1 本项目的主要研究内容
本项目主要开展以下四方面的研究 ，最终得出锂离子电池火灾危险性评价的方法及标准的测试手段。
（1）电动汽车动力电池火灾触发方法与平台研究
（2）电动汽车动力电池火灾危险性测试方法研究
（3）电动汽车动力电池火灾危害评价方法研究
（4）电动汽车动力电池火灾风险评估与测试标准
2 动力电池火灾危险性测试方法与致灾后果研究
2.1 动力电池热失控触发方式研究
本项目制定了程序升温控制的电池热失控触发方法 ，电池首先在25±5℃的条件下以5±1℃的速率加热至150℃ ，恒温保持10min ，再以5±1℃的速率加热至160℃ ，再恒温保持10min，如此周而复始直到电池发生热失控。
图2.1 本项目选定的热失控触发方法
2.2 动力电池火灾危险性特征参数采集方法研究
本为采用耗氧法进行动力电池火灾危险性测试，可获取锂电池火灾过程中的热释放速率、总热释放量，烟气生长速率 、总烟气量等火灾特征参数 。
2.3 动力电池火灾特性研究
2.3.1 LFP电池单体的热失控特征
采用加热的方式触发电芯热失控 ，电芯3min后达到了150℃，加热约39min后，加热面温度达到约250℃，此时电芯防爆阀打开 ，电芯电压产生明显波动，电池开始从防爆阀处冒出少量烟气，电池防爆阀开启约8min后，电池发生热失控，冒出大量白烟 ，此时关闭加热板，电池加热面温度上升至600℃，背面温度升高至约330℃，然后下降至约280℃，再升至315℃，这是由于电池电芯内部也存在着热失控传递的现象 ，发生了两次半失控现象，热失控内传递时间约为1.5min。热失控约40s后 ，电池产烟量减弱，约3min后，停止冒烟 。
表2.1 LFP电池热失控进程表
序号 | 时间 | 实验现象 |
0 | 0 | 开启数据记录仪与视频监控，开始加热。 |
1 | 39min22s | 电池防爆阀开启 ，开阀温度为250℃，电压有20mV的轻微波动 。 |
2 | 46min53s | 少量烟气，温度和电压未发生显著变化。 |
3 | 47min53s | 电池发生热失控，关闭加热板，大量冒烟，热失控温度为280℃，热失控最高温度为600℃，电压降为0v 。 |
4 | 48min31s | 烟气量减弱。 |
5 | 50min34s | 停止冒烟 。 |
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图2 .2 LFP电池热失控温度与电压变化曲线 | 图2.3 LFP电池热失控典型状态图 |
2.3.2 LFP电池模组的热失控特征
采用加热的方式触发电芯热失控 ，通过对模组内部温度的监测，当电芯加热面温度达到285℃时，发生了热失控，此时停止加热，但由于电芯未完全失控 ，模组电压并未出现显著变化 ，约7min后，电芯完全热失控。 触发电芯完全热失控约15min后，相邻电芯发生热失控，电池模组在热失控扩展中出现明火。
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图2.4 电池模组热失控的温度与电压变化 | 图2.5电池模组燃烧实物图照片 |
通过对实验现象、数据及测试后样品的分析，并查阅相关文献综合分析可知，磷酸铁电池模组着火的点火能来自外部电压采样线短路产生的电火花 。
锂离子电池火灾为非稳定燃烧，HRR随时间呈间歇性变化，当火焰从一个单体传递到另一个单体时，HRR迅速上升，而后因可燃物浓度下降导致HRR下降，直到电池再发生扩展，如此周而复始，直到电池模组全部参与燃烧。电池模组刚起火时 ，由于仅有1—2个电芯参与燃烧，热HRR较低，大约为30kW，随着更多的电池单体参与燃烧，HRR逐渐增大 ，且热失控扩展速度越来越快 ，最大HRR约为260kW，THR约为280MJ。
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图2.6 电池模组HRR与THR变化 | 图2.7 电池模组热失控SPR与TSP变化 |
当电池发生热失控扩展时，会有大量烟气冒出 ，SPR与热HRR的曲线趋势一致 ，电池着火前的最大SPR约为0.6㎡/s，着火后的最大SPR约为1.4㎡/s，电动汽车产品开发时应采取有效措施防止热失控烟气蔓延至乘员舱从而造成人员危害。
3 动力电池火灾危险性评价方法研究
3.1 评价步骤
（1）确定火灾触发对象：火灾触发电池单体热失控产生的热量应非常容易传递至相邻单体蓄电池，例如，选择蓄电池包内最靠近中心位置的单体蓄电池，或者被其它单体蓄电池包围且很难产生热辐射的单体蓄电池。
（2）在触发锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶（T1、T2）,背面中心布置1个热电偶（T3） ，将电池及等加热面尺寸的导热石墨 、加热板/膜紧密固定；若试验对象为电池单体 ，则通过夹具用2 N·m或厂商规定的的扭力挤压固定；
（3）将锂离子电池放置于升降平台上，通过调节升降平台的高度，使得电池热失控后的烟气、火焰能被量热仪集烟罩完全覆盖 ；
（4）采用基于锂离子电池加热面实时温度（T1）反馈的程序升温模式触发电池热失控，温度控制器通过实时监测反馈温度，以确保电池加热面温度按设定程序上升，直至发生热失控 ，关闭加热器，温度控制器的控温误差不大于2℃；
（5）锂离子电池热失控加热程序为：电池以5±1℃的速率加热至120℃ ，恒温保持10min，再以5±1℃的速率加热至130℃，恒温保持10min，如此周而复始直到电池发生热失控，温升台阶为10℃；
（6）锂离子电池的热失控温度T0判定方法为 ：若电池在恒温过程中发生热失控，则热失控温度为恒温温度减5℃ ，若电池在升温阶段发生热失控，则热失控时加热面温度即为热失控温度 ；
（7）锂离子电池发生热失控的判定条件为 ：（a）电池电压下降超过初始电压的25%，（b）电池加热面温度T2上升速率-电池加热速率≥1℃/min，且超过3s ；当（a）和（b）同时满足时判定发生热失控；
（8）采用基于耗氧原理的量热仪测量锂离子电池火灾的热释放速率 ，获取最大热释放速率Qpeak ，视情可增加外部点火源辅助点火 。
3.2 动力电池火灾危险性分级研究
根据电池的热失控温度T0和最大热释放速率Qmax ，基于风险矩阵 ，获得锂离子电池火灾危险性等级，并将电池火灾危险性等级分为极度危险（I）、严重危险（II）、中度危险（III）和轻度危险（IV），如图3.2所示。
图3.2 锂离子电池火灾危险性分级矩阵
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