在上一篇文章中，老王曾詳細介紹了鋰離子電池過充、碰撞（跌落或模擬碰撞）、加熱、外短路四種模擬電池熱失控的安全測試方法。今天，我們接著上次的話題，給大家分享
6種模擬電動汽車鋰離子電芯內短路測試方法:- 國標針刺測試
- UL blunt nail crush test鈍針測試
- NASA round rod crush test圓杆衝擊測試
- Incorporation of Particles and pressing電芯內置雜質後擠壓測試
- Incorporation of metals with low melting points 內置低熔點金屬後加熱
- SMA ISCr trigger method內置記憶合金加熱
電芯內部結構及四種內短路形式示意圖
在介紹這6種方法之前，有必要提前瞭解一下電芯的4種內短路形式。如上圖電芯結構示意圖我們不難發現，電芯結構主要包括①正極端子、②負極端子、③陰極、④陽極、⑤鋁、⑥銅、⑦隔膜組成，電芯的內短路形式主要有：a 陰極-陽極，b 陰極-銅，c鋁-陽極，d鋁-銅四種。模擬電芯內短路本質上就是通過不同的形式直接或間接觸發a、b、c或d四種內短路迴路，從而觀測電芯的表現情況，以判定其安全特性。
1/6、GB國標針刺測試
在國家標準GB/T31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》中對單體蓄電池（電芯）和蓄電池模塊（模組）的針刺試驗和要求進行了規定。然而，在即將正式發佈實施的強制性GB《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求》中，取消了所有模組級別的測試，同時在電芯級別取消了爭議比較大的針刺試驗，取消的理由是IEC等國際標準沒有發現針刺試驗，工信部發布的新能源汽車准入管理規定（39號令）中針刺為暫不執行項目，以及針刺試驗與實際失效模式不相符。事實上如何，老王也曾參與討論過，鑑於比較敏感，就不細說了！不過，雖然國標取消了，但是部分整車廠的內部企標還是有要求的。
（1）測試方法
電芯針刺測試步驟
模組針刺測試步驟
判定條件：不爆炸、不起火
（2）總結
國標針刺法是仍然是目前最常用的模擬電芯內短路測試方法，雖然基於各種原因即將發佈實施的強制性GB《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求》取消了針刺測試的要求，但是不代表對於電芯內短路的安全性要求可以降低。
2/6、UL Blunt Nail Crush Test(BNC) 鈍針測試
用鈍針將擠壓電芯，直到檢測到100 mV的電芯開路電壓（OCV）下降；同時記錄電芯OCV，溫度曲線和測試結果。
（1）BNC測試關鍵參數：
最大負荷：1.5 kN
針刺速度：0.1 mm/s
壓降條件：100 mV
（2）總結：
BNC測試方法的優點在於樣本準備工作量小，測試過程中樣本的變形量小。基本都能觸發電芯內短路，試驗可重複性高。缺點在於由於鈍針是從電芯外部開始擠壓，鈍針在電芯內部的位置很難精確控制，因此很難準確模擬四種電芯內短路的指定形式。很難控制電芯內短路的層數。
3/6、NASA round rod crush test圓杆衝擊測試
跟上面的UL BNC鈍針測試方法類似，都是通過使用鈍針或者圓杆從電芯外部擠壓。測試通過與否不取決於圓杆衝擊結果，取決於圓杆測試和震動測試的綜合測試結果。
（1）圓杆衝擊測試步驟：
a 待測電池應為100％SOC；樣本量取決於批量–每批至少要測試3個電芯；
b 在測試過程中監測電芯電壓和溫度；
c 用視頻記錄整個測試過程；
d 採用具有非導電尖端直徑為1/4或1/8英寸的圓形金屬桿/棒；
e 擠壓桿/棒杆應與電芯的長度方向垂直，並遠離電芯極耳端子；
f 擠壓速度約為19 psi/min
g 擠壓的形式應確保電芯只變形而不會被穿透；
h 擠壓截止條件為電芯出現500mV的壓降；
i 根據擠壓結果，還會開展相應的震動測試。
（2）總結
該方法由NASA-JSC制定並運用了近十年的時間，能基本區分電池內短路的耐受性能。
4/6、Incorporation of Particles and pressing電芯內置雜質後擠壓測試
該測試也叫 Forced internal short circuit test強制內短路測試，源自於日本JIS 8714。主要是通過在測試樣品電芯的製造過程中，在電芯卷繞的過程中植入Nickel Particle鎳顆粒，然後再對準備好測試樣本施加壓力，鎳顆粒在外力的作用下刺穿隔膜從而引發電芯內短路。
（1）關鍵測試參數：
電芯SOC：100%
擠壓設備：直徑為150mm的圓柱體
擠壓位置：擠壓電芯大面側至50%變形量，靜置5min後繼續擠壓到150kN。
（2）總結
該測試方法優點在於可以提前預設內短路點位置，可以模擬單層內短路失效情況。缺點在於測試樣本的製備比較困難，且存在一定的安全隱患，電芯的拆、裝都很困難；雖然可以模擬單層內短路失效情況，但是由於內置雜質狀態、擠壓過程等一些不可控因素，任然無法精確模擬電芯四種內短路的確切形式。
5/6、Incorporation of metals with low melting points 內置低熔點金屬後加熱
該方法是在電芯內部隔膜與陰極之間佈置低熔點金屬（Bi/Sn/In等，熔點~60℃），在測試過程中通過加熱電芯，低熔點金屬融化後引發電芯內短路。
（1）關鍵點：
金屬選擇：低熔點金屬且儘量減小對電芯電化學性能的影響；
內置金屬：通常情況下，將一塊1mm2的金屬箔（約200微米厚）固定在絕緣隔板上，並將其放置在陰極上，作為潛在的引起短路的缺陷；
（2）總結
該測試方法約有80%以上的概率可以出發電芯內短路。但是低熔點金屬與隔膜、電極的接觸面和接觸電阻控制困難；同樣，因為需要重新制備和於是內短路點，測試樣本製備比較困難，且存在一定的安全隱患。
6/6、SMA ISCr trigger method內置記憶合金加熱
Shape memory alloy(SMA)形狀記憶合金內短路測試方法是清華大學歐陽明高教授團隊研究提出的，通過在電芯內部植入SMA，運用形狀記憶合計SMA可以響應其溫度變化而改變結晶相，通過提前預設SMA在高溫狀態下的形狀，在低溫狀態下植入電芯內部；測試時加熱電芯，觸發SMA的預設形態，從而刺穿電芯隔膜，引發電芯內短路。
（1）關鍵測試點
SMA材料：鎳鈦合金（Ni-50.85%,Ti-49.10%,其他-0.05%）；
SMA觸發溫度：~70℃；
SMA面積：＜1 cm2(7.5 mm×7.5 mm),
SMA厚度：0.2 mm
（2）總結
據清華大學的研究成果介紹，該方法可有效觸發不同類型的電芯內短路，同時保持電芯的完整性。該方法能驗證電芯內短路的最劇烈情況，與傳統的針刺測試方法相比：試驗一致性和可重複性更高；對於模擬電芯最惡劣的內短路失效場景更為可靠。
後記：
隨著電芯安全性能的進一步研究和測試，如何最大限度的模擬電芯內短路的真實場景，以探究電動汽車電池熱擴散的安全防護設計，是目前電動汽車市場“火”熱現象的必經之路。在無法從電池電化學上根本性解決電池潛在熱失控風險的情況下，如何更好的從設計、開發、驗證、使用、管理等方面來加強電池安全防護，是所有電動汽車從業者需要好好思考的問題。
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