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新能源汽车电池包模拟碰撞后热失控扩散测试:在灾难发生前,预演最坏的情况

一场车祸,不该是一场死刑

近年来,随着新能源汽车保有量突破千万级,一起起电池起火事故不断刺痛公众神经。
人们开始意识到:
电动车的危险,不在日常使用,而在意外之后

传统燃油车起火,通常是油路泄漏遇明火,发展相对缓慢,乘员有数分钟逃生时间。
而动力电池一旦因碰撞引发内部短路,可能在毫秒间启动“热失控链式反应”——

单体电芯温度飙升至800℃以上 → 喷射可燃气体 → 引燃相邻电芯 → 火势呈“多米诺骨牌”式蔓延 → 整包爆燃。

从冒烟到轰燃,往往不足90秒。
车门变形、电路中断、有毒气体弥漫……逃生窗口被极度压缩。

因此,行业共识逐渐清晰:
电池的安全,不是“不起火”,而是“不起大火”;
不是“零风险”,而是“可控损”。

而实现这一目标的核心验证手段,正是——
模拟碰撞后热失控扩散测试


测试怎么做?我们先撞,再烧,最后看它能“扛住”多久

这项测试,是目前全球动力电池安全验证中最严苛、最接近真实事故场景的综合性试验。其核心逻辑是:
复现“机械损伤 + 热失控触发 + 火势传播”的全过程

第一步:模拟真实碰撞 —— 让电池包先“受伤”

采用高速液压冲击或摆锤装置,对电池包指定位置(如底部)实施定向撞击,模拟车辆行驶中碾压石块、底盘刮擦、追尾挤压等工况。

关键控制参数:

  • 冲击能量:根据整车质量与速度换算(常见50–100 kJ)

  • 撞击头形状:半球形、楔形,模拟不同障碍物

  • 变形量监测:确保壳体受损但未完全破裂,符合现实事故特征

此时,电池内部可能发生:

  • 电芯挤压变形

  • 隔膜破裂导致内短路

  • 冷却液泄漏或结构件位移

但这还不是终点——真正的考验才刚刚开始。

第二步:主动触发热失控 —— 点燃那颗“定时炸弹”

在撞击完成后的电池包中,选择一个处于高应力区域的电芯,通过以下方式之一触发其热失控:

  • 加热片法(ISO 12405-3 推荐):贴附微型加热器,缓慢升温至300℃以上

  • 过充法:对单体强制过充,诱导内部副反应放热

  • 针刺法(部分标准仍保留):物理穿刺引发短路

目标明确:让这颗电芯进入不可逆的自加热状态(TTR, Thermal Runaway),并释放大量热量与可燃气体。

第三步:全程监控热扩散过程 —— 看火怎么“走”

一旦首发电芯失控,系统进入自动监测模式,使用近百个传感器记录:

监测维度技术手段关键数据
温度变化光纤测温 + 热电偶阵列各电芯表面温度、最高温升速率
气体成分质谱仪/红外气体分析CO、H₂、HF、VOCs 等毒性气体释放量
火焰传播高速摄像机(1000fps以上)起火时间、燃烧路径、喷射火焰长度
结构完整性应变片 + 视觉识别壳体变形、防火毯失效、高压断电动作

整个过程持续数小时,直到所有能量释放完毕。

第四步:判定是否“通过”—— 时间就是生命

根据中国国家标准 GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,最关键的判定标准是:

热事件发生后,5分钟内不得发生起火或爆炸,且乘员舱无明显烟雾侵入。

这意味着:

  • 即使电池包最终烧毁,也必须为乘客争取至少5分钟的黄金逃生时间;

  • 防火设计(如气凝胶隔层、泄压阀导向、冷却系统冗余)必须有效延缓火势蔓延。

⚠️ 注意:这5分钟,不是从冒烟开始算,而是从第一个电芯发生热失控那一刻起计时。


为什么这项测试如此难以通过?

因为它的本质,是在挑战材料与设计的极限。

🔥 挑战一:能量密度越高,越难控制

  • 高镍三元电池(NCM811)能量密度可达250Wh/kg以上,但热稳定性差,更容易被“点燃”;

  • LFP虽更安全,但在极端机械损伤下仍可能连锁反应。

🧱 挑战二:结构防护≠热防护

  • 很多电池包能扛住撞击不变形,但内部电芯间距过小,缺乏有效的隔热阻燃材料;

  • 一旦局部失守,热量迅速传导至邻近模组。

💨 挑战三:气体管理不当会“助纣为虐”

  • 热失控产生的氢气、氟化氢等气体若不能及时定向排出,会在箱体内积聚,引发二次爆燃;

  • 泄压阀位置不合理,可能导致火焰向上直喷,烧穿车身地板。

⏱ 挑战四:“5分钟”是生死线

  • 实验数据显示,多数早期电池包在热失控触发后2–3分钟内即出现外部明火;

  • 要延长至5分钟以上,需综合运用隔热、散热、阻燃、监控、断电五大技术策略。


我们看到了什么?来自真实测试的启示

在[您的公司名称]实验室,我们已完成超过60次完整流程的模拟碰撞后热失控扩散测试。一些发现令人警醒:

  • 某高端车型电池包:外壳坚固无损,但内部防火毯未全覆盖,第3分17秒火势突破模组隔离区;

  • 某经济型电动车:采用低成本云母板隔热,高温下迅速碳化失效,4分02秒乘员舱闻到焦味;

  • 某通过测试的标杆产品:使用双层气凝胶+铝箔复合材料+定向排气通道,在热失控触发后第6分18秒才出现轻微外部碳化,全程无明火外溢。

这些数据告诉我们:
安全,藏在细节里;
差距,始于设计之初。


未来方向:从“被动防御”走向“主动干预”

下一代电池安全,不再只是“烧得慢”,而是“不让它烧起来”。

✅ 主动冷却介入

在监测到某电芯温度异常上升时,立即启动局部液冷加强散热,试图“扑灭”初期热失控。

✅ 智能气体抑制

内置微型灭火剂喷射模块,在检测到CO浓度骤升时自动释放惰性气体,抑制燃烧反应。

✅ 数字孪生预警

基于实测数据建立电池包热扩散模型,结合车载BMS实时数据,预测风险等级并提前报警。

✅ 材料革命

固态电解质、非可燃电解液、陶瓷涂层隔膜……新材料正在从根本上降低热失控概率。


我们的使命:不做事故的记录者,只做灾难的拦截者

在[您的公司名称],我们从不庆祝“测试通过”,
因为我们知道——
每一次成功的阻挡,背后都曾预演过一场本可能发生的悲剧。

我们也不回避“失败报告”,
因为那些烧黑的残骸、断裂的数据曲线、刺鼻的气体记录,
才是推动技术进步最真实的动力。

我们提供:

  • 全流程模拟碰撞+热失控联合测试服务

  • 符合 GB 38031、UL 9540A、UN GTR 20 等多国标准

  • 提供改进方案建议,包括结构优化、材料选型、热管理策略

  • 支持主机厂、电池企业、第三方机构合作研发


安全,从来不是一句承诺。
它是无数个深夜里的高温监测,
是第一百次撞击后的重新布线,
是在火焰升起前,就已经想好了每一步应对。

我们做的,就是在灾难真正发生之前,
把一切都烧一遍,看一遍,改一遍。

只为那一句:
车可以报废,人,必须活着出来。



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