您所在的行業對可靠性和安全性要求極高，不容妥協。電池安全測試可協助您確保鋰電池組符合嚴格的標準。許多電池製造商和整合商都將安全測試作為其品質保證流程的核心組成部分。這些測試對於高風險工業系統尤其重要。釘刺測試、擠壓測試和衝擊測試為您提供了評估電池安全性和合規性的實用方法。
關鍵要點
電池安全測試對於確保鋰電池組符合安全標準並防止高風險應用的危險至關重要。
釘子穿透測試模擬內部短路，有助於識別電池中潛在的熱失控和其他安全風險。
擠壓和衝擊測試評估電池對機械應力的反應，揭示其結構完整性以及火災或爆炸的風險。
符合 UL 1642 和 IEC 62133 等國際標準對於電池安全至關重要，可確保產品在各行業安全使用。
隨時了解電池安全測試領域的行業趨勢和進展可以提高產品的可靠性和合規性。
第一部分：電池安全測試基礎知識
1.1 什麼是電池安全測試
您需要確保鋰電池組在各種應用中都能安全運作。電池安全測試是一個檢驗電池在壓力、濫用和實際危險情況下如何反應的過程。您可以透過這些測試來確定電池是否能夠承受短路、擠壓、衝擊和其他危險。技術標準會引導您完成此過程。
IEC 62133 – 可充電鋰電池和鎳電池的主要國際安全標準
UL 1642 和 UL 2054 – 鋰電池和電池組安全指南
UN 38.3－運輸中電池的安全測試要求
SAE J2464 – 電動車一次電池安全測試標準
UL 2271 – 輕型電動車 (LEV) 電池組標準
IEC 61960 – 可充電鋰電池效能標準
IEC 60086-4 – 非充電鋰電池的安全要求
UL 1989 – 備用電池安全標準
UL 4200A – 連結電池或硬幣電池產品的標準
IEC/UL 62133-1 和 IEC/UL 62133-2 – 鎳基和鋰電池系統安全指南
遵循這些標準，可以確保電池符合醫療、機器人、安防系統、基礎設施、消費性電子和工業領域的要求。
1.2 鋰電池組的重要性
使用鋰電池組時會面臨許多風險。
熱失控會導致過熱和火災。
製造缺陷可能導致火災或化學品洩漏。
隨著老化，內部零件磨損，故障發生的機率會增加。
外部高溫會使電池電量降至不安全水準。
水漬可能導致短路和過熱。
近期發生的事件表明，安全問題不容忽視。 2023年，鋰離子電池引發的火災共268起，造成150人受傷，18人死亡。 2024年2月，電動自行車電池起火造成44人受傷，15人死亡。自2006年以來，美國聯邦航空管理局（FAA）報告稱，飛機上鋰電池引發的煙霧或火災事故已超過500起。一些大規模召回事件，例如2022年召回的14.2萬輛雪佛蘭Bolt電動車，也是由於電池缺陷引發的火災造成的。
將電池安全測試納入核心流程，可有效保護您的業務、客戶和最終用戶。這種方法有助於避免代價高昂的召回事件，並確保符合國際標準。
第二部分：釘子穿透試驗
2.1 短路的目的和仿真
您使用 釘刺測試 模擬鋰電池單體發生內部短路時的情形。此測試有助於您了解磷酸鋰鐵電池、NMC鋰電池、LCO鋰電池或LMO鋰電池在嚴重內部損壞時的反應。
你將一根鋼釘釘入電池單元，從而在正負極之間形成直接連接。
此舉可引發熱失控或排氣，與電池內部發生真實短路的效果非常相似。
您需要監測溫度升高和氣體排放情況，以了解電池如何應對這些危險情況。
請注意： 釘刺測試是一種極具破壞性的測試。測試後電池無法重複使用。該測試用於揭示鋰電池組在醫療設備、機器人和工業系統等關鍵應用領域中最嚴重的安全風險。
2.2 測試程序和關鍵因素
您遵循嚴格的程序，以確保釘子穿透測試結果的可靠性：
選擇直徑 5 至 8 毫米、針尖角度為 60° 的耐高溫鋼針。確保針頭光滑，無鏽蝕、氧化物或油污。
以 25 ± 5 毫米/秒的速度將針頭垂直於電池電極板插入，瞄準電池的幾何中心。
將針頭留在原位以觸發人工短路，並觀察電池一段時間。
判定結果：如果電池沒有起火、冒煙或爆炸，則測試通過；如果出現上述任何一種情況，則測試不合格。
您必須密切注意影響測試可重複性和安全性評估的幾個關鍵因素：
指甲幾何形狀： 釘子的直徑和尖端角度會影響電池內部短路的形成方式。
穿透速度： 更快的穿透速度會增加熱失控的風險，尤其是在軟包電池中。較慢的穿透速度則可能導致局部過熱。
細胞支持： 測試過程中電池的固定方式會影響測試結果。
穿透深度： 釘子的深度會影響是否會發生真正的內部短路。
因子 | 對測試結果的影響 |
|---|---|
美甲幾何 | 改變短路的可能性和類型 |
穿透速度 | 改變熱失控和熱量產生的風險 |
細胞支持 | 影響一致性和可重複性 |
穿透深度 | 影響是否實際發生短路。 |
即使這些因素發生微小變化，也可能導致不同的結果。內部短路的類型有很多種，這使得重複性成為一個挑戰。測試標準的差異也會影響結果的再現性。
2.3 結果解釋
您可以透過觀察電池的反應來解讀釘子穿透測試的結果。最關鍵的問題是是否真的發生了內部短路。您需要檢查電壓下降、溫度驟升、冒煙、起火或爆炸等情況。測試結果取決於釘子穿透的速度、深度和形狀。有時可能不會發生短路，因此您必須透過監測電壓來確認。
以下是一些您可能觀察到的典型結果的總結：
結果描述 | 結果 | 筆記 |
|---|---|---|
內部短路感應 | 可以 | 試驗過程中成功誘發 |
熱失控 | 沒有 | 觀測到氣溫略有上升 |
危險等級 | 2 | 安全測試結果優異 |
您可以利用這些測試結果來評估鋰電池組在基礎設施、安防系統和消費性電子產品等嚴苛領域的安全性。如果電池沒有起火、冒煙或爆炸，則可以認為它在這些極端濫用條件下是安全的。以釘刺法進行的電池安全測試能夠增強您對產品可靠性的信心，並幫助您滿足國際安全標準。
第三部分：壓潰和衝擊試驗
3.1 壓碎試驗概述
您需要了解鋰電池組在高壓下的反應。擠壓測試有助於評估鋰電池電芯的結構完整性。在該測試中，您需要對電池施加可控的力，模擬車輛碰撞、意外跌落或設備故障等實際場景。您需要觀察電池是否有變形、電壓下降、溫度升高、冒煙、起火或爆炸等跡象。
您需遵循 UL 1642 和 IEC 62133 等標準中規定的程序。這些標準明確規定了測試過程中施加的力的大小、速度以及電池的方向。例如，UL 1642 要求施加高達 13 kN（約 3,000 磅）的力，直到電池電壓下降或電池體形變達到規定值。
小提示: 在進行擠壓試驗時，請務必使用適當的安全設備和遠端監控系統。高壓下熱失控或爆炸的風險會增加。
壓潰測試有助於識別潛在危險。它可以檢測熱失控、短路或排氣等可能導致火災或爆炸的現象。對於電動車、機器人和工業系統等應用而言，電池可能面臨機械衝擊，因此這項測試至關重要。
3.2 衝擊試驗概述
你還需要評估鋰電池組應對突發衝擊的能力。 衝擊試驗 模擬電池掉落、工具掉落在背包上或運送途中碰撞等事件。您需要在電池上放置重物或橫桿，然後按照 UL 1642 和 UN 38.3 等標準中所述的高度，從指定高度掉落重物。
在測試過程中，您需要監測電池的電壓變化、溫度峰值、冒煙、起火或爆炸情況。衝擊測試可以暴露電池機械設計的缺陷。例如，它可以揭示內部問題，如枝晶狀鋰金屬沉積，這可能導致內部短路。您可以使用此測試來確保電池能夠承受在醫療設備、安防系統和消費性電子產品中運輸、安裝或使用過程中意外跌落或衝擊。
請注意： 衝擊測試會破壞電池。測試後的電池無法重複使用。請務必依照安全指南處置測試過的電池。
3.3 安全性和功能性評估
您可以使用擠壓和衝擊試驗來評估安全性和功能性。這些試驗透過監測試驗期間和試驗後的溫度、電壓和物理變化，幫助您識別危險。例如，溫度突然升高或電壓突然下降可能表示內部短路或熱失控。您需要記錄所有觀察結果，並將其與 UL 1642 和 IEC 62133 等標準中的驗收標準進行比較。
測試類型 | 你監控什麼 | 它揭示了什麼 |
|---|---|---|
粉碎 | 形變、電壓、溫度 | 結構完整性、火災或爆炸風險 |
影響性 | 電壓、溫度、物理損傷 | 機械可靠性，內部短路風險 |
採用擠壓和衝擊方法進行的電池安全測試，可讓您對鋰電池組的可靠性充滿信心。您可以滿足監管要求，並降低代價高昂的召回或安全事故風險。這些測試對於基礎設施、機器人和工業自動化等行業的B2B客戶尤其重要，因為電池故障可能造成嚴重後果。
第四部分：監管標準
4.1 主要標準（UL 1642）
在對鋰電池組進行電池安全測試時，必須嚴格遵守相關法規標準。這些標準有助於確保在醫療器材、機器人、安防系統、基礎設施、消費性電子產品和工業應用等高要求領域的安全性和可靠性。最受認可的標準包括 UL 1642、IEC 62133-2、UN 38.3、UL 2054、UL 2271 和 UL 2580。每項標準都針對電池安全的特定方面，涵蓋從單體電池級濫用測試到電池組級機械和電氣評估等各個方面。
標準版 | 產品說明 |
|---|---|
UL 1642 | 重點關注單一鋰電池單元的安全性，包括嚴格的濫用測試。 |
IEC 62133-2 | 確保便攜式應用中可充電鋰離子電池的安全運行，並涵蓋各種測試。 |
聯合國38.3 | 確保鋰電池符合不同運輸方式的安全要求。 |
UL 2054 | 針對整個電池組的安全問題，包括電氣和機械應力測試。 |
UL 2271 | 專為輕型電動車電池設計，確保應用中的安全性和可靠性。 |
UL 2580 | 電動汽車電池的全面安全要求。 |
您應始終確認哪些標準適用於您的產品和應用情境。例如，UL 1642 對於電池單元等級的安全性至關重要，而 UL 2054 則涵蓋用於工業系統的電池組。
4.2 鋰電池組合規性
在出貨、安裝或整合鋰電池組之前，您需要確保其符合這些標準。合規性要求電池組通過一系列模擬實際危險情況的測試，例如機械應力、電氣濫用和極端環境條件。例如，UN 38.3 標準要求電池經歷八項不同的測試，包括振動、衝擊和熱循環測試。 UL 2054 和 UL 1642 標準則要求進行嚴格的電氣、機械和環境評估，以降低火災和爆炸風險。
標準版 | 產品說明 |
|---|---|
聯合國38.3 | 確保電池在運輸過程中能夠承受環境和機械應力。需要通過一系列八項測試。 |
UL 2054 | 涉及電池組的安全性，包括電氣、機械和環境測試。 |
UL 1642 | 涵蓋鋰電池電芯的安全要求，並降低火災和爆炸風險。 |
您可以使用電池安全測試箱或伺服電腦電池壓碎測試儀等專用設備來模擬這些場景並驗證其合規性。這些工具可協助您符合 IEC 62133-2017 和 UL 1642 等標準，確保您的鋰電池組可安全用於關鍵應用。
4.3行業趨勢
隨著技術的進步，電池安全測試方法也在快速變化。製造商現在將基於模型的模擬與物理測試相結合，以預測電池在極端條件下的性能。他們利用擠壓、釘刺、跌倒、耐火、滑橇測試、機械衝擊和振動測試來改進電池設計並提升安全性。業界採用先進的冷卻技術和耐火材料來應對過熱和火災風險。模組化電池設計使維護更加便捷，並提高了安全性。固態電池的研究旨在消除與液態電解質相關的風險。歐盟電池法規和聯合國歐洲經濟委員會第100號法規等更嚴格的法規促使他們滿足更高的安全性和性能標準。
您必須密切注意這些趨勢，以確保您的鋰電池組始終符合標準並保持競爭力。電池安全測試也在不斷發展，幫助您為要求嚴苛的 B2B 應用提供更安全的產品。
您在確保鋰電池組安全性和合規性方面發揮著至關重要的作用。釘刺測試、擠壓測試和衝擊測試透過模擬真實世界中的危險，幫助您預防與電池相關的事故。
測試類型 | 目的 |
|---|---|
壓碎和釘子穿透 | 模擬機械損傷以評估結構穩健性。 |
碰撞測試 | 決定其抵抗突發衝擊和跌落的能力。 |
製造商現在採用先進的協議和電池管理系統來提升安全性。新型材料和模組化設計使電池更安全、更易於維護。國際標準也在不斷發展，預計將為醫療、機器人、安防和工業等領域的應用提供更強大的保護。
常見問題
鋰電池組電池安全測試的主要目標是什麼？
您可以透過電池安全測試來確認磷酸鋰電池 (LiFePO4)、鎳鉬酸鋰電池 (NMC)、鈷酸鋰電池 (LCO) 和鉬酸鋰電池 (LMO) 組能夠承受濫用並防止危險。此流程有助於您滿足行業標準，並在關鍵領域保護您的業務。
釘子穿透試驗、擠壓試驗和衝擊試驗有何不同？
您可以使用釘刺測試來模擬內部短路。擠壓測試用於檢查結構在壓力下的強度。衝擊測試用於評估電池組抵抗突發衝擊的能力。每項測試都針對鋰電池組在實際應用中可能面臨的不同風險。
鋰電池安全測試應遵守哪些標準？
您應該遵循 UL 1642、IEC 62133 和 UN 38.3 標準。這些標準指導您測試鋰電池組在醫療設備、安防系統、基礎設施和工業應用的安全性。
為什麼要分別測試不同的鋰化學體系？
每種化學材料—磷酸鐵鋰 (LiFePO4)、鎳鈷錳酸鋰 (NMC)、鈷鈷氧化物 (LCO)、鈷鉬酸鋰 (LMO)—都具有獨特的平台電壓、能量密度和循環壽命。您必須分別對它們進行測試，以確保其在特定應用程式場景下的安全性和合規性。
電池安全測試需要哪些設備？
您需要一台電池安全測試箱、一台伺服電腦電池壓碎測試器以及電壓和溫度監測工具。這些設備可以幫助您模擬實際應用中的風險，並記錄測試結果以確保符合相關法規。
