Tính an toàn của pin lithium ion đề cập đến khả năng ngăn chặn các nhiễu loạn bên ngoài ban đầu và gây ra hành vi không an toàn trong quá trình sử dụng bình thường hoặc lạm dụng. Pin lithium ion hình trụ có năng lượng riêng cao hơn và vỏ pin được làm bằng thép. Khi pin bị mất nhiệt bất thường, nhiệt bên trong pin tích tụ, tạo ra áp suất cao hơn và có thể phát nổ, gây hại cho thế giới bên ngoài và người dùng. Do sự khác biệt trong bảng điều khiển và sự hiểu biết của khách hàng về pin, việc lạm dụng pin là không thể tránh khỏi trong quá trình sử dụng thực tế. Do đó, đặc biệt đối với pin lithium-ion hình trụ, tính an toàn của pin không chỉ là ngăn ngừa khói, cháy, rò rỉ chất lỏng và nổ theo các thử nghiệm tiêu chuẩn khác nhau mà còn tránh thương tích cá nhân do các vấn đề trên gây ra trong trường hợp khách hàng lạm dụng.

Ưu điểm sản xuất và kỹ thuật chủ yếu của pin lithium ion hình trụ vẫn do các doanh nghiệp Nhật Bản và Hàn Quốc kiểm soát. Các doanh nghiệp trong nước sản xuất pin lithium ion hình trụ cũng có quy mô nhất định, nhưng về hiệu suất sản phẩm, ngoài độ trễ nhất định về công suất, nhược điểm lớn nhất nằm ở hiệu suất an toàn của pin. Sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất pin lithium ion hình trụ trong nước, cũng như giữa các doanh nghiệp trong và ngoài nước, đang dần đẩy ngành công nghiệp pin lithium ion hình trụ vào kỷ nguyên sản xuất tinh chế.

1. Đánh giá an toàn của pin lithium hình trụ

Tiêu chuẩn an toàn pin hiện tại chủ yếu bao gồm tiêu chuẩn thử nghiệm UL1642 của Hoa Kỳ , tiêu chuẩn thử nghiệm IEC của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế , JIS của Nhật Bản, GB của Trung Quốc và các tiêu chuẩn chung khác. Đối với pin lithium-ion hình trụ, do lợi thế kỹ thuật của chúng trong các doanh nghiệp Nhật Bản và lợi thế thị trường ở Châu Âu và Hoa Kỳ, chủ yếu có hai tiêu chuẩn được ưa chuộng trong ngành: JIS và UL. Bất kể tiêu chuẩn nào, pin đều phải:

1) không có hiện tượng bất thường như khói, cháy hoặc rò rỉ chất lỏng trong quá trình sử dụng bình thường của khách hàng;

2) Trong trường hợp khách hàng lạm dụng , cũng không được có bất thường như khói, cháy, rò rỉ chất lỏng, v.v.;

3) Yêu cầu đặc biệt đối với pin hình trụ. Do pin lithium hình trụ thường được sử dụng với số lượng lớn pin đơn, đòi hỏi độ đồng nhất của pin cao hơn, một số khách hàng cũng đề xuất các thử nghiệm hiệu suất đặc biệt như đầu tư dưới biển sâu. Do sử dụng vỏ thép làm vỏ ngoài của pin lithium hình trụ, nếu xảy ra nổ, có thể gây hại đáng kể cho cơ thể con người. Do đó, yêu cầu an toàn đối với pin lithium hình trụ sẽ cao hơn. Ngay cả khi pin bắt lửa trong những tình huống cực đoan như hỏa hoạn, không có chất rắn nào có thể bay ra ngoài, để đảm bảo an toàn cá nhân cho người sử dụng.

Đối với pin lithium-ion hình trụ, do vỏ thép, khi pin phát nổ, có thể gây ra tác hại đáng kể cho cơ thể con người. Do đó, cần đặc biệt chú ý đến thử nghiệm đạn . Theo yêu cầu của UL, trong quá trình thử nghiệm, pin đã sạc đầy được đặt trên lưới kim loại, được phủ bằng lưới thép 20 lỗ, sau đó được nung nóng cho đến khi pin bắt lửa hoặc bị phá hủy. Yêu cầu không được có các hạt rắn nào thoát ra ngoài sau khi pin bị đốt cháy, khiến lưới bị vỡ. Do màng pin co lại khi nung nóng, các tấm điện cực dương và âm bên trong pin mất khả năng cách ly của lớp bảo vệ, dẫn đến diện tích ngắn mạch lớn.

Lúc này, pin đang ở trạng thái sạc đầy, hệ thống pin tích tụ năng lượng hóa học cao nhất. Cháy pin là điều không thể tránh khỏi; Tuy nhiên, xét đến việc khách hàng có thể ở gần pin khi sử dụng, cần kiểm soát để không có vật cứng rắn nào bị đẩy ra trong quá trình đánh lửa. Ở trạng thái này, để đảm bảo pin không phát nổ mặc dù có hỏa hoạn, cần thiết kế hợp lý hơn các thành phần cực pin. Thiết kế cực cao cấp có thể cung cấp kênh xả khí trơn tru khi xảy ra hiện tượng đoản mạch pin ở một mức độ nhất định, loại bỏ sự tích tụ nhiệt liên tục, do đó cuối cùng tránh được tình trạng nổ pin.

2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn

Tóm lại, an toàn là rất quan trọng đối với pin lithium hình trụ. Để đảm bảo nhu cầu an toàn của khách hàng đầu cuối, nhân viên nghiên cứu và phát triển cần phải có những phản ứng nhất định trong thiết kế pin. Chủ yếu thể hiện ở những điểm sau:

2.1 Vật liệu pin

Sự thoát nhiệt là một yếu tố quan trọng gây ra các mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn trong pin lithium hình trụ và sự xuất hiện của sự thoát nhiệt có liên quan chặt chẽ đến vật liệu pin. Trong quá trình do sự thoát nhiệt của pin lithium gây ra, sự phân hủy màng SEI cung cấp sự tích tụ nhiệt ban đầu và sau đó phản ứng phân hủy điện cực âm/chất điện phân được kết nối để đạt đến nhiệt độ của phản ứng phân hủy điện cực dương/chất điện phân.

Sau đó, phản ứng phân hủy của chất điện phân cuối cùng dẫn đến hiện tượng mất kiểm soát nhiệt. Do đó, việc chặn bất kỳ bước nào trong quy trình có thể cải thiện độ ổn định nhiệt của pin. Cải thiện độ ổn định nhiệt của màng SEI thông qua việc sửa đổi giao diện và kiểm soát phạm vi nhiệt độ phản ứng của vật liệu điện cực dương và âm thông qua tối ưu hóa vật liệu có thể làm giảm hiện tượng mất kiểm soát nhiệt của pin và cải thiện độ an toàn tổng thể của pin.

2.2 Kiểm soát quy trình

Tính nhất quán của pin là điều kiện tiên quyết để đảm bảo an toàn cho kết nối nối tiếp và song song. Để đạt được tính nhất quán của pin, quá trình sản xuất phải được kiểm soát cẩn thận. Việc thiếu sót trong các chi tiết của quy trình sản xuất thường gây ra các vấn đề an toàn nghiêm trọng.

2.3 Thiết kế pin

Thiết kế pin hợp lý có thể cải thiện hiệu suất an toàn của pin trong trường hợp lạm dụng. Đối với pin lithium-ion hình trụ, thiết kế an toàn của pin chủ yếu xem xét hai điểm sau:

(1) Lựa chọn phụ gia điện phân. Sạc quá mức là một trong những tình trạng phổ biến của tình trạng lạm dụng pin. Khi pin bị sạc quá mức, chất điện phân bị oxy hóa và phân hủy, tạo ra một lượng nhiệt lớn, dẫn đến áp suất và nhiệt độ bên trong pin tăng đột ngột, gây ra nguy cơ nổ tiềm ẩn cho pin hình trụ. Nghiên cứu về việc cải thiện an toàn sạc quá mức bằng cách thêm phụ gia chống sạc quá mức vào chất điện phân đang dần được đào sâu.

(2) Thiết kế điện trở bên trong thấp. Điện trở bên trong của pin là điện trở mà dòng điện chạy qua pin gặp phải trong quá trình hoạt động. Do điện trở bên trong lớn, pin sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn trong quá trình hoạt động, khiến nhiệt độ pin tăng cao, dẫn đến điện áp hoạt động xả pin giảm và thời gian xả pin ngắn lại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và tuổi thọ của pin, thậm chí gây ra tai nạn an toàn như nổ. Có thể giảm điện trở bên trong của pin và cải thiện độ an toàn của pin bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ và điều chỉnh bố cục bên trong.

Do hạn chế về vật liệu, công nghệ pin và quy trình sản xuất, pin lithium ion luôn có nguy cơ cháy nổ đáng kể trong quá trình sử dụng. Sự an toàn của pin lithium ion khi va chạm và đè bẹp luôn là trọng tâm chú ý.

Nhìn chung, lý do cơ bản gây ra hỏa hoạn do tác động bên ngoài lên pin lithium ion là do hiện tượng đoản mạch bên trong pin do biến dạng và hư hỏng nghiêm trọng, dẫn đến phản ứng điện hóa nghiêm trọng và tỏa nhiệt cao bên trong pin, cuối cùng dẫn đến hiện tượng nhiệt thoát ra ngoài và cháy nổ pin.

Các nhà nghiên cứu đã thu được hành vi hỏng hóc của pin lithium ion hình trụ dưới các lực bên ngoài cơ học khác nhau thông qua các thí nghiệm về tính toàn vẹn cơ học và mô phỏng số. Một số nhà nghiên cứu đã phát hiện ra hành vi mất kiểm soát nhiệt của pin lithium ion 18650 dưới nhiều phương pháp nghiền khác nhau và phát hiện ra rằng ngay cả khi pin không bị hỏng hoặc vỡ khi nén, nó vẫn có thể phát triển thành một tai nạn thảm khốc. Nhiều báo cáo nghiên cứu tập trung nhiều hơn vào lý thuyết cơ bản về quá trình cháy mất kiểm soát nhiệt của pin lithium ion, trong khi tương đối ít nghiên cứu được tiến hành về thử nghiệm an toàn của pin lithium ion trong quá trình nghiền.

Bài viết này có ý định tiến hành các thí nghiệm đùn hệ thống trên các loại pin lithium ion thông thường. Tác động của các điều kiện nghiền khác nhau đến an toàn cháy nổ của pin lithium ion đã được nghiên cứu.

1.Thử nghiệm

Pin 18650，50% SOC，Số 1,2,3

Bốn tốc độ nghiền được thử nghiệm lần lượt là 50 mm/phút, 100 mm/phút, 200 mm/phút và 400 mm/phút, và các biến dạng nghiền lần lượt là 10%, 20%, 30%, 40% và 50%. Bóp pin ở tốc độ nghiền không đổi đã cài đặt. Khi biến dạng pin đạt đến giá trị đã cài đặt, hãy dừng bóp và quan sát pin.

Trong quá trình thí nghiệm, cặp nhiệt điện loại K cảm biến nhiệt độ được cố định vào điện cực dương của pin lithium ion. Sử dụng thiết bị thu thập nhiệt độ tùy chỉnh để thu thập dữ liệu nhiệt độ được đo bằng cặp nhiệt điện. Ghi lại sự thay đổi nhiệt độ của điện cực dương trong quá trình thí nghiệm.

2. Kết quả

2.1 Ảnh hưởng của biến dạng nghiền

Khi biến dạng ép thấp hơn 20%, nhiệt độ bề mặt của điện cực dương sau khi ép đùn số 1 không thay đổi đáng kể. Khi biến dạng ép đạt 30%, nhiệt độ bề mặt của điện cực dương tăng đáng kể và nhiệt độ tăng nhanh hơn. Nhiệt độ đạt giá trị cực đại trong vòng 90 giây và sau đó giảm chậm.

Sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt điện cực dương của số 2 tương tự như số 1. Khi biến dạng ép thấp hơn 20%, sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt điện cực dương không đáng kể. Khi biến dạng đùn là 30%, nhiệt độ của điện cực dương tăng lên, với nhiệt độ tối đa khoảng 37 ℃. Nhiệt độ giảm chậm sau một thời gian tỏa nhiệt dài. Khi biến dạng đùn là 40%, nhiệt độ của điện cực dương của pin tăng nhanh và nhiệt độ tối đa tăng lên khoảng 57 ℃ và một lượng lớn chất điện phân chảy ra khỏi điện cực dương. Khi biến dạng biến dạng được đặt thành 50% để đùn, xu hướng thay đổi nhiệt độ của điện cực dương của pin tương tự như khi biến dạng là 40%. Nhiệt độ tối đa tăng lên khoảng 63 ℃ trong khi một lượng lớn chất điện phân chảy ra.

Sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt điện cực dương của số 3 khác biệt đáng kể so với số 1 và số 2. Khi biến dạng nghiền thấp hơn 10%, nhiệt độ bề mặt điện cực dương không thay đổi đáng kể. Khi biến dạng nghiền là 20%, nhiệt độ của điện cực dương tăng đáng kể và nhiệt độ tối đa đạt khoảng 47 ℃, với một lượng nhỏ chất điện phân chảy ra. Khi biến dạng nghiền là 30% và 40%, nhiệt độ điện cực dương tăng nhẹ rồi giảm chậm. Sau khi nới lỏng đầu nghiền, nhiệt độ lại tăng. Khi biến dạng nghiền là 50%, pin sẽ bị vỡ sau khi bị ép và nhiệt độ của điện cực dương sẽ nhanh chóng tăng lên khoảng 95 ℃. Sau đó, nhiệt độ của đầu nghiền được giải phóng sẽ tăng trở lại.

Pin điện cực dương lithium coban oxit không biểu hiện bất thường về nhiệt độ đáng kể khi biến dạng nghiền nằm trong phạm vi 20% và chỉ khi biến dạng nghiền khô 30% thì chúng mới dễ dàng sinh ra nhiệt và nhiệt, tạo ra nguy cơ cháy nổ nhất định. Nhiệt độ điện cực dương của pin điện cực dương vật liệu ba thành phần tăng đáng kể khi biến dạng nhạy cảm của pin là 20% và nhiệt độ điện cực dương tối đa trong thí nghiệm nghiền có thể tăng lên khoảng 95 ℃, cao hơn 66 ℃ của pin điện cực dương lithium coban oxit, cho thấy pin điện cực dương vật liệu ba thành phần có nguy cơ cháy nổ lớn hơn khi chịu tác động của lực nghiền bên ngoài. Kết quả nghiền dưới các biến dạng khác nhau cho thấy biến dạng thực nghiệm nghiền để đánh giá mức độ an toàn cháy nổ của pin lithium ion nên được đặt thành ≥ 30%.

2.2 Tác động của tốc độ nghiền

Đặt biến hình dạng thành 30%. Nhiệt độ bề mặt điện cực dương của mỗi pin thay đổi theo thời gian ở các tốc độ nghiền khác nhau.

Nhiệt độ bề mặt của điện cực dương số 1 tăng nhanh sau khi bị nghiền nát. Trong quá trình thí nghiệm, người ta quan sát thấy một lượng lớn chất điện phân chảy ra. Khi tốc độ nghiền là 100 mm/phút, 200 mm/phút và 400 mm/phút, nhiệt độ tối đa lần lượt là khoảng 68 ℃, 81 ℃ và 71 ℃. Tốc độ nghiền ít ảnh hưởng đến sự gia tăng nhiệt độ của 1. Các tốc độ nghiền khác nhau có cùng tốc độ biến dạng và sự gia tăng nhiệt độ của điện cực dương về cơ bản là giống nhau.

Dung lượng pin tăng từ 2,2 Ah ở số 1 lên 2,6 Ah ở số 2, khiến pin nhạy cảm hơn với tốc độ nghiền. Nhiệt độ tăng lên của bề mặt điện cực dương tiếp tục tăng theo tốc độ nghiền. Khi tốc độ nghiền tăng từ 100 mm/phút lên 400 mm/phút, nhiệt độ tối đa của bề mặt điện cực dương tăng từ khoảng 65 ℃ lên khoảng 95 ℃, kèm theo lượng lớn chất điện phân chảy ra.

Sự thay đổi nhiệt độ của bề mặt điện cực dương số 3 tương tự như số 2. Tốc độ nghiền càng lớn thì nhiệt độ tăng càng cao. Khi tốc độ nghiền là 50 mm/phút

Ở tốc độ 100 mm/phút và 400 mm/phút, nhiệt độ tối đa lần lượt là khoảng 65℃, 78℃ và 106℃, cao hơn nhiệt độ tối đa của số 2 trong cùng điều kiện thực nghiệm. Ở tốc độ ép 200 mm/phút, số 3 phát nổ, tạo ra một lượng lớn khói trắng bên trong màng và chất điện phân phun ra từ điện cực dương.

Kết quả thử nghiệm về các tốc độ nghiền khác nhau cho thấy tốc độ nghiền càng cao thì nhiệt độ tăng của pin lithium ion càng cao, nguy cơ cháy nổ càng lớn. Trong ba loại pin lithium ion, pin điện cực dương vật liệu ba thành phần thể hiện mức tăng nhiệt độ lớn nhất khi tốc độ nghiền tăng và nhiệt độ tối đa có thể đạt được là cao nhất, cho thấy rủi ro lớn nhất. Từ so sánh thử nghiệm về các tốc độ nghiền khác nhau, có thể thấy tốc độ nghiền phải ≥ 200mm/phút trong quá trình đánh giá an toàn cháy nổ của pin lithium ion, để quan sát tốt hơn sự khác biệt giữa các loại pin lithium ion khác nhau. Đồng thời, sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt pin lithium ion có thể được sử dụng làm cơ sở quan trọng để đánh giá an toàn cháy nổ, đặc biệt nếu nhiệt độ bề mặt có thể tăng lên trên 100 trong quá trình đùn, thì nguy cơ cháy nổ đối với pin lithium ion sẽ cao hơn.

3.Kết luận

Pin lithium ion dễ bị đoản mạch bên trong, có thể dẫn đến đánh lửa, cháy và thậm chí nổ dưới áp suất bên ngoài. Để nghiên cứu nguy cơ cháy của pin lithium ion trong điều kiện nghiền, ba loại pin lithium ion đã được chọn để thực hiện các thí nghiệm đánh lửa nghiền dưới các biến dạng nghiền khác nhau và tốc độ nghiền khác nhau. Các kết luận sau đây đã được rút ra: Khi biến dạng nghiền của pin điện cực dương oxit lithium coban nằm trong phạm vi 20%, không có nguy cơ bất thường đáng kể về nhiệt độ pin; Chỉ khi biến dạng nghiền đạt 30% thì mới dễ sinh ra nhiệt và nhiệt, dẫn đến một số nguy cơ cháy nổ.

Khi biến thiên hình dạng của pin điện cực dương vật liệu ba thành phần là 20%, có sự gia tăng nhiệt độ đáng kể đạt đến nhiệt độ tối đa cao hơn đáng kể so với pin điện cực dương oxit lithium coban. Khi chịu tác động nén bên ngoài, có nguy cơ cháy nổ tiềm ẩn lớn hơn. Khi tốc độ nghiền tăng lên, nhiệt độ tăng của pin lithium ion cũng tăng lên và nguy cơ cháy nổ cũng tăng theo.

So với pin điện cực dương lithium coban oxit, pin điện cực dương vật liệu ba thành phần đạt nhiệt độ cao hơn với mức tăng nhiệt độ lớn hơn khi tốc độ nghiền tăng và dễ xảy ra cháy nổ hơn.

Khi đánh giá tính an toàn cháy nổ của pin lithium ion thông qua các thí nghiệm nghiền, biến hình dạng phải được đặt thành 30% và tốc độ nghiền phải được đặt thành 200 mm/phút. Đồng thời, sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt pin lithium ion có thể là cơ sở quan trọng để đánh giá tính an toàn cháy nổ.

Do pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, vũ trụ, xe năng lượng mới và các lĩnh vực khác, nên rủi ro và vấn đề an toàn của chúng trong quá trình sử dụng ngày càng nổi bật. Đặc biệt là trong điều kiện lạm dụng (như nhiệt độ cao, đoản mạch, quá tải và xả, rung động, đùn và va đập, v.v.), chúng dễ bị khói, cháy và thậm chí nổ. Do đó, các chỉ số an toàn của chúng cũng được đánh giá cao trên toàn thế giới. Hiện nay, một số tổ chức quốc tế và quốc gia trên thế giới đã đưa ra các tiêu chuẩn và yêu cầu kiểm tra pin lithium tương ứng và đã nghiên cứu hiệu suất an toàn của pin lithium-ion từ các góc độ khác nhau. Bài báo này thảo luận về các tiêu chuẩn an toàn của pin lithium-ion, phân tích mục đích và phương pháp thử nghiệm của các tiêu chuẩn an toàn khác nhau và tập trung vào việc phân tích các phương pháp thử nghiệm và các yếu tố ảnh hưởng đến đoản mạch bên trong có tác động lớn đến sự an toàn của pin lithium-ion.

1. Hệ thống đánh giá an toàn của pin lithium ion

1.1 Phân loại hệ thống

Hiện nay, hệ thống tiêu chuẩn nước ngoài được chia thành ba loại theo các cấp độ khác nhau:

(1) Các tiêu chuẩn quốc tế như Liên hợp quốc ( LHQ ), Ủy ban Kỹ thuật Điện quốc tế ( IEC ), v.v.;

(2) Tiêu chuẩn quốc gia hoặc khu vực, chẳng hạn như tiêu chuẩn quốc gia do Viện Tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ANSI), Viện Tiêu chuẩn Anh (BSI), Viện Tiêu chuẩn Đức (DIN), Ủy ban Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JISC) và tiêu chuẩn khu vực Châu Âu (EN) do Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Châu Âu (CEN) xây dựng;

(3) Các tiêu chuẩn công nghiệp, chẳng hạn như các tiêu chuẩn do các tổ chức công nghiệp như Viện Kỹ sư Điện và Điện tử Hoa Kỳ (IEEE), Hiệp hội Công nghiệp Pin Nhật Bản (BAJ) và Phòng thí nghiệm Bảo hiểm ( UL ) xây dựng.

1.2 Đánh giá và phân tích an toàn

Trong những năm gần đây, các phương pháp phát hiện pin lithium ngày càng hoàn thiện hơn, nhiều tiêu chuẩn an toàn đã được đưa ra trong và ngoài nước, chẳng hạn như GB/T 18287-2000 IEC62133, UL 1642 IEEE1625, v.v. Ngoài ra, các tiêu chuẩn an toàn cho việc vận chuyển và sử dụng pin lithium trong thiết bị cũng đã được đưa ra, chẳng hạn như UN38.3, GB 4943, v.v. Có thể nói rằng tiêu chuẩn an toàn của pin lithium-ion đã trở thành một phần quan trọng và không thể thiếu của tiêu chuẩn pin lithium-ion. Các mục kiểm tra của tiêu chuẩn an toàn thường được sử dụng hiện nay có thể được chia thành bốn loại.

Có nhiều sự khác biệt về nội dung của các tiêu chuẩn pin lithium-ion do cơ sở kỹ thuật và mục đích khác nhau của các tổ chức và nhà sản xuất khác nhau. Trong số các tiêu chuẩn pin lithium-ion của nước ngoài, các tiêu chuẩn IEC, UL, IEEE và JIS có ảnh hưởng. Các tiêu chuẩn liên quan của IEC được chỉ định theo các yêu cầu về hiệu suất, yêu cầu an toàn, thử nghiệm cơ học, an toàn vận chuyển, v.v.; Các tiêu chuẩn UL chủ yếu tập trung vào các thử nghiệm an toàn, nhiều trong số đó, chẳng hạn như thử nghiệm đốt cháy, không có trong các tiêu chuẩn khác; Tiêu chuẩn IEEE tập trung vào toàn bộ hệ thống pin.

Có những yêu cầu chi tiết đối với cell pin, gói pin và bộ sạc. Là nơi sản sinh ra pin lithium, Nhật Bản có các doanh nghiệp pin lithium ion lớn bao gồm Panasonic, Sony, Sanyo, NEC, Hitachi, v.v. Các doanh nghiệp này đặc biệt chú trọng đến việc phát triển công nghệ pin lithium ion và công tác chuẩn hóa liên quan. Tổ chức BAJ nơi các doanh nghiệp này đặt trụ sở đã xây dựng Tiêu chuẩn Yujia Nhật Bản JS C8714 – vào năm 2007. Tiêu chuẩn này là tiêu chuẩn an toàn do Nhật Bản phát triển dành riêng cho pin lithium ion và một số nội dung thử nghiệm của tiêu chuẩn này mang tính tiên phong, chẳng hạn như thử nghiệm ngắn mạch bên trong bắt buộc.

1.3 Tổ chức thử nghiệm

Hiện nay, các tổ chức thử nghiệm an ninh quan trọng nhất trên thế giới là Underwriters Lab – laboratories (UL-1642), Liên hợp quốc (UN) về Giao thông vận tải và Ủy ban Kỹ thuật Điện quốc tế (IEC-Project).

1.4 Phân tích các mục đánh giá

Tất cả các thử nghiệm an toàn đều được thiết kế để mô phỏng tình huống lạm dụng có thể xảy ra. Ví dụ, châm cứu mô phỏng hiện tượng đoản mạch bên trong; Thử nghiệm quá tải mô phỏng sự cố hỏng bảng mạch bảo vệ; Thử nghiệm áp suất thấp trong thử nghiệm khả năng thích ứng với môi trường tương ứng với tình huống có thể xảy ra trong quá trình vận chuyển hàng không.

Độ khó của các hạng mục kiểm tra an toàn đối với các loại pin lithium-ion khác nhau là khác nhau. Nhìn chung, đối với pin lithium-ion kín, bài kiểm tra khả năng thích ứng với môi trường thường được coi là dễ vượt qua; Pin có kích thước nhỏ và dung lượng nhỏ cũng tương đối dễ vượt qua. Đối với những hạng mục kiểm tra khó vượt qua, nhiệt độ của pin sẽ tăng lên trong quá trình kiểm tra. Nhiệt độ cao hơn sẽ gây ra hoặc đẩy nhanh phản ứng hóa học trong pin và cuối cùng dẫn đến tình trạng pin bị mất kiểm soát nhiệt, nổ, cháy và các tình trạng khác. Pin lithium-ion thương mại là loại pin cỡ nhỏ và trung bình có dung lượng thấp, tương đối dễ vượt qua các bài kiểm tra an toàn, ngay cả khi các vấn đề về an toàn phát sinh trong tay người dùng cuối. Tác hại trực tiếp gây ra cũng nhỏ; Đối với các loại pin có dung lượng cao hơn như EV và HEV đang được phát triển, việc vượt qua bài kiểm tra an toàn khó khăn hơn nhiều so với pin thương mại.

Ngoài ra, một khi vấn đề an toàn xảy ra, hậu quả sẽ rất khủng khiếp. Hơn nữa, so với các hệ thống điện hóa khác, pin lithium-ion có một số điểm khác biệt, đó là không có cơ chế bảo vệ bên trong khi sạc quá mức. Hơn nữa, hệ thống pin rất nhạy cảm với nước nên phải được bịt kín hoàn toàn. Do đó, khi pin bị sạc quá mức, một loạt các phản ứng không thể đảo ngược sẽ xảy ra, bao gồm cả việc tước lithium quá mức khỏi điện cực dương; Kim loại lithium kết tủa từ điện cực âm, dẫn đến phản ứng phân hủy dung môi điện phân và các dendrite lithium. Trong khi các phản ứng này xảy ra, một lượng nhiệt lớn được tạo ra và tích tụ, làm tăng tốc độ phân hủy nhiệt của điện cực dương và tương tự. Đồng thời, sự kết tủa của oxy và các khí khác làm tăng áp suất bên trong. Cuối cùng, nó có thể khiến pin cạn kiệt (áp suất tăng gây ra tác động của cơ chế phá vỡ), và trong trường hợp nghiêm trọng, nó có thể gây ra rò rỉ khí dữ dội, vỡ và hỏa hoạn và các tai nạn an toàn khác. Đối với pin lithium-ion, do sử dụng dung môi hữu cơ nên khi xảy ra tai nạn, thường xảy ra cháy.

Pin lithium-ion có khả năng chịu được quá tải nhất định. Điều này là do phản ứng phụ trong pin đơn giản hơn so với pin lithium chính. Lúc này, điện cực dương sẽ có phản ứng lắng đọng lithium, trong khi điện cực âm có thể có phản ứng phân hủy chất điện phân. Nhìn chung, khi sử dụng riêng các loại pin dung lượng lớn nhỏ, khả năng xảy ra hiện tượng đoản mạch bên trong là cao nhất. Nguyên nhân là một mặt, khi thiết kế loại pin này, nó thường theo đuổi dung lượng cao, do đó sử dụng màng ngăn mỏng hơn và điện cực mật độ cao. Điều này làm tăng khả năng gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong. Đồng thời, nếu có tạp chất hạt kim loại trong quá trình sản xuất, nó có thể lắng đọng trên bề mặt màng ngăn hoặc điện cực trong quá trình tuần hoàn, dẫn đến sự chồng chéo trực tiếp của điện cực dương và âm; Tuy nhiên, pin lớn thường được sử dụng kết hợp (ví dụ, pin công suất của xe điện lớn hơn 200V), do đó tai nạn do sạc quá mức nghiêm trọng là phù hợp nhất.

2. Phương pháp đánh giá ngắn mạch bên trong

Khi pin bị đoản mạch bên trong, một dòng điện rất lớn chạy qua vị trí đoản mạch và sinh ra một lượng nhiệt lớn, có thể gây ra hiện tượng nhiệt độ tăng cao, thậm chí là cháy hoặc nổ trong pin. Kiểm tra đoản mạch bên trong mô phỏng là một khía cạnh quan trọng của việc phát hiện pin lithium ion. Hiệu suất an toàn của pin lithium-ion có thể được đánh giá hiệu quả bằng cách đánh giá hiệu suất đoản mạch bên trong của pin lithium-ion thông qua các thử nghiệm dự đoán và phương pháp phát hiện. Trong số các tiêu chuẩn khác nhau của tiêu chuẩn lithium ion, các phương pháp phát hiện để mô phỏng đoản mạch bên trong chủ yếu bao gồm thử nghiệm đùn thanh, thử nghiệm đùn, thử nghiệm đâm kim, thử nghiệm va chạm vật nặng, thử nghiệm đoản mạch bên trong cưỡng bức, phương pháp NASA, thử nghiệm kim cùn, v.v.

3.Kết luận

Tính an toàn của pin điện là yếu tố hạn chế chính đối với sự phát triển của pin điện năng lượng mới hiện nay, và ngắn mạch bên trong là lỗi nghiêm trọng nhất trong an toàn của pin. Thông qua việc nghiên cứu hệ thống đánh giá và đánh giá ngắn mạch bên trong, chúng ta có thể hiểu đầy đủ các phương pháp và môi trường thử nghiệm khác nhau. Kết quả đánh giá các đặc tính an toàn của pin điện cũng khác nhau.

Nhiều quốc gia và khu vực không ngừng cải thiện luật, quy định, tiêu chuẩn và thử nghiệm có liên quan. Để ứng phó với môi trường ứng dụng ngày càng khắt khe. Hiện nay, pin điện của Trung Quốc, bao gồm luật và quy định liên quan đến xe năng lượng mới, bắt đầu tương đối muộn, chủ yếu tham khảo hệ thống của Châu Âu và Nhật Bản. Chỉ với các tiêu chuẩn thử nghiệm nghiêm ngặt hơn, phạm vi thử nghiệm toàn diện hơn và các liên kết thử nghiệm hoàn thiện hơn thì kết quả mới có thể chân thực và công bằng hơn. Chỉ bằng cách này, chúng ta mới thực sự có thể thúc đẩy thiết kế pin điện: chú ý đến các vấn đề an toàn trong quá trình sản xuất, thúc đẩy các doanh nghiệp chú ý đến các mắt xích yếu của pin điện với tiêu chuẩn cao hơn và bao phủ toàn bộ vòng đời của pin bằng nhận thức về bảo vệ an toàn pin, do đó giảm hiệu quả thương tích và tổn thất do an toàn pin gây ra.

Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong các loại xe năng lượng mới. Trong những năm gần đây, các vụ tai nạn nổ xe năng lượng mới đã gây ra mối quan tâm và chú ý rộng rãi đến sự an toàn của chúng. Pin lithium-ion có thể cháy và phát nổ trong các điều kiện khắc nghiệt như quá tải, va chạm và nhiệt độ cao, và rất khó để dập tắt.

1. Phân tích quá trình cháy và đặc điểm của pin lithium-ion

Pin lithium-ion chủ yếu bao gồm điện cực dương, điện cực âm, màng ngăn, chất điện phân, vỏ và các thành phần khác. Vật liệu catốt thường là oxit kim loại chuyển tiếp xen kẽ lithium hoặc hợp chất polyanion; Vật liệu anode chủ yếu là than chì. Chất điện phân chủ yếu bao gồm dung dịch hỗn hợp hữu cơ và muối lithium.

Màng ngăn chủ yếu được sử dụng để cô lập vật liệu dương và âm, ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch do electron đi qua và cho các ion trong chất điện phân đi qua. Khi pin được sử dụng, điện cực âm carbon, vật liệu hoạt động dương và chất điện phân sẽ trải qua phản ứng điện hóa hoặc hóa học để giải phóng nhiệt, điều này sẽ khiến nhiệt độ của pin tăng lên và thúc đẩy phản ứng. Trong trường hợp lạm dụng như đoản mạch, nhiệt độ cao, va chạm, v.v., rất dễ gây ra hiện tượng mất nhiệt bên trong pin.

Sự thoát nhiệt nhanh chóng giải phóng năng lượng khiến chất điện phân bị cháy và nhiệt độ của pin tăng nhanh. Bởi vì các thành phần khác của pin lithium, chẳng hạn như điện cực âm Shi Zhao, màng ngăn và điện cực dương, cũng là chất dễ cháy, dẫn đến cháy và thậm chí nổ vật liệu thành phần pin.

Sau khi vỏ pin bị vỡ, không khí và lithium trải qua phản ứng oxy hóa dữ dội, cũng khiến pin bị cháy hoặc thậm chí phát nổ. Khi pin lithium ion cháy, vật liệu dương sẽ phân hủy và giải phóng oxy, quá trình đốt cháy pin cũng sẽ giải phóng các khí dễ cháy như CO; Lượng nhiệt lớn được giải phóng bởi phản ứng bên trong cung cấp năng lượng cho quá trình đốt cháy pin lithium-ion. Những yếu tố này cũng khiến pin lithium cháy ngay cả trong môi trường kín. Một khi đã cháy, rất khó để dập tắt.

2. Phương pháp và thiết bị thử nghiệm

2.1 Bố cục bài kiểm tra

Mặt trước của Buồng thử nghiệm DGBELL được trang bị một cửa sổ quan sát có kích thước 150 mm x 150 mm. Giao diện lắp đặt cặp nhiệt điện được dành riêng ở phía sau buồng, và giao diện lắp đặt cảm biến áp suất được dành riêng ở phía trên và cả hai bên. Trong quá trình thử nghiệm, ba cặp nhiệt điện được lắp đặt ở phía sau buồng, và vị trí lắp đặt cách pin 10 cm. Các cặp nhiệt điện được kết nối với máy ghi không cần giấy.

Ở phần trên của buồng thử nghiệm, một cảm biến áp suất được lắp đặt ở bên trái và bên phải tương ứng, được kết nối với hệ thống thu thập dữ liệu để theo dõi áp suất nổ trong buồng thử nghiệm. Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt kế hồng ngoại được sử dụng để theo dõi nhiệt độ bề mặt của pin. Thử nghiệm chủ yếu theo dõi nhiệt độ cháy của pin lithium và áp suất nổ trong bình. Nhiệt độ cháy được theo dõi bằng cặp nhiệt điện loại K bọc thép và phạm vi nhiệt độ theo dõi là 0 ~ 1000 ℃; Sử dụng máy ghi không cần giấy để ghi lại giá trị giám sát cặp nhiệt điện, với khoảng thời gian ghi là 1 giây.

Áp suất nổ trong buồng thử nghiệm được thu thập bởi cảm biến áp suất và hệ thống thu thập dữ liệu, phạm vi đo của cảm biến áp suất là 0~30 kPa; Nhiệt độ bề mặt của pin lithium được theo dõi bằng nhiệt kế hồng ngoại, có thể theo dõi phạm vi – 20~550 ℃.

2.2 Phương pháp thử nghiệm

Pin dùng để thử nghiệm là pin lithium ba thành phần dành cho xe điện đã tháo bỏ vỏ. Vật liệu ba thành phần là lithium niken-coban manganat, sử dụng muối niken, muối coban và muối mangan làm nguyên liệu. Tỷ lệ niken, coban và mangan có thể điều chỉnh được, vật liệu anot là than chì. Điện áp định mức của pin là 48 V, dòng điện định mức là 10 A, trạng thái sạc là nguồn điện tại nhà máy và kích thước pin là 285 mm x 92 mm x 72 mm. Bằng cách làm nóng tấm đáy của buồng thử nghiệm, pin liên tục được làm nóng và đánh lửa. Sau khi pin bắt lửa, hãy dừng làm nóng tấm đáy của buồng.

3. Thử nghiệm đốt và nổ pin lithium

Khi ngọn lửa mở đầu tiên xảy ra, nhiệt độ bề mặt của pin được đo bằng nhiệt kế hồng ngoại là khoảng 205 ℃. Sau khi ngọn lửa mở xảy ra, pin cháy dữ dội, ngọn lửa cháy lấp đầy toàn bộ buồng thử nghiệm và phun ra từ cửa sổ quan sát. Nhiệt độ tối đa trong buồng thử nghiệm được đo bằng cặp nhiệt điện là 705 ℃.

Nhiệt độ cháy được theo dõi trong buồng thử nghiệm thay đổi theo thời gian. Nhiệt độ cháy của pin lithium ion có thể được chia thành giai đoạn tăng trưởng ban đầu, giai đoạn tăng đột ngột và giai đoạn suy giảm. Trong giai đoạn tăng trưởng ban đầu, nhiệt độ trong buồng thử nghiệm tăng chậm do tác động kết hợp của nhiệt bên ngoài và giải phóng nhiệt của pin. Ở giai đoạn này, vỏ pin bị hư hỏng và khói được tạo ra bên trong.

Trước và sau khi pin phát ra lửa hở, nhiệt độ cháy tăng đột ngột, pin cháy dữ dội, trong quá trình cháy thỉnh thoảng xảy ra nổ, khoảng cách xa nhất lên tới 4m. Sau đó, nhiệt độ bắt đầu giảm và bước vào giai đoạn phân rã. Nhiệt sinh ra do phản ứng bên trong của pin tích tụ với số lượng lớn, giải phóng tức thời gây ra hiện tượng nổ trong quá trình cháy.

Trước và sau khi pin có ngọn lửa mở, nhiệt độ trong buồng thử nghiệm bắt đầu tăng mạnh. Tốc độ phản ứng hóa học bên trong pin rất nhanh và nhiệt được giải phóng nhanh chóng. Lúc này, rất khó để thực hiện các biện pháp chữa cháy để đạt được hiệu quả làm mát tốt. Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ đỉnh vẫn còn cao, vì vậy các biện pháp chữa cháy và làm mát nên được thực hiện ở giai đoạn tăng nhiệt độ ban đầu.

1.5 Đâm xuyên

Thử nghiệm đâm xuyên bằng đinh đánh giá độ an toàn của pin bằng cách đâm kim thép qua mẫu ở một tốc độ nhất định. Kim thép xuyên qua pin, làm hỏng tính toàn vẹn của điện cực và màng ngăn, dẫn đến đoản mạch trong pin và sinh nhiệt liên tục. Mức độ nghiêm trọng của thử nghiệm đâm xuyên bằng đinh tương đối cao và chỉ có ba tiêu chuẩn được giới thiệu trong bài viết này bao gồm thử nghiệm này. Theo sự khác biệt của các mẫu thử nghiệm, các thông số thử nghiệm (độ sâu của kim, đường kính kim thép, tốc độ kim, v.v.) của thử nghiệm kim khá khác nhau. SAEJ2464 200 và GB/T31485-2015 đều yêu cầu kim thép phải ở trong mẫu trong 1 giờ sau khi đâm xuyên mẫu, nhưng FreedomCAR không chỉ định.

1.6 Lật

Bài kiểm tra lật xe mô phỏng tình trạng lật xe và lật ngược xe mà xe có thể gặp phải trong một vụ tai nạn, còn được gọi là xoay xe trong một số tiêu chuẩn (UL2580-2013, SAEJ2929 2013). SAEJ2929 2013 không chỉ định riêng hạng mục kiểm tra lật xe, hạng mục này nằm trong hạng mục kiểm tra đùn, và bài kiểm tra lật xe được yêu cầu thực hiện sau bài kiểm tra đùn.

Bài kiểm tra lật đổ của năm tiêu chuẩn trên có thể được chia thành ba loại: SAE J2464 2009, FreedomCAR và GB/T 31467.3-2015 đều yêu cầu mẫu phải được xoay với tốc độ 360 °/phút (6 °/giây) trong một chu kỳ, sau đó theo các bước tăng 90 °, mỗi vị trí phải được duy trì trong 60 phút và xoay trong một chu kỳ. Sự khác biệt là SAEJ2464 2009 và FreedomCAR không chỉ định trục quay, còn GB/T31467.3-2015 chỉ định mẫu cần xoay theo hai hướng của trục x và trục v. SAE J2929 2013 yêu cầu mẫu phải xoay 90 ° trong vòng 1~3 phút, sau đó giữ nguyên trong 5 phút và xoay trong một chu kỳ. Tiêu chuẩn UL 2580 2013 yêu cầu mẫu phải quay với tốc độ 90/15 giây trong một chu kỳ và cần phải quay theo hai hoặc ba hướng. Đặc biệt, cần lưu ý rằng thử nghiệm này không được thực hiện đối với pin axit chì giàu chất lỏng.

1.7 Thả

Thử nghiệm thả rơi mô phỏng tình huống pin điện vô tình trượt khỏi xe hoặc rơi từ trên cao. Thử nghiệm yêu cầu mẫu rơi tự do xuống đất từ ​​độ cao đã chỉ định theo một hướng nhất định.

Ngoại trừ FreedomCAR, yêu cầu rơi trên bề mặt hình trụ của thanh thép hình trụ, các tiêu chuẩn khác yêu cầu rơi trên mặt đất bê tông hoặc bề mặt cứng. Đối với chiều cao rơi, SAE J2464 2009, GB/T31485-2015 và GB/T 31467.3-2015 chỉ định chiều cao rơi cố định trong phạm vi từ 1 đến 2 m. SAE J2929 2013 và UL 2580 2013 chỉ định rằng chiều cao rơi phải cách ít nhất 1 m so với chiều cao rơi có khả năng xảy ra nhất. FreedomCAR yêu cầu chiều cao rơi không được vượt quá 10 m. Chiều cao cụ thể phải được xác định theo các điều kiện lạm dụng đáng tin cậy trong quá trình sản xuất, lắp ráp và sử dụng bình thường của pin. UL2580 2013 quy định rằng mẫu phải được thả ít nhất một lần. Khi chỉ thả một lần, không được thả theo chiều ngang. Mẫu phải nghiêng 10 ° để cạnh tiếp xúc với mặt đất; Khi số lần rơi nhiều hơn một, phải có ít nhất một lần rơi không theo phương ngang. Số lần rơi không được chỉ định trong các tiêu chuẩn khác.

2. An toàn môi trường

2.1 Chu kỳ sốc nhiệt

Thử nghiệm chu kỳ sốc nhiệt có nhiều tên gọi khác nhau trong các tiêu chuẩn khác nhau, chẳng hạn như chu kỳ nhiệt độ (IEC 62660-2 (3), GB/T 31485-2015), sốc nhiệt độ (GB/T 31467.3-2015), sốc nhiệt (SAE J2929 2013), chu kỳ nhiệt (UL 2580 2013). Mục đích của thử nghiệm này là xác minh khả năng của pin điện chống lại những thay đổi đột ngột và nhanh chóng về nhiệt độ môi trường. Đây là hạng mục thử nghiệm được sử dụng rộng rãi nhất. Tất cả các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật trong bài báo này đều bao gồm hạng mục này. Thử nghiệm này yêu cầu mẫu phải được chuyển đổi nhanh chóng giữa hai nhiệt độ cực đại và được giữ trong một thời gian nhất định và được chu kỳ trong 5 lần trở lên. Cần lưu ý rằng thiết bị kiểm soát nhiệt độ hoặc thiết bị làm mát có liên quan phải được đóng lại trước khi thử nghiệm. Ngoại trừ IEC 62660-2:2010 yêu cầu nhiệt độ tối thiểu là – 20 ℃ khi thử nghiệm mẫu đang hoạt động, các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật khác yêu cầu nhiệt độ tối thiểu là – 40 ℃, trong khi yêu cầu về nhiệt độ tối đa thì khác nhau, dao động từ +60 ℃ đến +85 ℃.

Thời gian chuyển đổi nhiệt độ gián tiếp chỉ định tốc độ thay đổi nhiệt độ. Thời gian chuyển đổi nhiệt độ của IEC 62660-2 (3) và GB/T 31485-2015 dài hơn, hơn 2 giờ, trong khi thời gian quy định trong các tiêu chuẩn khác ít hơn 30 phút. Số chu kỳ chủ yếu là 5 hoặc 30. Nhìn chung, có nhiều chu kỳ có thời gian chuyển đổi nhiệt độ dài, ngoại trừ GB/T 31485-2015. Cần lưu ý rằng SAE J2929 2013 tham chiếu đến UN38.3 và SAE J2464 2009, quy định rằng các thông số của cả hai tiêu chuẩn đều có thể được lựa chọn. UL 2580 2013 đã trích dẫn phần không hoạt động của các mẫu SAEJ2464 2009 và IEC 62660-2:2010 và chọn các tiêu chuẩn được trích dẫn theo loại mẫu.

2.2 Độ ổn định nhiệt

Kiểm tra độ ổn định nhiệt còn được gọi là kiểm tra độ bền nhiệt độ cao (IEC 62660-2 (3)), kiểm tra gia nhiệt (UL2580 2013, GB/T 31485-2015), được sử dụng để đánh giá độ ổn định của pin ở nhiệt độ cao.

Có 6 mục trong thông số kỹ thuật tiêu chuẩn được mô tả trong bài viết này bao gồm thử nghiệm nhiệt độ tăng đột ngột, có thể được chia thành 2 loại theo quy trình thử nghiệm.

Tiêu chuẩn loại 1 là IEC6260-2:2010, IEC 62660-3:2016, UL 2580 2013, GB/T 31485-2015, trong đó UL2580 2013 trực tiếp tham chiếu đến IEC 62660-2:2010. Tiêu chuẩn loại này yêu cầu nhiệt độ phải được gia nhiệt trực tiếp đến nhiệt độ quy định với tốc độ 5℃/phút và quá trình gia nhiệt phải dừng lại sau 30 phút hoặc 120 phút;

Loại thứ hai là SAE J2464 2009 và FreedomCAR, yêu cầu gia nhiệt theo từng bước 5 ℃ và giữ ở mỗi nhiệt độ trong một thời gian nhất định cho đến khi đạt đến nhiệt độ quy định hoặc mẫu gặp sự cố nghiêm trọng, sau đó bắt đầu từ bước nhiệt độ cuối cùng, gia nhiệt theo từng bước 2 ℃ và giữ ở mỗi nhiệt độ trong ít nhất 1 giờ cho đến khi mẫu bị mất kiểm soát nhiệt, để xác định nhiệt độ mất kiểm soát nhiệt. Loại thử nghiệm mất kiểm soát nhiệt đầu tiên tập trung nhiều hơn vào việc đánh giá tính ổn định của pin ở nhiệt độ cao, trong khi loại thử nghiệm thứ hai tập trung nhiều hơn vào việc ước tính nhiệt độ mất kiểm soát nhiệt của pin.

2.3 Cháy

Thử nghiệm cháy đánh giá hiệu suất an toàn của pin trong trường hợp hỏa hoạn bằng cách cho mẫu pin tiếp xúc với lửa hoặc bằng mô phỏng. Tên của các thử nghiệm này là khác nhau. Trong bài báo này, tiếp xúc với lửa bên ngoài (GB/T 31467.3-2015), tiếp xúc với lửa (Iso 12405-3:2014), nguy cơ nhiệt độ cao (SAE J2464 2009), tiếp xúc với hỏa hoạn mô phỏng xe (SAE J2929 2013), tiếp xúc với lửa bên ngoài (UL2580 2013), tiếp xúc với lửa bên trong (UL 2580 2013) Các thử nghiệm như đạn pháo (UL2580 2013), khả năng chống cháy (ECER100-02 2013) và cháy nhiên liệu mô phỏng (Freedom CAR) đều được phân loại thành một loại, được gọi chung là thử nghiệm cháy.

Quy trình thử nghiệm của ISO 12405-3:2014, ECE R100-02 2013 và GB/T31467.3-2015 tương tự nhau. Cho nhiên liệu vào một bình chứa tấm phẳng, đốt cháy và làm nóng trước trong 60 giây, sau đó đặt tấm phẳng dưới mẫu để tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa trong 70 giây. Sau đó đậy tấm phẳng lại và giữ trong 60 giây để kết thúc thử nghiệm. Quy trình thử nghiệm của SAE J2464 2009 và FreedomCAR tương tự nhau. Thay vì sử dụng ngọn lửa trần để thử nghiệm, mẫu được đưa vào một ống đồng kim loại hình trụ, nung nóng đến 890 ℃ trong vòng 90 giây, duy trì trong 10 phút hoặc các điều kiện khác ngăn cản thử nghiệm tiếp tục. SAE J2929 2013 không chỉ rõ quy trình thử nghiệm, nhưng tổ chức chịu trách nhiệm chỉ rõ các chi tiết và cung cấp SAE J2464, ECE R34, SAE J2579, KoreanMUSS 18-3, FMVSS 304 và các tiêu chuẩn khác để tham khảo. UL2580 2013 có ba hạng mục thử nghiệm cháy.

Đối với thử nghiệm đốt cháy bên ngoài, mẫu được nung nóng đến 590 ℃ bằng ngọn lửa trần, sau đó giữ trong 20 phút. Thử nghiệm đốt cháy bên trong xác minh tác động lên toàn bộ cụm pin sau khi pin đơn bị mất kiểm soát nhiệt. Nó có thể thúc đẩy sự mất kiểm soát nhiệt của pin đơn ở vị trí trung tâm trong vòng 10 phút bằng cách sưởi ấm, châm cứu và các phương tiện khác. Quan sát tình trạng của cụm pin. Thử nghiệm này chỉ áp dụng cho pin lithium ion. Sự phun cháy được trích dẫn theo UL 1642-2012, do đó mẫu được tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa trần cho đến khi bắt lửa hoặc phát nổ.