電池包熱失控、熱擴散可靠性測試與GB 38031-2020標準解讀

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動力電池作為核心能量供給部件，其安全性能直接關(guān)系到駕乘人員生命財產(chǎn)安全、產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展及公共安全。電池包熱失控及由此引發(fā)的熱擴散，是動力電池安全領(lǐng)域最核心的風險點之一，而熱擴散可靠性測試則是防范該風險的關(guān)鍵手段，GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》作為我國動力電池安全領(lǐng)域的強制性國家標準，明確規(guī)范了熱擴散可靠性測試的全流程要求，為動力電池安全筑牢法定底線，也為行業(yè)發(fā)展劃定清晰準則。

一、電池包熱失控：動力電池安全的核心風險源

電池包熱失控，本質(zhì)上是動力電池單體在特定誘因下，發(fā)生不可逆的鏈式放熱反應(yīng)，進而引發(fā)熱量持續(xù)積聚、溫度急劇升高的失控過程，其具有“自供氧、自供燃料、自加熱”的閉環(huán)特性，一旦觸發(fā)便難以輕易中斷。這種現(xiàn)象的發(fā)生，源于多種可預(yù)見的場景，包括電池單體過充、過放、外部短路、機械碰撞、針刺、高溫環(huán)境暴露，或是制造過程中的細微缺陷、長期使用后的老化衰減等，這些誘因均可能打破電池內(nèi)部的熱平衡，觸發(fā)熱失控。

熱失控的危害具有極強的破壞性和蔓延性。單個電芯發(fā)生熱失控后，會快速釋放大量熱量和可燃氣體，溫度瞬間可突破數(shù)百攝氏度，失控電芯噴射的高溫可燃氣體，會快速引燃相鄰電芯，形成連鎖反應(yīng)。若未得到有效遏制，熱失控會迅速蔓延至整個電池包，引發(fā)起火、爆炸，同時釋放出氟化氫、一氧化碳等有毒有害氣體，不僅會損毀車輛，還會對駕乘人員、周邊環(huán)境及公共安全造成嚴重威脅，甚至引發(fā)二次火災(zāi)。消防部門相關(guān)統(tǒng)計顯示，約32%的新能源汽車火災(zāi)在被撲滅后，會因電池內(nèi)部余熱未散再次復(fù)燃，核心原因就是熱失控未徹底終止。

防范電池包熱失控，核心在于雙重防控：一是遏制熱失控本身的發(fā)生，二是在熱失控發(fā)生初期，有效阻止熱量擴散、切斷連鎖反應(yīng)，而熱擴散可靠性測試，正是驗證電池包這一防控能力的核心技術(shù)手段，也是銜接熱失控風險與標準規(guī)范的關(guān)鍵紐帶。

二、熱擴散可靠性測試：防范熱失控的關(guān)鍵驗證手段

電池包熱擴散可靠性測試，核心是通過模擬電池包內(nèi)單個電芯發(fā)生熱失控的真實場景，系統(tǒng)監(jiān)測熱量傳遞過程、電池包防護表現(xiàn)及各項安全指標，以此驗證電池包抵御熱擴散、降低熱失控危害的能力。其核心目的，是檢驗電池包熱管理系統(tǒng)、隔熱設(shè)計、結(jié)構(gòu)防護及安全預(yù)警機制的有效性，為駕乘人員爭取足夠逃生時間，減少惡性事故發(fā)生概率。

熱擴散可靠性測試的核心邏輯是“模擬誘因、監(jiān)測過程、驗證防護”，測試流程需科學嚴謹，且與實際應(yīng)用場景高度貼合，才能為標準合規(guī)性判定提供可靠依據(jù)，主要分為三個核心階段：一是測試準備，選取符合實際規(guī)格的電池包樣品，布置溫度、氣體、壓力等監(jiān)測設(shè)備，部分測試需將電池包充至規(guī)定SOC并靜置，確保測試條件貼合實際；二是熱失控觸發(fā)，通過針刺、加熱或過充等方式人為觸發(fā)單個電芯失控，避免提前引發(fā)整體熱擴散，測試需在密閉艙內(nèi)進行，模擬車輛實際封閉環(huán)境；三是過程監(jiān)測與初步判定，持續(xù)監(jiān)測熱量擴散速度、溫度峰值、外殼完整性、氣體釋放及預(yù)警響應(yīng)情況，初步判斷電池包防護能力是否達標。

需要明確的是，熱擴散可靠性測試并非“破壞性測試”的簡單疊加，而是對電池包安全設(shè)計的系統(tǒng)性驗證，是衡量電池包安全性能的核心指標之一，也是動力電池產(chǎn)品符合GB 38031-2020要求、走向市場的必經(jīng)檢驗環(huán)節(jié)。

三、GB 38031-2020：熱擴散可靠性測試的法定依據(jù)與核心規(guī)范

為規(guī)范動力電池安全性能，防范熱失控及熱擴散風險，我國于2020年5月正式發(fā)布GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》。該標準作為動力電池安全領(lǐng)域的強制性國家標準，自實施以來，在規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量、引導(dǎo)技術(shù)提升、保障公共安全等方面發(fā)揮了核心作用，其中對熱擴散可靠性測試的明確要求，為行業(yè)提供了法定依據(jù)和統(tǒng)一標準，確保測試結(jié)果的可比性和權(quán)威性。

該標準由全國汽車標準化技術(shù)委員會牽頭研制，涵蓋整車企業(yè)、動力電池企業(yè)、檢測機構(gòu)及科研院所，結(jié)合國內(nèi)外安全事故經(jīng)驗和大量實測驗證，歷時四年完成，與國際相關(guān)標準全面接軌，確保了科學性和適用性。其針對熱擴散可靠性測試，明確了“測試要求、測試方法、判定準則”三大核心內(nèi)容，核心規(guī)范要點如下：

一是明確測試適用范圍。標準適用于電動汽車用鋰離子電池、鎳氫電池等的電池包及系統(tǒng)，涵蓋各類新能源乘用車、商用車動力電池包，明確要求所有動力電池包需通過熱擴散可靠性測試，方可出廠流通，未通過測試的產(chǎn)品嚴禁生產(chǎn)、銷售和使用，從源頭保障安全，且不傾向任何特定技術(shù)路線。

二是規(guī)范測試核心要求。標準規(guī)定，測試需模擬單個電芯熱失控場景，電池包需具備有效熱擴散防護能力，且需在熱失控發(fā)生后、起火爆炸前提前5分鐘發(fā)出安全預(yù)警信號，預(yù)警需通過CAN信號或整車儀表有效傳遞；同時要求電池包外殼不得嚴重破損，避免有毒有害氣體大量泄漏。

三是統(tǒng)一測試方法細節(jié)。明確測試環(huán)境、樣品狀態(tài)、熱失控觸發(fā)方式及參數(shù)、監(jiān)測設(shè)備布置、數(shù)據(jù)記錄等具體要求，規(guī)定測試需在密閉艙內(nèi)進行，為不同企業(yè)提供統(tǒng)一操作規(guī)范，避免測試方法差異導(dǎo)致結(jié)果偏差，保障測試準確性和可比性。

四是明確結(jié)果判定準則。若電池包能有效阻止熱擴散、未起火爆炸、及時發(fā)出預(yù)警且數(shù)據(jù)達標，則判定為合格；若出現(xiàn)熱擴散蔓延、起火爆炸、未及時預(yù)警、外殼嚴重破損等情況，則判定為不合格，企業(yè)需整改后重新測試。

四、標準踐行與行業(yè)意義：筑牢動力電池安全底線

GB 38031-2020的實施，不僅為行業(yè)提供了統(tǒng)一技術(shù)準則和法定依據(jù)，更推動了動力電池行業(yè)技術(shù)升級和質(zhì)量提升。在標準約束引導(dǎo)下，相關(guān)企業(yè)加大熱管理、隔熱防護、安全預(yù)警等技術(shù)研發(fā)投入，通過采用氣凝膠等高效隔熱材料、優(yōu)化液冷熱管理系統(tǒng)等方式，提升電池包熱擴散防護能力，逐步化解安全隱患。

從行業(yè)發(fā)展來看，該標準搭建了“熱失控風險—熱擴散測試—合規(guī)判定”的完整體系，明確了動力電池安全底線，避免了行業(yè)質(zhì)量參差不齊，為消費者提供了隱性保障，同時推動熱失控監(jiān)測、阻斷技術(shù)快速發(fā)展，助力行業(yè)向更安全、更可靠、更規(guī)范的方向升級。需強調(diào)的是，任何企業(yè)技術(shù)實踐都需以符合標準為前提，不存在超越標準的“特殊安全等級”，共同遵循統(tǒng)一標準，才能推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。