工程师说 | 一言不合就暴力测试 民间的那点实验能力靠谱吗？

汽车行业里，针对每一个产品和技术上的细节，都会有全球或者国家层面的标准作为参考。通常要检验一个产品是否合格，也会经过专业机构的鉴定。而近些年，有一些民间的测试机构也开始进行测试，如针对威马电池包的安全性，就有测试机构通过六种手段进行了暴力测试。

这样的测试是否合乎标准？测试的结果能否真实反映产品的性能指标？

今天的文章里，主要研究新能源汽车动力系统的工程师姚昌晟就会和大家聊聊：

“民间所进行的电池包暴力测试靠谱么？”

文 | 姚昌晟

在Youtube上也有形形色色国外的“民间电池测试”。

我在这里，就借这个“民间测试”，从技术角度说一说视频中涉及这几项电池测试的通过难易程度，以及背后的原因。

「图1 锂离子电池包结构示意图」

车载锂离子电池，实际是由方形/圆柱/软包三类电芯组成的模组所封装成的电池包。

在实际的电池包测试中，各项试验模拟了车辆在运行中可能遭遇的极端工况，考察了电芯、模组、电池包各个结构层级的性能表现，而安全性是试验测试的核心性能。

热失控的三类诱因，分别是机械电气诱因、电化学诱因和热诱因。

而在电池测试中，一个不合格的电池包则可能因为三种原因发生热失控，进而着火导致测试失败。

图1中这样的一个封包，无论是国标测试包含的火烧、跌落、海水浸泡；

还是没有包括的枪击，这五项实际上对电芯-模组-电池包三层结构都有所考验。

如果从易到难给这五项测试排序，顺序应该为：枪击 – 火烧 – 跌落 – 盐水浸泡 – 挤压。

首先枪击最容易通过

这恐怕让知友们有些意外。

枪击——首先考察的是电池包，如果让一颗子弹直接击中电池单体，电池是几乎无法幸免于热失控的发生（属机械电气诱因）。

但好在有电池包壳体的保护，电池包壳体不仅包括电气连接、防水设计，通常还包括一块布置在车底的钢板，电池包钢板的厚度保障了它的防弹作用。

子弹仅在电池包表面留下痕迹而没有击穿，对电池没有构成任何威胁。

换言之，只要加上防弹的厚钢板，枪击难以对电池造成威胁。

「图2 枪击后的痕迹」

而假如没有这层钢板保护，就又是另一回事了。

如图3是清华大学研究中直接射击没有钢板保护的枪击实验结果，图中弹孔清晰可见，子弹一连击穿了多个电芯，导致电芯着火。而该电池包整体却并未燃烧。

「图3 清华大学进行枪击实验电池包实物图」

这是因为在各个电芯之间，研究者们设计了电芯隔热方案，将热扩散控制在了受损的电芯范围内。

从易到难排在第二个的是火烧试验

尽管热诱因是电池热失控的三大诱因之一，电芯单体在200度左右就将发生热失控。

但国标及视频的火烧试验中，尽管电池包表面温度已经达到了217度，由于电池包的隔热和抗火设计，内部电芯的温度并不会达到200度，它们被保护的很好，外部火烧的威胁并不大。

因此电池包的的设计，仍可以保证较为容易地通过火烧试验。

「图4 火烧温度」

排在第三位的是跌落试验

跌落试验模拟了车辆行驶中的剧烈颠簸场景（以及振动试验等），测试的实际是电池包的机械性能，设计是否紧凑，强度是否达到要求等等。

如果电池包在行驶中跌落地面，那无疑将造成极大的冲击，机械诱因会导致电池发生热失控乃至自燃。

从国标的试验中来看，跌落试验本身仍是对电池包进行的测试。

从图5可以看到，电池包平平落地，只有正面轻微的凹陷，这意味着电芯单体极有可能并未遭到破坏。

「图5 跌落后的电池包」

这一试验和前两个试验一样，都表明了电池包硬件设计对保护电池安全的重要性。

如果电池单体的跌落，就极有可能发生起火了。

第四位是盐水浸泡试验

考察了电池包的防水设计，这个测试想通过并不容易。

通常电池包的防水设计要求达到IP67，IP表示了外壳的防护等级，6指防尘，而7指防水。

7的防水等级指的是：

“防短时浸泡：常温常压下，当外壳暂时浸泡在1M深的水里将不会造成有害影响”

因此IP67并不是完全的防水，但是要求短时间内不会有害。这也是为什么在发大水的时候，电动汽车会因为内短路的电化学诱因发生自燃。

当长时间浸水后或电池包密封不过关，电芯泡水会发生电解水反应，进而产生大量气体，气体在电池包内部会使得电路频繁通断进而产生电弧。

电弧会导致电池壳体的熔化并引燃电解液，从而造成热失控酿发自燃事故。

「图6」

图6是2012年，飓风桑迪引起海水倒灌，停在海边的Fisker Karma电动跑车被海水浸入后烧毁大半。

电池包浸入盐水三个小时，但深度未达1M，这意味着水的压强会低一些，通过难度相应有所降低。

与上面三个测试一样，这个测试仍然是在电池包层面的考察，通过加强电池包的防水设计，就可以保护好电芯。

「图7 浸入盐水的的电池包」

五项测试中最难通过的就是挤压测试

挤压测试之所以难通过，是因为在试验中不仅考验了电池包的设计，还考验了电芯单体。这一测试实际上模拟了碰撞事故中电池包遭遇撞击后的状况。

图8是视频中挤压后的电池包，这个测试结果让我很惊讶，在该项测试中，电池包形变极为严重，电芯此时应同时受到了挤压，发生了形变。

「图8 挤压后的电池包」

如果电芯发生了较为严重的形变，就会发生内隔膜的崩溃，导致内短路的发生，进而引发热失控。

通常来说，通过挤压试验，一是需要电池包结构刚度足够强，在发生撞击时不易发生较大溃缩。

二是要在电池热管理上下大工夫，当电池单体因碰撞受损后，应能够将受损的电池隔离开，保证热扩散不会影响到其他电池，并且能保证隔离开事故电池单体后，电池包仍能够运行。

结论

最后，从易到难排序了这几项测试，我们可以得出的结论是：

电池包层面的测试是容易通过电池包的改良设计通过的。

而一旦测试对电池单体造成了威胁，则不仅需要电池包的硬件设计的改良，电池管理系统的优化也必不可少，此外还需要电池单体本身的材料改进。

说回这个测试，能够下大成本做这样的试验，又能做到有依有据，实属难得了。

「图9 “斧头测试”」

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