船用锂电池安全等级跟技术标准

目前，新能源领域常用的锂电池主要包括磷酸铁锂电池和三元锂电池。根据电池形状，可分为方形铝壳、圆柱形和软包装电池。磷酸铁锂电池不含有害元素，成本低，安全性好，循环寿命长，但能量密度低；三元锂电池能量密度高，充电大，耐低温性好，但热稳定性差。由于不同类型电池的结构特点和反应原理不同，其安全性也不同。从风险控制的角度对不同安全级别的锂电池采用不同的安全设置，这也是区分锂电池安全级别的意义。

▣船舶动力锂电池的规范和技术标准

2014年7月，中国船级社发布了《太阳能光伏系统与磷酸铁锂电池系统检测指南》(2014)版。随着锂电池技术的发展和标准的升级，锂电池技术在船舶应用领域越来越多。2019年，中国船级社发布了《纯电池动力船舶检测指南》，取代了《太阳能光伏系统与磷酸铁锂电池系统检测指南》中的相关规定。

2019年指南的几个主要变化是测试项目和方法的更新。在测试项目中，单个电池增强了热失控实验，电池模块和电池组增强了热失控扩散的要求。测试方法参照新的IEC标准和国家标准，使实验更具操作性和有效性。第二章介绍了锂电池安全分类的概念，主要将电池分为两个安全等级。安全等级为1的电池需要严格的保护措施，安全等级为2的电池可以采取一般的安全措施。提出了评估电池风险的要求，从电池设计原理、理论分析、测试结果等方面评估了电池可能存在的风险，以确保锂电池的安全使用。

▣动力锂电池的应用风险评估及应对方法

锂电池在实际使用过程中可能会发生碰撞、过充、过放、短路等风险，导致热失控，甚至引起火灾爆炸。随着单个电池能量密度的提高，安全风险越大，热失控释放的能量越高，大多数事故由于火灾和现场证据烧毁，不容易找到准确的事故原因。2019年10月，挪威渡船公司Norled“MFYtteroyningen客船电池室发生小火灾，事故原因不明。但动力电池的火灾通常始于一个或多个电池的热失控。

无论电池是由于外力（冲击、挤压、针刺、破裂等）或内部因素（电池老化造成结构损伤、电池鼓包过充、隔膜缺陷、杂质、毛刺、褶皱等）。可能导致内部短路，短时间释放大量能量，电池温度急剧上升，造成严重后果。根据动力电池热失控的原因，预防方法主要分为电池材料的优化和外部环境的预防和管理。

（1）电池材料的优化主要是通过电池材料的优化来阻断热失控的发生，提高电池的耐热失控能力。主要从电池的四大主要材料（正极材料、负极材料、隔膜、电解质）入手，如以热稳定性较高的磷酸铁锂为正极材料，分析正极材料各元素的比例，提高电池的热稳定性，在电解质中加入阻燃剂或开发固体聚合物电解质，选择强度较高、破膜温度较高的隔膜。电池材料的优化可以从根本上提高电池的安全性能，但也在一定程度上影响电池性能的发挥。

（2）电池热失控的外部风险防治措施主要分为三个方面：结构预防、BMS监控和热管理预防，如提高电池组的机械结构和保护水平；增加电池或模块之间的间隔部件，防止电池或模块之间的热传导；选择风冷、水冷、油冷等，缓解热失控对电池的损坏；增加电源管理系统(BMS)通过实时监控电池容量、电池充放电、电池温度等措施，确保电池处于健康工作状态，并在系统错误和热失控发生前对系统发出预警。

▣动力电池热失控测试方法

2019年第7章《中国船级社纯电池动力船舶检测指南》检验与实验技术标准，表7.2.1.2规定了电池单体试验中热失控试验的试验方法和参考依据。要求热失控试验按照电力储能锂电池GB/T36276进行：2018中5.2.3.8和附录A.2.19需要验证。实验的目的是验证电池在一定条件下热失控的风险。热失控判断的合格条件是电池在热失控条件下不应着火或爆炸。

以下是某类磷酸铁锂单电池热失控实验的基本情况:

（1）电池容量为105ah。实验选用500W电加热板触摸加热目标电池，加热板通过不锈钢夹具与电池紧密结合。温度传感器的布局如下：

（2）检测电池按要求加热1小时后，电池安全阀打开，开始产生可见烟雾，然后电池热失控，产生大量烟雾。热失控一段时间后，烟雾减少，电池表面开始冷却，直到实验结束。

如上图所示，热失控前电池表面温度不断升高，电池安全阀打开后有一定波动，电池热失控后达到峰值。其中，T4应安全阀脱落，测量温度脱落，因为电池没有着火，对环境温度T5影响较小。

电池实验前后对比

▣船舶动力电池的安全分级要求和方法

2019年第二章第二节，中国船级社《纯电池动力船舶检测指南》将电池安全分为两个层次：

安全分级清单

注:(1)在热失控的前提下释放氧气和有毒可燃气体，燃烧(爆炸)风险较高的电池，安全等级为1。

(2)在热失控的前提下，只释放有毒可燃气体，燃烧(爆炸)风险较低的电池，安全等级为2。

从分类列表可以看出，分类的主要区别在于热失控环境下是否释放氧气，燃烧(爆炸风险)是否较高。目前锂电池生产厂家基本都有能力进行热失控实验，可以提供中国的强制检验报告。但是，通过热失控的判断条件(在热失控的情况下，电池不应着火或爆炸)，可以发现热失控实验并不需要判断是否释放氧气和有毒可燃气体。如果要分析热失控释放的气体，必须收集释放的气体，并使用相关的气体探测器对释放的烟尘进行检测和分析。目前能满足试验条件并获得CCS认可的机构很少，因此尽快建立相应的实验能力非常重要。