征求意见《电力储能用锂离子电池系统热失控蔓延》

T/CAEEXXX-20263电力储能用锂离子电池系统热失控蔓延测试方法本文件规定了电力储能用锂离子电池系统（以下简称“电池系统”）热失控蔓延测试方法的测试条件、测试流程、结果判定等内容。本文件适用于源网荷储一体化、备用电源、电网侧储能等场景中额定电压≥200V、额定容量≥100Ah的电力储能用锂离子电池系统。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T36276-2023电力储能用锂离子电池GB/T38940-2020硅组件用精密封接合金UL9540A:2022储能系统热失控火灾测试标准3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。热失控thermalrunaway锂离子电池内部发生剧烈放热反应，导致电池温度急剧升高、电压快速下降，并伴随气体释放、冒烟、起火甚至爆炸等现象的失控过程。3.2热失控蔓延thermalrunawaypropagation电池系统中单个或部分电池模块发生热失控后，通过热传导、热辐射、火焰传播等方式，导致热失控现象在系统内其他电池模块扩散的过程。3.3荷电状态stateofcharge电池当前所存储的电量占其额定容量的百分比。3.4老化程度agingdegreeT/CAEEXXX-20264电池系统经过一定循环次数充放电或存储后，其容量、循环寿命等性能参数相对于初始状态的衰减程度。3.5热失控蔓延时间thermalrunawaypropagationtime从电池系统中目标模块被成功触发热失控开始，到相邻模块出现热失控特征的时间间隔。3.6峰值温度peaktemperature测试过程中电池系统监测点记录到的最高温度值。4总则4.1测试基本原则测试原理、方法及指标设定应符合锂离子电池热失控蔓延的物理化学规律，确保测试结果客观反映电池系统的安全性能。4.1.2可重复性测试条件、设备参数、操作流程等应明确统一，确保不同测试机构、不同时间开展的测试结果具有可比性和可验证性。4.1.3安全性测试过程应配备完善的安全防护设施和应急处置方案，避免测试引发的安全事故对人员、设备及环境造成危害。4.1.4实用性测试方法应兼顾技术先进性和工程可操作性，满足企业产品研发、质量管控、市场准入及安全监管、工程验收等实际需求。4.2测试目的通过模拟电池系统实际运行场景下的热失控触发及蔓延过程，评估电池系统的热失控蔓延抑制能力，为电池系统的安全设计优化、产品质量判定、安全监管提供技术依据。5测试条件5.1环境条件T/CAEEXXX-20265测试场地应通风良好，无易燃易爆气体、粉尘等干扰因素，远离人员密集区域及重要设施。测试环境温度应控制在23℃±5℃。测试环境相对湿度应控制在45%~75%。测试环境大气压力应在86kPa~106kPa之间。5.2样品状态要求如下：a)样品应符合产品设计文件要求，未经任何改装或损伤，外观无变形、裂纹、漏液等缺陷；b)按制造商规定的充电方法将样品充满电，静置24h后进行测试，确保电池处于稳定状态；c)电池模块及电池簇测试时，应按实际应用场景组装，包括冷却系统、电池管理系统（BMS）、连接线缆等完整组件，电池管理系统（BMS）设置为正常工作模式。d)尽可能少地对测试样品进行改动，制造商需提交所做改动的清单。5.3测试系统5.3.1试验布局要求如下：a)电池系统应按照实际工程应用的安装方式进行布置，包括固定方式、间距、散热结构、连接方式等，应与实际应用场景一致；b)若电池系统为集装箱式，应完整模拟集装箱内的消防设施布置、通风系统状态等；若为柜式系统，应按照实际安装的堆叠方式、间距要求进行布置；c)选取预制舱式储能系统中1个电池簇，按照电池簇在电池阵列中的布置方式放置于预制舱式储能系统的空舱体中部位置；d)选取电池簇中心位置的电池模块作为触发模块，选取触发模块中心位置的电池单体或最小并联单元作为热失控触发对象；e)选取与电池簇内结构相同的电池模块作为监测模块，布置于触发电池模块周围，其布置方式与电池阵列中布置方式一致；f)试验过程中保留预制舱式储能系统中的电池模块与电池簇级隔防护装置；g)测试场地的安装区域应预留足够的安全距离，至少为电池系统最大尺寸的1.5倍，且不小于5m。5.3.2传感器布局传感器布置应满足以下要求：T/CAEEXXX-20266a)触发电池模块内温度传感器布置在触发对象以及与触发对象相邻的电池正负极柱所在表面且与正负极柱等距的位置；b)监测电池模块内温度传感器布置在与触发对象距离最近的电池正负极柱所在表面且与正负极柱等距的位置。5.3.3系统状态5.3.3.1外观及性能测试前应对电池系统进行外观检查，无变形、破损、漏液等缺陷；按照产品技术说明书进行电气性能检测，确保其处于正常工作状态。5.3.3.2能量状态能量状态应满足以下要求：a)利用充放电装置以电池簇额定充放电功率进行充放电，调整电池簇的能量状态为额定充电能量的50%；b)利用充放电装置以触发对象额定充放电功率进行充放电，调整触发对象的能量状态为额定充电能量的95%；c)利用充放电装置以电池模块额定充放电功率进行充放电，调整监测电池模块的能量状态为额定充电能量的100%。5.3.3.3老化程度根据测试需求选择新电池系统（初始状态，容量衰减率≤5%）或老化后电池系统（容量衰减率≥20%，老化方式通过充放电循环实现，循环制度按照GB/T38940-2020规定执行）。6测试流程要求如下：a)按照本标准第5章的要求准备测试环境、电池系统及安装布局，对所有测试设备进行调试和校准，确保设备运行正常、数据准确；b)常规型式试验时，同一型号电池系统的电池簇样品数量不应少于3个电池簇，当试验结果出现明显离散或存在争议时，应增加不少于2个电池簇进行复测，所有电池簇样品应来源一致、配置一致，并具有完整可追溯的产品信息记录；c)连接电池簇与充放电装置，连接电池管理系统与充放电装置，屏蔽电池管理系统对触发对象的电压报警和保护功能，屏蔽电池管理系统的温度报警和保护功能；d)对电池系统进行100%SOC充电，充电完成后静置24h，期间记录环境温度、湿度、气压及电池系统的开路电压；7e)检查所有监测设备的布置情况，确保温度传感器、气体传感器、压力传感器等安装牢固、接触良好，视频监控设备角度合适、无遮挡；f)制定应急处置方案，明确测试过程中可能出现的安全风险及应对措施，测试人员熟悉应急流程及个人防护装备的使用方法。6.2触发操作应优先采用加热触发方式，若有特殊测试需求，应根据测试目的及电池系统的应用场景，协商选择一种或多种触发操作进行测试。6.2.1加热触发将加热设备紧贴目标电池模块的核心区域，设定加热温度为电池系统厂商规定的热失控触发温度+50℃（若未规定，默认设定为200℃),持续加热直至目标模块出现热失控特征。6.2.2过充触发将过充设备与目标电池模块连接，设定充电电压为电池系统额定电压的1.3倍，充电电流为1C，持续充电直至目标模块出现热失控特征。6.2.3短路触发将短路设备连接至目标电池模块的正负极输出端，启动触发装置，实现模块短路，观察并记录目标模块的热失控响应。6.3判定标准是否发生热失控扩散应按下列条件判定：a)连续监测到3个温升速率值均≥3℃/s或起火或爆炸为发生热失控的判定条件；b)当触发电池模块内最高温度达到300℃或试验时间达到4小时或任一电池单体达到发生热失控的判定条件时，判定为模组发生热失控扩散；触发过程及结束后1h内，如发生起火、爆炸，试验终止并判定模组发生热失控扩散。6.4过程监测要求如下：a)触发开始后，启动所有监测设备及数据采集系统，连续记录温度、气体浓度、压力等参数及视频影像，直至测试终止；b)测试过程中，测试人员应在安全隔离区域外实时观察测试情况，若出现超出预期的安全风险（如火势失控、气体浓度严重超标等），应立即启动应急处置方案；c)记录热失控蔓延过程中的关键时间节点，包括触发成功时间、相邻模块热失控触发时间、火焰熄灭时间等。6.5测试终止6.5.1正常终止T/CAEEXXX-20268满足下列任一条件时，可终止测试：a)电池系统热失控蔓延停止，且所有监测点的温度连续30min下降，最高温度降至环境温度+50℃以下；b)电池系统热失控已蔓延至所有可蔓延模块，且无新的模块发生热失控，持续观察30min后；c)测试时间超过24h，且无新的热失控蔓延现象发生。测试终止后，继续保持通风系统运行，直至有毒有害气体浓度降至安全标准以下，再进行测试场地的清理及设备回收。6.5.2异常终止测试过程中出现重大安全隐患，无法继续进行测试，经测试负责人批准后可紧急终止。测试终止后，继续保持通风系统运行，直至有毒有害气体浓度降至安全标准以下，再进行测试场地的清理及设备回收。7结果判定7.1数据记录要求如下，具体测试记录数据样式可参考附录1：a)记录热失控蔓延时间，若相邻模块未发生热失控，蔓延时间记录为“>测试持续时b)统计发生热失控的电池模块数量占系统总模块数量的比例，明确蔓延的方向及区域；c)记录所有温度监测点的峰值温度，包括目标模块、相邻模块及环境中的最高温度值；d)记录各有毒有害气体的浓度峰值及测试全过程的累计释放量（通过气体浓度、测试空间体积及通风量计算）；e)根据测试需求，可额外记录热失控过程中的压力峰值、火焰持续时间、烟雾浓度等指标。7.2热失控蔓延等级划分表1热失控蔓延等级表T/CAEEXXX-202697.3判定规则根据热失控蔓延等级表，判定规则要求如下：a)电池单体测试：3个样品均达到1级或2级为合格；2