电芯短路测试配套防护工艺方案

电芯短路测试配套防护工艺方案1项目背景与方案目标我干电芯工艺研发和测试快十年了，前几年我们车间中试线做三元大电芯短路测试时出过一次安全事故：刚转正的小伙子嫌天热没穿防护外套，测试时电芯热失控喷溅的熔融物从设备观测缝窜出来，烫伤了他的胳膊，休养了半个多月才回来。那事儿之后我一直在想，我们做电芯短路测试，本来就是测电芯的安全性，怎么能把做测试的人置于危险之中？原来我们的防护都是零散的，只给设备加个简单防火罩，全流程没有配套的防护体系，漏洞很多。这套方案就是我们花了一年多时间，结合事故教训和上百次测试验证磨出来的，就是为了把短路测试全流程的风险兜住。1.1方案编制背景电芯短路测试不管是研发阶段的可靠性验证，还是量产阶段的出厂抽检，本质都是主动诱发电芯短路，观察电芯的热失控表现和安全设计有效性，这个测试本身就是把电芯放在最高风险的状态下。原来我们的防护体系只关注了设备本身的防火，没有从电芯装夹、测试过程到废电芯处置全流程配套防护，很多隐蔽的风险点都没覆盖到：比如装夹过程中提前触发短路、测试后余温电芯炸烫、多个电芯测试时连锁引燃等等，这些风险都随时可能伤到操作人员。我们做这套方案就是要补上这些漏洞，做一套全链条、分级配套的防护工艺，不是为了应付检查，是真的给一线操作人员挡风险。1.2方案核心目标这套方案一共四个核心目标，第一也是最重要的，就是百分百阻隔测试过程中可能出现的喷火、熔融物喷溅、有毒烟气泄漏，完全保护操作人员的人身安全，杜绝重伤事故，降低轻伤风险；第二是不能影响短路测试的结果准确性，我们选的所有防护材料和工艺，都不能干扰电芯温度采集、电压电流数据采集，保证测试结果有效；第三是兼顾操作效率，不能为了防护把流程搞的太复杂，原来测一个电芯十分钟，加了防护不能变成半小时，要平衡安全和效率；第四是兼容全品类电芯，从软包小电芯到方形磷酸铁锂大电芯，都能用这套防护，不用频繁更换防护套件，降低成本。2现有短路测试流程的风险点梳理在做这套方案之前，我们把短路测试从准备到收尾全流程走了不下十遍，把能想到的所有风险都列了出来，只有找全风险才能针对性做防护，这里我把梳理出来的风险点给大家理清楚。2.1测试前准备阶段的风险原来我们准备测试的时候，操作人员都是裸手拿电芯，直接装夹，这里其实藏了不少风险：一方面，待测电芯在转运过程中可能已经出现绝缘层破损、漏液，甚至本身已经有隐性短路，装夹过程中稍微用力挤压或者极耳碰在一起，就会提前触发短路，没有防护的话直接就伤到操作人员；另一方面，原来装夹的时候很多人为了快，不切断设备电源，接线的时候不小心正负极碰在一起，瞬间就会打火，根本反应不过来。这些都是准备阶段容易忽略的风险，原来我们没当回事，出了事故才发现这些小细节都是大隐患。2.2测试过程中的风险测试过程是风险最高的环节，原来的防护体系漏洞最多。短路测试触发热失控后，一般会出现冒烟、喷火、喷高温熔融物、泄漏有毒电解液烟气这几种情况，原来我们的设备只有一层普通玻璃做观测窗，没有防爆设计，一旦电芯爆炸，玻璃碎片会直接飞溅出来，熔融物也容易从缝隙窜出来；其次，原来一次测试多个电芯的时候，电芯之间没有隔挡，一个电芯热失控很容易引燃旁边的电芯，风险放大好几倍；还有原来的排烟系统设计不合理，烟气都往操作区飘，操作人员吸多了有毒电解液烟气，对身体伤害很大，这些都是过程中最常见的风险。2.3测试后收尾阶段的风险很多人觉得测试完了就没事了，其实收尾阶段的风险一点不比测试过程小。我们碰到过测试完电芯看起来没反应，其实内部已经短路，余温很高，操作人员直接拿手去拿，结果烫伤；还有的废电芯受到震动，拆夹的时候突然炸喷，完全防不胜防；原来我们废电芯随便扔在普通纸箱里，带余温的电芯扔进去，很容易引燃纸箱，甚至引发整个测试间起火；还有掉落在设备里的熔融残渣，直接用手扫很容易扎伤或者烫伤，这些收尾环节的风险原来基本都没覆盖，真的很容易出事。梳理完全部风险点之后，我们就针对性搭建了从硬件到流程再到人员的全链条配套防护体系，层层卡控风险，接下来我就说具体的工艺内容。3电芯短路测试配套防护工艺具体内容我们这套防护工艺采用分级防护的思路，从电芯个体往外，一层一层提升防护等级，同时配套全流程的操作规范和人员防护要求，把每个风险点都堵上。3.1三级硬件防护体系我们把硬件防护分成三个层级，从内到外分别是电芯个体防护、测试设备防护、测试区域防护，层层递进兜住风险。3.1.1电芯个体一级防护我们要求每一个待测电芯，不管规格大小，测试前都要先套个体防护套，我当时试了五六种材料，最后选了耐高温玄武岩纤维布，裁剪成不同尺寸的袋状，边缘留出极耳走线的开口，把电芯整个套进去，只露出极耳用来接线。你可别小看这个小袋子，第一，哪怕电芯在装夹过程中提前触发短路，这个袋子能挡住90%以上的喷溅，不会直接喷到操作人员身上；第二，玄武岩纤维本身不燃，能承受一千多度的高温，不会被引燃，而且不影响温度采集，我们测过，套上防护套之后，电芯表面温度采集误差不到1度，完全不影响测试结果的准确性；第三，这个袋子成本很低，一个才几块钱，不同尺寸提前裁好，拿出来就能套，一分钟都用不了，不会耽误太多时间，软包小电芯用小袋，方形大电芯用大袋，适配所有规格，真的好用。3.1.2测试设备二级防护在个体防护之外，我们对原有测试设备做了防护改造，首先把原来的普通观测玻璃换成了双层夹胶防爆玻璃，还在玻璃内侧加了一层可替换的耐高温石英防护片，每次测试完如果被喷脏了，直接换石英片就行，不用换整个玻璃，省钱又方便；其次，我们在测试腔体内部加了可拆卸的防火隔舱板，一次测试多个电芯的时候，每个电芯之间都插上隔舱板，一个电芯出问题，不会引燃旁边的电芯，把风险控制在单电芯范围内；然后我们在腔体底部加了抽拉式接料槽，槽里铺灭火岩棉，喷出来的熔融物掉进去直接降温熄灭，不会在腔体里乱滚引燃其他东西；最后我们把原来的排烟系统改成了下进风上抽风的结构，烟气一产生就直接被抽走过滤，不会漏到操作区，避免操作人员吸入有毒烟气，这点真的很重要，对操作人员的身体负责。3.1.3测试区域三级防护最后一级就是整个测试区域的整体防护，我们把短路测试区单独隔离开，和其他操作区保持至少五米的安全距离，入口装了联锁防火门，测试启动后防火门自动锁闭，无关人员进不去，操作人员也不需要待在测试区里面；我们在测试区和操作区之间加了一道固定式防爆防护墙，墙上留观测口，所有操作按钮都引到防护墙外面，操作人员站在防护墙外面操作，哪怕测试腔体发生爆炸，也炸不到操作人员；另外我们在测试区顶部装了联动的烟感报警和自动灭火喷淋，温度超标或者检测到烟雾就自动启动灭火，墙角还放了专用的防火沙箱，万一有漏出来的明火，直接用沙覆盖就能扑灭，整套区域防护下来，就算最坏的情况发生，也能把风险控制在隔离区里面，不会伤到外面的人。3.2全流程操作防护规范硬件防护到位了，流程不规范还是会出问题，所以我们配套了从准备到收尾全流程的操作规范，每个环节都卡死要求，不能图省事省步骤。3.2.1测试前准备阶段防护要求首先拿取待测电芯必须戴防割耐高温手套，不能裸手拿，一方面防止被锋利的极耳割伤，另一方面防止接触漏出的电解液；然后先检查电芯外观，有破损、漏液、鼓包的电芯直接放进专用废电芯防火桶，不能装机测试；接下来套好电芯个体防护套，再进行装夹，装夹过程必须断开设备电源，挂好断电警示牌，防止误合闸触发短路；装夹完成接好线后，必须再检查一遍正负极接线有没有错，有没有铜线裸露在外，确认没问题之后，操作人员退出到防护墙外面，才能合上电源启动测试，原来很多事故就是装夹不断电，图省事省步骤，现在这个要求是硬红线，谁都不能破。3.2.2测试过程中防护要求测试启动之后，任何人都不能进入测试隔离区，哪怕听到里面有异响、闻到烟味，也不能开门进去，第一时间按急停断电，然后等待至少三十分钟，让里面的反应完全结束，温度降下来之后，才能由两名操作人员一起进去排查，绝对不允许一个人单独进去处理突发情况；如果测试过程中出现冒烟或者小火，设备自动灭火会启动，外面的操作人员不要贸然进去，等自动灭火完成再进去处理；如果出现大规模喷火，直接按急停关闭腔体进气，等待自动喷淋和排烟系统处理，操作人员在安全区域等待就好，原来出过事故就是有人听到异响就冲进去，结果被二次喷溅伤到，所以这个要求真的是用血的教训换回来的。3.2.3测试后收尾阶段防护要求测试结束之后，首先断电，然后打开排烟系统抽十分钟，把腔体里的有毒烟气排干净之后再开门；拆电芯的时候还是要戴耐高温手套和护目镜，先接触电芯外壳感受温度，确认温度降下来之后再拿取，哪怕电芯看起来没有任何反应，也要放到专门的余温冷却区放半小时再做后续处理；所有测试后的废电芯，不管有没有发生热失控，都要放进专用的防爆废电芯桶，桶里铺防火岩棉，绝对不能随便扔在普通纸箱或者塑料筐里；掉落在腔体里的熔融残渣，要用专用的镊子夹出来，不能直接用手清扫；每天下班之前，必须把当天产生的所有废电芯转到专门的危废存放区，不能留在测试间过夜，之前我们就有一次忘了转废电芯，晚上废电芯缓慢反应冒烟，幸好烟感报警及时，不然后果不堪设想。3.3人员防护与应急培训硬件和流程都到位了，最终还是要人来操作，所以人员的防护和培训必须跟上，这也是最关键的一环。3.3.1日常个人防护要求只要进入测试区操作，必须穿纯棉阻燃工作服，戴耐高温防割手套，戴护目镜，穿防砸安全鞋，绝对不允许穿短袖、短裤、化纤衣服进入测试区，化纤衣服一烧就粘在皮肤上，伤害特别大；之前出事的小伙子就是嫌天热脱了阻燃外套穿短袖，才会被烫伤，所以这个要求是硬性规定，违规直接停岗整改，我知道天热穿长袖不舒服，但是和安全比起来，这点不方便真的不算什么。3.3.2定期应急培训与演练我们要求每个月做一次应急演练，内容包括喷溅逃生、火灾处置、灭火器使用、自动喷淋触发后的处置流程，每个季度做一次全流程操作考核，新员工必须完成四十小时的培训，考核合格之后才能跟着老员工学习，独立操作必须满一个月带教之后才能批准，绝对不允许新人上来就自己操作；我每次培训都会把之前的事故案例拿出来说，不是揭人短处，就是要让大家知道，这些要求不是为了管大家，是为了保护大家，每一条要求背后都是实际的教训，不能不当回事。4方案落地验证与总结这套方案做完之后，我们先在中试线试行了大半年，前后测了两千多个不同规格的电芯，过程中一共出现了十七次热失控喷溅，都没有造成任何人员受伤，也没有发生连锁起火事故，测试数据的误差控制在2%以内，完全符合测试标准的要求，操作效率只下降了不到8%，完全在可接受范围内。试运行之后我们也一直根据一线操作人员的反馈持续优化，比如一开始大电芯的防护套开口太小不好套，我们就改成带魔术贴的开口，一粘就好，方便了很多；接料槽原来不好清理，我们就