《鋰離子動力蓄電池熱失控絕熱量熱測試方法》編制說明

《鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試方法》

編制說明

一、工作簡況

1.1任務來源

《鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試方法》團體標準是由中國汽車工程

學會批準立項。文件號中汽學函【2021】218號，任務號為2021-58。本標準由中國

汽車工程學會電動汽車聯(lián)盟提出，清華大學、上海理工大學、合肥國軒高科動力能

源有限公司、北京理工大學、智鋰物聯(lián)科技有限公司、中國科學技術(shù)大學、等單位

起草。

1.2編制背景與目標

隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的大幅度增長，預計到2030年，我國新能源汽車保有量

將超過汽車總保有量的50%。由于電池成本的大幅度下降，純電動汽車已經(jīng)成為新

能源汽車的主體。目前，在新能源汽車保有量上升到100萬輛數(shù)量級時，每年發(fā)生

的電動汽車起火事件高達1000余起，電動汽車的安全問題引發(fā)全社會范圍的關(guān)注。

電動汽車的起火事故，主要是由于電池失效引起的。動力電池熱失控是電池失效的

核心問題，其核心是化學反應放熱，進而導致次生的燃燒和爆炸等災害，引發(fā)后續(xù)

造成的經(jīng)濟損失。

本標準的制定，擬直面動力電池的熱失控問題，通過絕熱量熱的測試手段，盡

可能減小測試過程中環(huán)境因素、測量因素對電池熱失控特性評估結(jié)果的影響，使得

電池本質(zhì)安全的屬性能夠通過標準化的測試可比較可評價，為動力電池本質(zhì)安全屬

性的評價提供重要的參考性指標。本標準的設立，使得動力電池的本質(zhì)安全屬性能

夠進行公平的評價。在以往所使用的“冒煙、起火、爆炸”等觀察到的現(xiàn)象判定電

池是否通過安全測試標準的基礎上，引入熱失控特征溫度的概念和評價指標，能夠

有效地減少“冒煙、起火、爆炸”等具有一定隨機現(xiàn)象的評價方式對評價結(jié)果的影

響，標準化測試的重復性更好，評價指標更客觀。

1.3主要工作過程

本標準于2021年7月開始標準學習；2021年11月通過了立項評審會，來自電

動汽車及動力電池領(lǐng)域的七位專家達成一致，同意了本團體標準的研制工作；2021

年11月到2022年3月份進行了標準相關(guān)的試驗操作及驗證工作；2022年4月-5

1

月，完成了團體標準初稿撰寫；2022年6月，籌建了標準工作組，并在工作組內(nèi)部

開展了第一輪征求意見，共收集到17家單位的近200條建議及改進意見；2022年

7月-10月，根據(jù)第一輪征求意見對團體標準初稿進行標準研制組內(nèi)部第一次集中討

論與初稿內(nèi)容修改；2023年1月，面向更廣泛的動力電池及電動汽車企業(yè)開展了第

二輪意見征求與討論會，會上收到來自參加討論單位的30多條意見、建議；2023年

4月，完成了對新增意見的處理與確認，并完善了最終面向社會征求意見的標準稿。

預計2023年8月，正式面向行業(yè)和社會開展征求意見，2023年9月完成意見

收集和征求意見討論會，對團體標準進行修改及定稿。預計2023年9月完成對標準

的申報，2023年10月完成標準的公布工作。

二、標準編制原則和主要內(nèi)容

2.1標準制定原則

在充分總結(jié)和比較了國內(nèi)外鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試方法標準、

調(diào)研了國內(nèi)外對鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試的試驗方法的基礎上，參

考了DB34/T3377-2019《電動汽車用動力鋰離子電池單體熱失控測試方法》中的有

關(guān)內(nèi)容編寫。本標準直面動力電池的熱失控問題，通過絕熱量熱的測試手段，盡可

能減小測試過程中環(huán)境因素、測量因素對電池熱失控特性評估結(jié)果的影響，提供一

種鋰離子電池的熱安全評估方法。

2.1.1通用性原則

本標準提出的鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試方法不僅適用于無內(nèi)置

熱電偶，同時也適用于內(nèi)置熱電偶，通用性高。

2.1.2指導性原則

通過本標準，解決動力電池熱失控所造成危害的準確評價問題，為動力電池安

全評價、安全設計、安全使用提供更客觀的評價標準。

2.1.3協(xié)調(diào)性原則

本標準提出的方法與目前使用的國家與地方標準中的方法協(xié)調(diào)統(tǒng)一、互不交叉。

僅作為一種更便捷、精確度更高、更具有指導意義的方法對目前使用的方法進行補

充。

2.1.4兼容性原則

本標準提出的鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試方法測定方法充分考慮

了動力電池熱安全核心問題——熱失控所造成危害的準確評價問題，具有普遍適用

性。

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2.2標準主要技術(shù)內(nèi)容

本標準共分為11章，其中后5章是附錄（A-E）。規(guī)定了鋰離子電池單體在絕

熱條件下熱失控的安全性評價方法、實驗程序、樣品準備，提供了一種鋰離子電池

的熱安全評估方法。內(nèi)容包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、符號和縮略語、

實驗條件、熱失控實驗及附錄。標準對測試輸入物、測試儀器、測量輸出物均做出

了要求：

1.對測試輸入物的要求。本標準的測試對象為車用鋰離子動力電池，需要知道

電池的比熱容和卷芯的質(zhì)量。且測試電池需內(nèi)置耐高溫的熱電偶或溫度測量裝置，

要求內(nèi)置的熱電偶不會對電池的電性能、熱性能及密封性產(chǎn)生影響。熱電偶的最大

工作溫度需大于1200℃，直徑應小于等于1mm。

2.對測試儀器的要求。絕熱量熱儀為具有“加熱-等待-追蹤”模式的大容量絕熱

量熱儀，溫控精度大于±0.01℃，升溫速率0.02℃/min~200℃/min。數(shù)據(jù)采集器

溫度最高分辨率為0.01℃，測溫范圍為-200℃~2000℃；電壓最高分辨率為1mV，

電壓測量范圍為10mV~100V。

3.對于測量輸出物的要求。要求輸出物中包含絕熱量熱儀的主熱電偶溫度、環(huán)

境溫度、加熱腔體溫度等數(shù)據(jù)，輸出物還應包含內(nèi)置熱電偶的溫度數(shù)據(jù)及被測電池

的電壓數(shù)據(jù)。

2.3關(guān)鍵技術(shù)問題說明

絕熱加速量熱儀（ARC）是由蓋子、底部、腔體、主熱電偶、內(nèi)置熱電偶、數(shù)

據(jù)采集器及電腦等組成。通過ARC可以獲得鋰離子電池在絕熱環(huán)境下的熱失控特

征溫度，用以評價電池單體的熱穩(wěn)定性。

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蓋子

數(shù)據(jù)采集

絕熱加速量

熱儀

（ARC）

主熱電偶

腔體

底部

電腦

圖1絕熱加速量熱儀測試的連接示意圖

本標準將電池單體或內(nèi)置熱電偶的電池單體作為測試對象，將待測電池單體置

于加速絕熱量熱腔里，并用夾具固定使電池單體懸空于量熱腔中，并避免電池直接

接觸腔體；使用耐高溫膠帶將ARC的主熱電偶貼緊被測電池單體，主熱電偶采用機

械夾持并固定在電池大面形心的位置上，避免因電池表面絕緣膜變形導致的主熱電

偶脫落，夾具宜采用鋁合金材質(zhì)，使得整體熱容與電池比較接近，且夾具與電池接

觸面需用高溫膠帶包覆，避免對電池的直接接觸；將電壓線和內(nèi)置熱電偶（可選）

的連接線引出并與數(shù)據(jù)采集器相連，開始測試并進行校準。

表1.加速量熱儀參數(shù)設置

設置名稱定義建議值

第一次進入絕熱追蹤階段的溫度

初始溫度50℃

值

溫度臺階不同次絕熱追蹤的溫度調(diào)整值5℃

電池容量等待時

間

1-5Ah30min

被測對象與腔體進行熱平衡的時6-20Ah45min

等待時間

間21-60Ah55min

61-120Ah60min

121Ah及65min

以上

搜尋時間追蹤電池的自產(chǎn)熱溫升速率10min

判定電池單體進入自產(chǎn)熱階段的

自產(chǎn)熱溫升速率閾值溫升速率值（以主熱電偶溫度為0.02℃/min

準）

冷卻溫度ARC開啟冷卻的溫度值300℃

注：上述參數(shù)設置均為一般情況建議值，可根據(jù)測試需求進行修改。

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在使用過程中，首先腔體開啟加熱模式，并對被測電池單體進行加熱，直到被

測電池單體主熱電偶溫度達到初始溫度50℃；等待（以45min為例）后，觀察

10min，計算被測電池單體的溫升速率，直到被測電池單體10min的平均自產(chǎn)熱溫

升速率大于或等于0.02℃/min，則開啟臺階加熱模式；

其次，腔體整體升溫一個溫度臺階5℃，并重復等待和觀察，直到被測電池單

體10min的平均自產(chǎn)熱溫升速率大于或等于0.02℃/min，此時電池單體進入自產(chǎn)

熱階段，腔體進入絕熱追蹤模式，記錄此時刻的主熱電偶溫度為電池單體的自產(chǎn)熱

溫度；

最后，量熱腔對電池單體的溫度進行絕熱追蹤，直到主熱電偶溫度大于300℃，

然后開啟冷卻模式；冷卻階段加熱腔停止加熱，開啟ARC內(nèi)的冷卻系統(tǒng)，逐漸對腔

體進行降溫。

圖1絕熱加速量熱儀的工作原理

2.4標準主要內(nèi)容的論據(jù)

對鋰離子電池的熱安全進行評估，需獲取電池單體ARC測試的熱失控特征溫

度和熱失控總放熱量。

（a）T1為電池單體內(nèi)置熱電偶的自產(chǎn)熱起始溫度，通過內(nèi)置熱電偶溫度最后

一個臺階的穩(wěn)定溫度來確定；T1’為ARC主熱電偶采集到的自產(chǎn)熱起始溫度，通過

主熱電偶溫度最后一個臺階的穩(wěn)定溫度來確定。

（b）T2為電池單體內(nèi)置熱電偶的熱失控溫度，定義為內(nèi)置熱電偶溫升速率連

續(xù)大于等于1℃/s時的溫度；T2’為ARC主熱電偶采集到的熱失控溫度，定義為主

熱電偶溫升速率連續(xù)大于等于1℃/s時的溫度。

注：內(nèi)置熱電偶的采樣頻率為0.1s一個溫度點，連續(xù)10個點的主熱電偶溫升

速率大于或等于0.1℃/0.1s，則定義第5個采樣點的溫度為內(nèi)置熱電偶的熱失控溫度

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T2；對于采樣頻率不足0.1s的主熱電偶溫度，連續(xù)多個采樣點主熱電偶的溫升速率

大于或等于1℃/s，且多個采樣點的總時長大于3s，則中間位置采樣點的溫度定義為

主熱電偶的熱失控溫度T2’。

（c）T3為電池單體熱失控過程內(nèi)置熱電偶記錄的最高溫度；T3’為ARC主熱

電偶記錄的最高溫度。

（d）熱失控放熱總能量由絕熱條件下放熱量公式計算得到

?=?????????，??=?3??1（1）

式中：

Q——放熱量，單位為J；

k——修正參數(shù)，經(jīng)驗值為0.9；

Cp——卷芯比熱容，單位為J/（kg·℃）；

M——卷芯質(zhì)量，單位為kg。

（e）對ARC測試數(shù)據(jù)與材料組分熱穩(wěn)定性表征的聯(lián)系參見標準征求意見稿附

錄。

2.5標準工作基礎

編寫組牽頭單位：清華大學，在電池安全領(lǐng)域及鋰電池熱失控測試問題上具備

測試能力和豐富的測試實踐經(jīng)驗。

編寫組主要參與單位：上海理工大學、合肥國軒高科動力能源有限公司、北京

理工大學、智鋰物聯(lián)科技有限公司、中國科學技術(shù)大學、清華大學蘇州研究院、智

鋰物聯(lián)科技有限公司、深藍汽車科技有限公司、中國人民警察大學、廣汽埃安新能

源汽車股份有限公司、中國汽車工程研究院股份有限公司、中創(chuàng)新航科技股份有限

公司、廣州小鵬汽車科技有限公司、中國電子技術(shù)標準化研究院、北京新能源汽車

股份有限公司、寧德時代新能源科技股份有限公司、北京科易動力科技有限公司、

榮盛盟固利新能源科技股份有限公司、蘇州瑪瑞柯測試科技有限公司、上海蔚來汽

車有限公司、理想汽車、UL中國、蜂巢能源科技股份有限公司、萬向一二三股份公

司、上汽通用五菱汽車股份有限公司、深圳普瑞賽斯檢測技術(shù)有限公司、上海中興

派能能源科技有限公司、蘇州瑪瑞柯測試科技有限公司、中國第一汽車集團有限公

司、中國電子技術(shù)標準化研究院、華為數(shù)字能源公司。主要參與單位都在鋰電池、

電動汽車行業(yè)有一定的技術(shù)開發(fā)及測試經(jīng)驗積累。

經(jīng)過多家參與單位充分討論研究，本標準具有一定的先進性、通用性、科學性

和可操作性。

三、主要試驗（或驗證）情況分析

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清華大學馮旭寧發(fā)表的論文和數(shù)據(jù)，包括“J.PowerSources,2014,272:457-467”，

“J.PowerSources,2014,272:457-467”，首次闡述了EV-ARC的最佳用途，并報道

了大尺寸鋰離子電池熱失控的絕熱測試。

自2012年以來，馮旭寧博士和團隊通過建模和實驗研究了使用標準ARC和使

用EV-ARC的測試條件之間的差異。首先提出絕熱環(huán)境產(chǎn)生于兩個主要因素。（1）

通過EV-ARC的良好校準和溫度傳感器的可靠連接，保證TR過程中的絕熱環(huán)境。

（2）成功測量內(nèi)部溫度，使大尺寸電池的TR結(jié)果可重復。在解決了這兩個問題后，

首次實現(xiàn)了使用EV-ARC的大尺寸鋰離子電池的TR測試，如圖2所示。

世界最大的鋰離子電池絕熱量熱儀設備商英國THT公司開具的推薦信中這樣

描述：“馮博士及其團隊的TR測試方法得到了其他THT客戶的認可和EV-ARC的

驗證，其TR測試結(jié)果在全球范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。核心方法支持我們在歐洲和

美國建立新能源電池測試中心分支機構(gòu)（馮博士及其團隊的TR測試結(jié)果公布后），

我們收到了來自世界各地的更多訂單”，如圖3所示。

圖2.英國THT（Thermalhazardtechnology）公司開具的推薦信

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圖3.英國THT公司推薦信中的合作單位情況

清華大學車輛與運載學院已與國內(nèi)外知名鋰離子電池生產(chǎn)廠家與電動汽車公司

在鋰電池熱安全測試方面開展廣泛、深入的產(chǎn)學研合作。依據(jù)本標準規(guī)定的測試方

法已經(jīng)測得近百款鋰電池的熱失控特征參數(shù)，材料體系包括磷酸鐵鋰/石墨體系、三

元鎳鈷錳鋰/石墨體系、三元鎳鈷錳鋰/硅碳體系、鈷酸鋰/石墨體系、三元鎳鈷鋁鋰/

石墨體系、鈷酸鋰/鈦酸鋰體系等。測試成果發(fā)表到能源領(lǐng)域頂刊AppliedEnergy

（/10.1016/j.apenergy.2019.04.009），目前引用已超過330次。

圖4.鋰電池熱失控測試數(shù)據(jù)庫

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標準牽頭單位科研團隊大量的論文、模型、項目依靠ARC測量得到的電池熱失

控數(shù)據(jù)結(jié)果，基于上百款動力電池（材料、尺寸均不同）的測試結(jié)果，提煉出了熱

失控的共性特征溫度，為動力電池的安全性評價提供了可比的方法。目前，經(jīng)過絕

熱量熱儀生產(chǎn)廠商的推廣，以及國內(nèi)外同行的交流，該測試方法廣泛地應用于國內(nèi)

外50余家知名研究機構(gòu)、測試結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)廠商，在準確評價電池本質(zhì)安全性方

面，得到了行業(yè)的普遍認可。

四、標準中涉及專利的情況

本標準的部分條款（6.2、6.3、6.4、6.5）涉及到“絕熱量熱儀”這一專利。目

前該專利已授權(quán)，專利授權(quán)號為ZL201910132212.8，專利申請人為清華大學和中國

汽車技術(shù)研究中心有限公司。標準涉及專利的內(nèi)容主要是測試過程中利用絕熱量熱

儀為鋰離子動力蓄電池熱失控的絕熱量熱測試提供絕熱環(huán)境。標準中涉及的專利，

其申請人均已披露，同意在公平、合理、無歧視基礎上，免費許可任何組織或者個

人在實施該標準時實施專利，同時可直接采用專利與標準在技術(shù)內(nèi)容的相關(guān)性。

五、預期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

當前對動力電池安全性、市場準入標準還是以“冒煙、起火、爆炸”為核心評

價方式，由于“冒煙、起火、爆炸”都是電池熱失控引發(fā)的后果，這類評價方式雖

然能夠從一定程度上代表電池的安全性，也對現(xiàn)有產(chǎn)品的安全運行起到了積極的作

用。但是，面對動力電池向著極端高比能量方向的發(fā)展，以及實際事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，

現(xiàn)有評價標準仍有提升的空間，也即需要直面“冒煙、起火、爆炸”的本質(zhì)原因—

—電池熱失控問題，開展直接的測試。本標準提出的絕熱熱失控測試方法，排除了

各類濫用測試過程中，引入環(huán)境因素對測試結(jié)果的影響，也排除了“冒煙、起火、

爆炸”等評價結(jié)果所具有的一定的隨機性。將能夠客觀地評價某款動力電池的安全

性，為我國新能源汽車行業(yè)統(tǒng)一思想，團結(jié)一致，進一步設計、生產(chǎn)出本質(zhì)安全的

動力電池指明方向。

六、采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，

國內(nèi)外關(guān)鍵指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

國外的相關(guān)標