電池包熱失控、熱擴(kuò)散可靠性測試與GB 38031-2020標(biāo)準(zhǔn)解讀

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動(dòng)力電池作為核心能量供給部件，其安全性能直接關(guān)系到駕乘人員生命財(cái)產(chǎn)安全、產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展及公共安全。電池包熱失控及由此引發(fā)的熱擴(kuò)散，是動(dòng)力電池安全領(lǐng)域最核心的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)之一，而熱擴(kuò)散可靠性測試則是防范該風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵手段，GB 38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》作為我國動(dòng)力電池安全領(lǐng)域的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)范了熱擴(kuò)散可靠性測試的全流程要求，為動(dòng)力電池安全筑牢法定底線，也為行業(yè)發(fā)展劃定清晰準(zhǔn)則。

一、電池包熱失控：動(dòng)力電池安全的核心風(fēng)險(xiǎn)源

電池包熱失控，本質(zhì)上是動(dòng)力電池單體在特定誘因下，發(fā)生不可逆的鏈?zhǔn)椒艧岱磻?yīng)，進(jìn)而引發(fā)熱量持續(xù)積聚、溫度急劇升高的失控過程，其具有“自供氧、自供燃料、自加熱”的閉環(huán)特性，一旦觸發(fā)便難以輕易中斷。這種現(xiàn)象的發(fā)生，源于多種可預(yù)見的場景，包括電池單體過充、過放、外部短路、機(jī)械碰撞、針刺、高溫環(huán)境暴露，或是制造過程中的細(xì)微缺陷、長期使用后的老化衰減等，這些誘因均可能打破電池內(nèi)部的熱平衡，觸發(fā)熱失控。

熱失控的危害具有極強(qiáng)的破壞性和蔓延性。單個(gè)電芯發(fā)生熱失控后，會(huì)快速釋放大量熱量和可燃?xì)怏w，溫度瞬間可突破數(shù)百攝氏度，失控電芯噴射的高溫可燃?xì)怏w，會(huì)快速引燃相鄰電芯，形成連鎖反應(yīng)。若未得到有效遏制，熱失控會(huì)迅速蔓延至整個(gè)電池包，引發(fā)起火、爆炸，同時(shí)釋放出氟化氫、一氧化碳等有毒有害氣體，不僅會(huì)損毀車輛，還會(huì)對(duì)駕乘人員、周邊環(huán)境及公共安全造成嚴(yán)重威脅，甚至引發(fā)二次火災(zāi)。消防部門相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，約32%的新能源汽車火災(zāi)在被撲滅后，會(huì)因電池內(nèi)部余熱未散再次復(fù)燃，核心原因就是熱失控未徹底終止。

防范電池包熱失控，核心在于雙重防控：一是遏制熱失控本身的發(fā)生，二是在熱失控發(fā)生初期，有效阻止熱量擴(kuò)散、切斷連鎖反應(yīng)，而熱擴(kuò)散可靠性測試，正是驗(yàn)證電池包這一防控能力的核心技術(shù)手段，也是銜接熱失控風(fēng)險(xiǎn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的關(guān)鍵紐帶。

二、熱擴(kuò)散可靠性測試：防范熱失控的關(guān)鍵驗(yàn)證手段

電池包熱擴(kuò)散可靠性測試，核心是通過模擬電池包內(nèi)單個(gè)電芯發(fā)生熱失控的真實(shí)場景，系統(tǒng)監(jiān)測熱量傳遞過程、電池包防護(hù)表現(xiàn)及各項(xiàng)安全指標(biāo)，以此驗(yàn)證電池包抵御熱擴(kuò)散、降低熱失控危害的能力。其核心目的，是檢驗(yàn)電池包熱管理系統(tǒng)、隔熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)防護(hù)及安全預(yù)警機(jī)制的有效性，為駕乘人員爭取足夠逃生時(shí)間，減少惡性事故發(fā)生概率。

熱擴(kuò)散可靠性測試的核心邏輯是“模擬誘因、監(jiān)測過程、驗(yàn)證防護(hù)”，測試流程需科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，且與實(shí)際應(yīng)用場景高度貼合，才能為標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性判定提供可靠依據(jù)，主要分為三個(gè)核心階段：一是測試準(zhǔn)備，選取符合實(shí)際規(guī)格的電池包樣品，布置溫度、氣體、壓力等監(jiān)測設(shè)備，部分測試需將電池包充至規(guī)定SOC并靜置，確保測試條件貼合實(shí)際；二是熱失控觸發(fā)，通過針刺、加熱或過充等方式人為觸發(fā)單個(gè)電芯失控，避免提前引發(fā)整體熱擴(kuò)散，測試需在密閉艙內(nèi)進(jìn)行，模擬車輛實(shí)際封閉環(huán)境；三是過程監(jiān)測與初步判定，持續(xù)監(jiān)測熱量擴(kuò)散速度、溫度峰值、外殼完整性、氣體釋放及預(yù)警響應(yīng)情況，初步判斷電池包防護(hù)能力是否達(dá)標(biāo)。

需要明確的是，熱擴(kuò)散可靠性測試并非“破壞性測試”的簡單疊加，而是對(duì)電池包安全設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性驗(yàn)證，是衡量電池包安全性能的核心指標(biāo)之一，也是動(dòng)力電池產(chǎn)品符合GB 38031-2020要求、走向市場的必經(jīng)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。

三、GB 38031-2020：熱擴(kuò)散可靠性測試的法定依據(jù)與核心規(guī)范

為規(guī)范動(dòng)力電池安全性能，防范熱失控及熱擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，我國于2020年5月正式發(fā)布GB 38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》。該標(biāo)準(zhǔn)作為動(dòng)力電池安全領(lǐng)域的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，自實(shí)施以來，在規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量、引導(dǎo)技術(shù)提升、保障公共安全等方面發(fā)揮了核心作用，其中對(duì)熱擴(kuò)散可靠性測試的明確要求，為行業(yè)提供了法定依據(jù)和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確保測試結(jié)果的可比性和權(quán)威性。

該標(biāo)準(zhǔn)由全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)牽頭研制，涵蓋整車企業(yè)、動(dòng)力電池企業(yè)、檢測機(jī)構(gòu)及科研院所，結(jié)合國內(nèi)外安全事故經(jīng)驗(yàn)和大量實(shí)測驗(yàn)證，歷時(shí)四年完成，與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)全面接軌，確保了科學(xué)性和適用性。其針對(duì)熱擴(kuò)散可靠性測試，明確了“測試要求、測試方法、判定準(zhǔn)則”三大核心內(nèi)容，核心規(guī)范要點(diǎn)如下：

一是明確測試適用范圍。標(biāo)準(zhǔn)適用于電動(dòng)汽車用鋰離子電池、鎳氫電池等的電池包及系統(tǒng)，涵蓋各類新能源乘用車、商用車動(dòng)力電池包，明確要求所有動(dòng)力電池包需通過熱擴(kuò)散可靠性測試，方可出廠流通，未通過測試的產(chǎn)品嚴(yán)禁生產(chǎn)、銷售和使用，從源頭保障安全，且不傾向任何特定技術(shù)路線。

二是規(guī)范測試核心要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測試需模擬單個(gè)電芯熱失控場景，電池包需具備有效熱擴(kuò)散防護(hù)能力，且需在熱失控發(fā)生后、起火爆炸前提前5分鐘發(fā)出安全預(yù)警信號(hào)，預(yù)警需通過CAN信號(hào)或整車儀表有效傳遞；同時(shí)要求電池包外殼不得嚴(yán)重破損，避免有毒有害氣體大量泄漏。

三是統(tǒng)一測試方法細(xì)節(jié)。明確測試環(huán)境、樣品狀態(tài)、熱失控觸發(fā)方式及參數(shù)、監(jiān)測設(shè)備布置、數(shù)據(jù)記錄等具體要求，規(guī)定測試需在密閉艙內(nèi)進(jìn)行，為不同企業(yè)提供統(tǒng)一操作規(guī)范，避免測試方法差異導(dǎo)致結(jié)果偏差，保障測試準(zhǔn)確性和可比性。

四是明確結(jié)果判定準(zhǔn)則。若電池包能有效阻止熱擴(kuò)散、未起火爆炸、及時(shí)發(fā)出預(yù)警且數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)，則判定為合格；若出現(xiàn)熱擴(kuò)散蔓延、起火爆炸、未及時(shí)預(yù)警、外殼嚴(yán)重破損等情況，則判定為不合格，企業(yè)需整改后重新測試。

四、標(biāo)準(zhǔn)踐行與行業(yè)意義：筑牢動(dòng)力電池安全底線

GB 38031-2020的實(shí)施，不僅為行業(yè)提供了統(tǒng)一技術(shù)準(zhǔn)則和法定依據(jù)，更推動(dòng)了動(dòng)力電池行業(yè)技術(shù)升級(jí)和質(zhì)量提升。在標(biāo)準(zhǔn)約束引導(dǎo)下，相關(guān)企業(yè)加大熱管理、隔熱防護(hù)、安全預(yù)警等技術(shù)研發(fā)投入，通過采用氣凝膠等高效隔熱材料、優(yōu)化液冷熱管理系統(tǒng)等方式，提升電池包熱擴(kuò)散防護(hù)能力，逐步化解安全隱患。

從行業(yè)發(fā)展來看，該標(biāo)準(zhǔn)搭建了“熱失控風(fēng)險(xiǎn)—熱擴(kuò)散測試—合規(guī)判定”的完整體系，明確了動(dòng)力電池安全底線，避免了行業(yè)質(zhì)量參差不齊，為消費(fèi)者提供了隱性保障，同時(shí)推動(dòng)熱失控監(jiān)測、阻斷技術(shù)快速發(fā)展，助力行業(yè)向更安全、更可靠、更規(guī)范的方向升級(jí)。需強(qiáng)調(diào)的是，任何企業(yè)技術(shù)實(shí)踐都需以符合標(biāo)準(zhǔn)為前提，不存在超越標(biāo)準(zhǔn)的“特殊安全等級(jí)”，共同遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，才能推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。