《鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法》

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鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法

1范圍

本文件規(guī)定了鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的測(cè)試條件、樣品準(zhǔn)備及測(cè)試

方法等內(nèi)容。

本文件適用于電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池單體（以下簡稱“電池單體”）的測(cè)試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于本文件。

GB38031—2020電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求

GB/T19596—2017電動(dòng)汽車術(shù)語

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

電池單體secondarycell

將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置。

注：通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子，并被設(shè)計(jì)成可充放電。

[來源：GB38031-2020，3.1]

3.2

額定容量ratedcapacity

以制造商規(guī)定的條件測(cè)得的并由制造商申明的電池單體、模塊、電池包或系統(tǒng)的容量值。

注：額定容量通常用安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）來表示。

[來源：GB38031-2020，3.7]

3.3

絕熱加速量熱儀adiabatic-acceleratingratecalorimeter

一種專門用于測(cè)量化學(xué)反應(yīng)或物理過程中釋放或吸收的熱量的實(shí)驗(yàn)裝置。該儀器通常包括一個(gè)樣

品室，用于容納測(cè)試樣品，以及一個(gè)絕熱系統(tǒng)，控制熱量的流失或進(jìn)入系統(tǒng)。

注：儀器原理是在絕熱條件下，即在沒有熱量交換的環(huán)境中，確保了所有釋放或吸收的熱量都與所被測(cè)樣品的反

應(yīng)或過程直接相關(guān)。

3.4

熱電偶thermocouple

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一種溫度傳感器，由兩種金屬連接而成閉合回路，通過測(cè)量連接點(diǎn)與接線端之間電勢(shì)差，可以確

定連接點(diǎn)處的溫度。

3.5

荷電狀態(tài)stage-of-charge

當(dāng)前蓄電池中按照規(guī)定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。

[來源：GB/T19596-20173.3.3.2.5]

3.6

截止電壓cut-offvoltage

制造商規(guī)定的動(dòng)力蓄電池在充電或放電過程中，電池操作的電壓達(dá)到的一個(gè)特定閾值，保護(hù)電池

免受過度充電（上限截止電壓）或過度放電（下限截止電壓）的影響。

3.7

電池極芯batterycore

由正極、負(fù)極、隔膜以疊片或卷繞的方式組合在一起的組件，是鋰離子電池的核心組件。

3.8

方殼電池prismaticcell

結(jié)構(gòu)上采用鋁殼或鋼殼封裝，外形為長方體形的鋰離子蓄電池。

3.9

軟包電池pouchcell

在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜封裝的鋰離子蓄電池。

3.10

圓柱電池cylindricalcell

外形為圓柱型的鋰離子蓄電池。

3.11

比熱容specificheatcapacity

表示物質(zhì)提高溫度所需熱量的能力，它指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高（或下降）單位溫度所吸收

（或放出）的熱量。

3.12

導(dǎo)熱系數(shù)thermalconductivitycoefficient

在穩(wěn)定傳導(dǎo)傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1℃，在單位時(shí)間內(nèi)，通過1m2傳遞的

熱量。

4符號(hào)和縮略語

4.1符號(hào)

下列符號(hào)適用于本文件。

I1：1h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值。

I3：3h率放電電流（A），其數(shù)值等于額定容量值的1/3。

4.2縮略語

下列縮略語適用于本文件。

ARC：絕熱加速量熱儀（Adiabatic-acceleratingRateCalorimeter）

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FS：全量程（FullScale）

SOC：荷電狀態(tài)(StateOfCharge)

5測(cè)試條件

5.1一般條件

5.1.1除另有規(guī)定外，試驗(yàn)應(yīng)在溫度為25℃±5℃，相對(duì)濕度10%～90%，大氣壓力為86kPa～106

kPa環(huán)境下開展。

5.1.2當(dāng)測(cè)試規(guī)定的溫度改變時(shí)，在進(jìn)行測(cè)試前測(cè)試樣品需要完成環(huán)境適應(yīng)的過程：直到單體電池表

面溫度為25℃±5℃。

5.2測(cè)量儀器、儀表準(zhǔn)確度

測(cè)量儀器、儀表準(zhǔn)確度應(yīng)滿足以下要求：

a)電壓測(cè)量裝置：不低于0.5級(jí)，誤差在±0.5％FS；

b)電流測(cè)量裝置：不低于0.5級(jí)，誤差在±0.5％FS；

c)溫度測(cè)量裝置：≤375℃，±1.5℃；

d)尺寸測(cè)量裝置：誤差在±0.1％FS；

e)質(zhì)量測(cè)量裝置：誤差在±0.1％FS。

5.3數(shù)據(jù)記錄和記錄間隔

除非在某些具體測(cè)試項(xiàng)目中另有說明，否則測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄時(shí)間間隔應(yīng)不大于1s。

6樣品準(zhǔn)備

6.1電池極芯封裝

軟包電池不需額外處理，方殼電池及圓柱電池需將電池極芯拆出并用鋁塑膜重新封裝，拆解流程

見附錄A。

6.2SOC調(diào)整方法

調(diào)整SOC至試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值n%的方法：按制造商提供的充電方式將電池單體充滿電，靜置1h，以1I3，

恒流放電T，T按照式（1）計(jì)算得到，或者采用制造商提供的方法調(diào)整SOC。每次SOC調(diào)整后，在新

的測(cè)試開始前試驗(yàn)對(duì)象應(yīng)靜置30min。

100n……………...….…….….….….….….….（1）

T3

100

式中：

T——放電時(shí)間，單位為小時(shí)（h）；

n——試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值的百分?jǐn)?shù)值。

6.3樣品相關(guān)參數(shù)獲取

樣品參數(shù)獲取步驟如下：

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a)將拆解并重新封裝的極芯放置于電子天平上，對(duì)其進(jìn)行稱重并記錄示數(shù)為Mcore；

b)對(duì)極芯的幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量并記錄，并將尺寸參數(shù)記錄到附錄B的表B.1中；

c)根據(jù)極芯的質(zhì)量以及幾何參數(shù)按照公式（2）計(jì)算得到極芯密度，并將相關(guān)參數(shù)記錄到附錄B

的表B.1中。

M

core……………...….…….….….….….….（2）

Vcore

式中：

Mcore——極芯質(zhì)量，單位為千克（kg）；

3

ρcore——極芯密度，單位為千克每立方米（kg/m）；

3

Vcore——極芯體積，單位為立方米（m）。

注：core下標(biāo)表示極芯。

7比熱容測(cè)試方法

7.1樣品設(shè)置

準(zhǔn)備兩個(gè)相同的重新封裝的極芯和一片面積相同的薄膜加熱片，將加熱片置于兩個(gè)極芯之間，分

別在加熱片與兩個(gè)極芯外側(cè)安裝熱電偶，如圖1所示。

圖1比熱容測(cè)試樣品設(shè)置示意圖

7.2加熱片功率及加熱溫度的設(shè)置

加熱片的功率及加熱溫度設(shè)置方法：加熱片功率的選取應(yīng)盡量小，選擇加熱功率在直流電源輸出

量程的1/3～1/2處，加熱的最高溫度不超過75℃。

注：可以根據(jù)預(yù)估的電池極芯的比熱容初步計(jì)算所需的加熱功率，對(duì)于三元鋰電池極芯，預(yù)估比熱容推薦為1000

J/（kg·K），對(duì)于磷酸鐵鋰電池極芯預(yù)估比熱容推薦1100J/（kg·K）。

7.3測(cè)試步驟

比熱容測(cè)試步驟如圖2所示，具體如下：

a)將準(zhǔn)備好的極芯放置在ARC腔體中的支架上，并在一個(gè)極芯的外側(cè)大面中心布置安裝ARC主

熱電偶；

b)將ARC的工作模式設(shè)置為絕熱模式，將加熱片連接至直流電源，將熱電偶接至數(shù)據(jù)采集儀；

c)關(guān)閉ARC蓋子，對(duì)相關(guān)線束加以保護(hù)；

d)開始測(cè)試，分別打開數(shù)據(jù)采集器與直流電源；

e)將試驗(yàn)樣品加熱至60℃（不超過75℃），停止加熱片加熱，停止數(shù)采，整理試驗(yàn)設(shè)備。

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圖2比熱容測(cè)試連接示意圖

7.4數(shù)據(jù)處理

由于在絕熱環(huán)境下，極芯與外界沒有熱交換，可認(rèn)為加熱片產(chǎn)生的所有的熱量均被兩個(gè)極芯吸收。

通過監(jiān)測(cè)極芯溫度隨加熱時(shí)間的變化可獲得電池極芯的比熱容參數(shù)。極芯的比熱容用式（3）進(jìn)行計(jì)算。

Pt

Cp……………...….…….….….….….（3）

MTcore

式中：

Cp——比熱容，單位為焦耳每千克每開爾文（J/（kg·K））；

P——加熱器功率，單位為瓦（W）；

Mcore——極芯總質(zhì)量，單位為kg；

ΔT——溫升，單位為攝氏度（℃）；

t——時(shí)間，單位為秒（s）；

注：下標(biāo)core代表電池極芯.

計(jì)算結(jié)果示例見附錄C中圖C.1所示。

8導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法

8.1加熱片的設(shè)置

加熱片功率及加熱溫度的設(shè)置方法：加熱功率的選取原則為使得極芯能夠在3min～5min內(nèi)上升

20℃左右，并盡量選擇使加熱功率在直流電源功率輸出量程的1/3～1/2處，加熱片的面積應(yīng)盡可能

的小，類似點(diǎn)狀加熱，更能通過熱電偶獲取溫度分布數(shù)據(jù)。

8.2測(cè)試步驟

測(cè)試步驟如下：

a)在兩塊用鋁塑膜重新封裝的極芯中心位置粘貼加熱片，且在加熱片與極芯表面之間涂抹導(dǎo)熱

硅脂，使熱接觸充分、減小測(cè)試誤差，如圖3所示；

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b)在兩塊極芯外側(cè)面與加熱片對(duì)應(yīng)的位置粘貼熱電偶，并在長度方向上每隔一段距離（2cm）

粘貼一個(gè)熱電偶，粘貼不少于3個(gè)熱電偶，記錄各個(gè)位置的溫度。另外，再在極芯外表面覆

蓋泡沫塑料等隔熱材料；

c)將加熱片連接至直流電源，熱電偶連接至數(shù)據(jù)采集儀；

d)開啟加熱片電源，并記錄數(shù)據(jù)；

e)當(dāng)最高溫升達(dá)到60℃（最大不超過75℃）停止實(shí)驗(yàn)。

圖3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試步驟示意圖

8.3數(shù)據(jù)處理

通過對(duì)極芯中部進(jìn)行加熱，得到不同位置的溫度響應(yīng)差異，計(jì)算得到相應(yīng)方向的導(dǎo)熱系數(shù)。在不

考慮散熱影響的情況下，極芯受加熱后的溫度分布符合固體傳熱基本公式（4）。

dTTTT

Cq

coreVpxyz.….….….（4）

dtxxyyzz

式中：

3

ρcore——電池極芯的密度，單位為千克每立方米（kg/m）；

Cp——電池極芯的熱容，單位為焦耳每千克每開爾文（J/（kg·K））；

3

qV——熱源產(chǎn)熱功率，單位為瓦每立方米（W/m）；

λx——電池在x方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦特每米每開爾文（W/m·K）

λy——電池在y方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦特每米每開爾文（W/m·K）

λz——電池在z方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦特每米每開爾文（W/m·K）

其中，λx=λy為極芯展向上的導(dǎo)熱系數(shù)，λz為極芯徑向上的導(dǎo)熱系數(shù)。

根據(jù)上述測(cè)試方法，通過數(shù)值仿真軟件的固體傳熱模塊，對(duì)極芯的受熱過程進(jìn)行仿真模擬，在仿

真模型中監(jiān)測(cè)與實(shí)驗(yàn)中對(duì)應(yīng)熱電偶位置的溫度，并通過優(yōu)化算法，對(duì)極芯的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，直到

仿真中各點(diǎn)位置的溫度接近實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的各點(diǎn)溫度為止，將此時(shí)仿真結(jié)果優(yōu)化得到的導(dǎo)熱系數(shù)作為極

芯實(shí)際的導(dǎo)熱系數(shù)。具體計(jì)算過程及示例結(jié)果參考附錄D，將計(jì)算得到的電池?zé)崽匦詤?shù)記錄到附錄

B的表B.1中。

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附錄A

（資料性）

電池拆解方法

A.1方殼電池拆解

A.1.1拆解樣品

方殼單體電池。

A.1.2拆解設(shè)備

切割工具、絕緣工具（絕緣刀、絕緣剪刀等）、拆解工具等。

A.1.3拆解環(huán)境

電池拆解操作需在露點(diǎn)值小于–40℃的干房或者含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm的手套箱

中進(jìn)行。

A.1.4拆解步驟

具體步驟如下：

a)將電池按照6.2規(guī)定的方法放空電，放空電到到下限截止電壓，靜置完成后記錄單體電池電

壓；

b)在電池上部靠近上蓋處畫出兩圈平行的切割線，并用切割工具沿切割線進(jìn)行切割，使得兩圈

切割線處電池殼體厚度變薄，但仍保持密封；

c)用工具把上蓋與殼體分離，將電池外殼完全切割開，取出電池極芯，如圖A.1所示。

圖A.1方殼電池拆解步驟

A.1.5注意事項(xiàng)

對(duì)于極芯數(shù)目為1的電池單體，需拆解兩只方殼電池以獲取兩塊極芯，拆解之后的電池極芯應(yīng)重新

封裝成軟包電池并在3天之內(nèi)開展比熱容或?qū)嵯禂?shù)測(cè)試。

A.2圓柱電池拆解

A.2.1拆解設(shè)備

切割工具、絕緣工具（絕緣刀、絕緣剪刀等）、拆解工具等。

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A.2.2拆解環(huán)境

實(shí)驗(yàn)操作需在露點(diǎn)值小于–40℃的干房或者含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm的手套箱中進(jìn)

行。

A.2.3拆解步驟

具體步驟如下：

a)將電池按照6.2規(guī)定的方法放空電，放電到下限截止電壓，靜置完成后記錄單體電池電壓；

b)在電池上部靠近上蓋處畫出兩圈平行的切割線，并用切割工具沿切割線進(jìn)行切割，使得2圈

切割線處電池殼體厚度變薄，但仍保持密封；

c)用絕緣工具把刻劃出來的殼體通過卷繞的方式與殼體分離，取出電池極芯。

圖A.2圓柱電池拆解步驟示意圖

A.2.4注意事項(xiàng)

拆解之后的電池極芯應(yīng)用鋁塑膜重新密封并在3天之內(nèi)開展比熱容或?qū)嵯禂?shù)測(cè)試。

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附錄B

（資料性）

極芯參數(shù)及比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果記錄表

極芯參數(shù)及比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果記錄見表B.1所示：

表B.1電池極芯參數(shù)及比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果記錄表

參數(shù)單位數(shù)值

長度m

尺寸寬度m

厚度m

極芯質(zhì)量kg

比熱容J/(kg·K)

λx=λyW/(m·K)

導(dǎo)熱系數(shù)

λzW/(m·K)

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附錄C

（資料性）

比熱容測(cè)試結(jié)果示例

比熱容測(cè)試結(jié)果示例如圖C.1所示：當(dāng)極芯的溫升為28.2℃，極芯的質(zhì)量為4.3kg，加熱功率為

6.54W，以及加熱時(shí)間為400min時(shí)，根據(jù)式（3）可計(jì)算得到極芯的比熱容為971J/(kg·K)。

圖C.1比熱容測(cè)試的溫度-時(shí)間曲線示例

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附錄D

（資料性）

導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)化辨識(shí)示例

D.1搭建固體傳熱仿真模型

在仿真軟件中建立三維幾何模型，選擇固體傳熱物理場(chǎng)，設(shè)置加熱片為熱源，并設(shè)置相同的加熱

功率，在模型中相同位置設(shè)置溫度探針，如圖D.1所示。模擬加熱片加熱極芯并傳熱的過程，根據(jù)極

芯材料特性參數(shù)（比熱容、密度）和尺寸，可對(duì)極芯x、y、z方向的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并計(jì)算

和實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)位置的溫度。

圖D.1仿真軟件中固體傳熱建模示意圖

D.2設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

在仿真軟件的優(yōu)化模塊中，選擇優(yōu)化方法進(jìn)行仿真。定義所有溫度點(diǎn)的仿真和試驗(yàn)之差的累加值

為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)?，優(yōu)化目標(biāo)是使得該函數(shù)數(shù)值最小，具體的計(jì)算公式如下式（D.1）所示。

nt2

YUT1….….…..….…..…..….….（D.1）

i1jj

t0j

式中：n——試驗(yàn)中布置的熱電偶數(shù)量；

t0——仿真中的起始時(shí)間，單位為秒（s）；

t1——仿真中的終止時(shí)間，單位為秒（s）；

∈j——權(quán)重系數(shù)，在該模型中，權(quán)重系數(shù)選為1；

Uj——仿真溫度，單位為攝氏度（℃）；

Tj——試驗(yàn)溫度，單位為攝氏度（℃）。

D.3結(jié)果獲取

在仿真軟件中優(yōu)化可得到的不同位置溫度曲線結(jié)果，示例結(jié)果如圖D.2所示，圖中各個(gè)溫度位置

的試驗(yàn)曲線和仿真曲線基本重合時(shí)，認(rèn)為優(yōu)化結(jié)果最接近于極芯各方向上的實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)。

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圖D.2模型仿真溫度與實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)比及導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)化結(jié)果示例

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ICS43.120

CCST47

中國汽車工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

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鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法

Measurementmethodofthermalcharacteristicparameters

oflithium-ionpowerbatteries

（報(bào)批稿）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的該標(biāo)準(zhǔn)所涉必要專利信息連同支持性文件一并附上。

20xx-XX-XX發(fā)布20xx-XX-XX實(shí)施

中國汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布

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鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法

1范圍

本文件規(guī)定了鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的測(cè)試條件、樣品準(zhǔn)備及測(cè)試

方法等內(nèi)容。

本文件適用于電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池單體（以下簡稱“電池單體”）的測(cè)試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于本文件。

GB38031—2020電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求

GB/T19596—2017電動(dòng)汽車術(shù)語

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

電池單體secondarycell

將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置。

注：通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子，并被設(shè)計(jì)成可充放電。

[來源：GB38031-2020，3.1]

3.2