上文提到,国家标准计划《隔热片抗热冲击性能的测定》中的抗热冲击性能,是指在动力电池单体热失控情况,导致隔热片在压力变化条件下单侧快速升温过程中的隔热性能(详见链接:我国首个动力电池用隔热片评价方法国家标准系列介绍(一):国家标准立项背景)。隔热片由于材质的不同,其抗热冲击性能差异巨大。评价该性能最直接的方法,就是根据正在批准的新版强制性国标《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,针对动力电池采用针刺、外部直接加热、在电池单体内部布置加热片3种触发电池单体热失控的试验。但该方法代价昂贵,且对实验室要求高,不适用于隔热片日常质量控制、交付验收及研发需求。
所以我们希望制定一种科学合理、重复性再现性好、测试过程快速且价格低廉的测试方法,帮助产业链上下游统一方法、方便交流、降低成本。
国家标准草案目前规定测试设备采用电加热的方式实现稳定的热面温度,将隔热片放置在冷热板之间并施加一定压力,通过测量冷板温度变化趋势,评价隔热片的性能。即隔热片抗热冲击性能越佳,冷板温度变化越慢;反之,则冷板温度变化越快。这种方法原理简单且操作方便,但如果要实现测试方法的标准化,还需要对技术路线进行确定及具体设备、步骤等进行规范。
编制组对目前产业链上下游企业对隔热片抗热冲击性能的方法进行了摸底调研,发现各企业均有各自的企业标准,以及大量团体标准已发布或在制定过程中,例如T/CSTM 00193—2020《锂离子动力电池用气凝胶隔热片》等。
从压力施加和加热方式进行区分,目前国内测试评价方法主要分为以下三种:
1、压紧后加热法。将隔热片安装在冷热板之间,压缩至一定厚度后,热板开始加热,达到目标温度后维持温度并开始计时,记录冷板温度变化曲线。该方法优点:设备较为简单易实现;缺点:升温速度较慢,无法模拟实际升温过程。
2、冷板下压法。设备热板在下,冷板与压力装置在上,热板加热至目标温度后维持温度,此时将隔热片放置在热板上,操作设备使冷板下压至隔热片,施加一定的压力后开始测试,记录冷板温度变化曲线。该方法优点:隔热片热面升温速度快,施加压力可调;缺点:样品放置后压板下压过程中耗时不确定,与实际工况有差异,且过程中人工操作对结果有影响。
3、冷板上压法。热板放置在上方,冷板与压力装置在下,热板加热至目标温度后维持温度,冷板将隔热片直接上压至热板,压力达到后开始测试,记录冷板温度变化曲线。该方法优点:升温与压力传递过程快,与实际热失控条件接近,且人工操作影响小,重复性好;缺点是设备较为复杂,冷板热容量等不确定因素会影响测量结果。
根据隔热片的实际使用工况综合考虑,编制组采用了冷板上压法编制了国家标准草案。
除了压力施加和加热方式,还有其他参数对结果有较大的影响,需要在标准制定过程中明确,例如:冷热板的热容量,传热隔断的设计,接触后热板的温度控制方式、热电偶在冷热板的铺设方式等。
对测试结果的表征也需要进一步研究。GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中规定热扩散条件下逃生时间为5min,所以在申报草案中,隔热片抗热冲击性能的结果以试验开始后冷板温度达到目标温度的时间来表征,与逃生时间相关联。
但GB 38031《电动汽车用动力蓄电池安全要求》已修订并已在批准过程中,新标准要求当动力电池在一定条件下发生热扩散后不起火、不爆炸。
所以本次国家标准《隔热片抗热冲击性能的测定》的制定应与新版强标协调一致。编制组考虑模拟动力电池热扩散实际工况,控制热板温度在试验过程中变化降低,这样冷板温度将在试验过程有一个最高点。隔热片抗热冲击性能将以冷板最高温度来表征,与单元电池的热失控安全温度相关联。
综上所述,国家标准《隔热片抗热冲击性能的测定》目前技术路线已经明确,具体技术内容将在标准工作会议上进行讨论确定,不足之处希望行业各界专家予以批评指正。目前编制组也正在和国内权威的科研院所、材料制造商以及设备制造商合作,确定相关指标参数。欢迎领域内各相关单位加入工作组,参与标准的制定工作。