热失控。电池在热失控过程中会产生大量热量和副反应，最终可能导致爆炸。

　　现阶段，提高电池的热失控安全性主要从正极材料、隔膜和电池排布等方面入手。

　　我国在2020年发布了GB38031-2020标准，旨在提高电池的安全性。然而，其中规定的5分钟报警时间实际上仍然无法充分保障安全。于是在目前该标准的征求意见稿中将热扩散要求从起火、爆炸前5分钟报警提升至不起火、不爆炸。

　　关于如何构建电池的本征安全，一方面，可以通过正极材料包覆、添加阻燃剂、采用陶瓷隔膜，以及应用CID、PTC、泄压阀、保险丝等安全装置，来提升电池的内在安全性。另一方面，使用全固态电池被视为解决电池安全问题的终极方案，全固态电池主要分为干聚合物型、氧化物、硫化物、卤化物型等几种。

　　在主动安全方面，通过在电池系统中引入高精度、高安全性、高质量的电池管理系统（BMS），确保电池的充放电过程始终处于稳定可靠的正常范围内。

　　被动安全则是指当电池发生危险时的应急处理措施。常见的方法包括在电池上盖涂覆防火层、加入隔热片，以及在底部配置相应的冷却液以吸收热量。此外，新能源车辆还配备了应急灭火系统，保障人身安全。

　　二、动力电池安全评价技术发展

　　在安全评价技术的发展中，我们从四个方面进行理解，即安全边界控制、事前预警、事中风险控制和事后风险抑制，以对动力电池的全生命周期进行管理，并开发相应的安全检测技术。

　　在安全边界控制方面，主要关注电池循环过程中内部变化的监测和管理。对于失控预警，如果我们能够准确评估电池的内部状态变化和外部诱因的影响，就能有效保证电池的安全性。一旦电池发生失控，我们需要进行风险评估和抑制措施，包括处理产热和产气问题，主要涉及动力电池失控风险评估技术和电池燃烧抑制技术。

　　首先，我们开发了动力电池安全定量化测试技术。通过搭建综合检测平台，可以在多耦合条件下进行短路、过充电、过放电、加热、针刺、挤压等试验，针对电池在实际使用中可能遇到的极端情况，获取可量化的特征参数，定量划分电池的安全使用边界，并建立健康状态评分体系。

　　其中，我们提炼出一种通过过充电阈值构建安全参数的技术。具体而言，通过对电池进行过充电，直至其达到最大容量，以获得安全阈值，实现对安全边界的有效控制。

　　此外，我们还采用了阶梯充电法，获取电池本身的安全充电边界。该方法主要分为三个阶段：第一阶段是在绝热条件下进行正常充电；第二阶段为过充阶段；第三阶段为热失控阶段。研究发现，过充可能在低至40摄氏度的温度下导致电池发生危险，并在115小时的无散热条件下引发热失控。同时，隔膜在约147.7摄氏度时发生放热反应，表明其在此温度下开始不稳定。

　　在动力电池安全预警技术方面，我们通过检测电池系统内部的压力变化，利用泄压阀实现预警。这既是电池的长期安全设施，也是电池开发测试的重要装置。

　　我们的研究表明，从检测到特征气体到最终失控的时间可达30分钟，是国家强制标准的6倍。这一结果在磷酸铁锂和三元材料电池中得到了验证，通过对其进行气体和压力检测，证明了预警技术的有效性。

　　关于电池燃烧风险技术，我们利用锥形量热仪和红外分析构建了电池燃烧分析系统。通过测量电池的燃烧释放速率，作为风险评价的依据。结果显示，随着能量密度的提高，热释放峰值不断升高，触发峰值的时间逐渐缩短。从固溶体到NCA再到NCM电池，其热释放速率的变化规律十分明显。

　　在灭火技术的应用方面，我们搭建了测试平台，对灭火剂用量进行了定量计算，以降低电池安全失效带来的损失，保障人员安全。

　　具体而言，我们对磷酸铁锂和锰酸铝电池进行了分析，经过统一处理，形成了不依赖电压和电容的无量纲因子，定量计算出所需的灭火剂用量。这为我们在电池发生热失控时，如何有效灭火提供了更准确的指导。

　　三、动力电池快充安全技术

　　目前，动力电池行业已进入高度竞争阶段，众多企业在这一领域激烈角逐。现有的快充技术可以在10分钟内将电池容量充至85%以上。在这种情况下，对功率接口的散热性能提出了更高的要求。因此，如何更好地控制焦耳热，以及在大电流条件下产生的电池安全问题，需要我们共同探讨。这也要求我们对现有的基础设施进行大规模升级和改造，形成一套新的体系，而不仅仅依赖原有的充电桩模式，可能需要协同规划，以确保电池在充电过程中的安全。

　　现有技术主要是在冬季条件下对电池进行加热，采用高频脉冲加热技术。右图展示了双电桥如何形成高频脉冲加热电流。

　　关于电池快充技术的研究，目前通过应用耦合加速快充技术，确保电池在快充过程中能够像普通充电一样，不发生本征变化。关于加速因子，利用快充曲线与标准曲线的交叉点，即在交叉点之前，快充是安全的；过了这个交叉点，可能需要转为慢充，以避免快充对电池造成损害。从温度曲线可以看到快充和普通充电之间的热量变化，以及下方电容的变化。

　　最后，关于动力电池快充的安全技术。在快充过程中，电池会产生大量热量，因为电流越大，产生的焦耳热越多，导致电池温度快速上升，加速电池老化和材料衰减。GB38031标准也对这一问题进行了长期关注，并起草了相应的方案，包括在快速循环后进行外部短路测试。常见的快充策略有六种，包括恒流恒压充电、恒功率充电和阶梯电流充电。在安全充电边界条件下，充电电流和电压的可调节性最大。

　　最后，简要介绍一下公司的情况。国联汽车动力电池研究院有限责任公司主要从事锂离子电池关键材料及关键共性技术的研发、测试评价、产品设计制造以及中试孵化等业务。

　　2016年6月，在工业和信息化部的支持下，依托国联研究院，建成了我国首个国家制造业创新中心——国家动力电池创新中心。以国联研究院为核心，我们外延构建了中国汽车动力电池产业创新联盟，目前联盟成员单位超过180家。

　　2020年12月18日，在工业和信息化部的推荐和国家市场监督管理总局的批准下，正式挂牌成立了国家车用动力电池产品质量监督检验中心。公司的总体定位是建设国际一流的动力电池研发机构，并着力打造四大平台。

　　项目总投资3亿元，总建筑面积超过1万平方米，配置了500余台套检测设备，形成了覆盖新能源汽车用动力电池关键材料、电池单体、电池模块、电池系统及其管理系统全链条的法规性检测、设计验证及研究分析能力。

　　目前，我们具备115项检测能力，覆盖225项检测项目。同时，我们还设立了广东分中心，具备相关资质。

　　谢谢大家！

　　（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）

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