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基礎(chǔ)信息Product information

產(chǎn)品名稱：H.E.L BTC-500電池絕熱加速量熱儀ARC

產(chǎn)品型號：

更新時間：2025-12-31

產(chǎn)品簡介：

H.E.L BTC-500電池絕熱加速量熱儀ARC- Accelerating Rate Calorimeter
Battery Testing Calorimeters進行材料熱分解和電池熱失控測試時，可同步獲取相應(yīng)的氣體壓力數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以用于電池熱失控行為建模?？梢詸z測電池內(nèi)組分分解的連續(xù)起始溫度，并估算所釋放的熱量，進一步揭示電池內(nèi)的熱失控反應(yīng)機理。

產(chǎn)品特性Product characteristics

“精"——上海市先JIN企業(yè)!

“專"——專注工業(yè)測試十六年!

“特"——德國萊茵TUV認證供應(yīng)商!

“新"——注冊資本實繳壹仟萬元!實繳資金行業(yè)中居前茅!抗金融風險能力強!

H.E.L BTC-500電池絕熱加速量熱儀ARC- Accelerating Rate Calorimeter

Battery Testing Calorimeters

到目前為止，很多事故都會涉及電池。

電池相關(guān)的事故帶來了顯著的危害，包含經(jīng)濟損失和人員傷亡！

案例 2013年1月16日，全日航空波音787-8二氧化錳鋰電池熱失控。 導致全日航空全部波音787型號飛機停飛

電動汽車安全事故：由于過熱，碰撞及其他誤操作原因等導致電池熱失控。

其他的電池相關(guān)事故涉及了日常消費品，如筆記本電腦，手機等。

BTC-500

傳統(tǒng) ARC

• 常規(guī)ARC 通過輻射加熱器，以及四周加熱器，讓絕熱墻壁與樣品溫度一致，創(chuàng)造絕熱環(huán)境。

高性能加速量熱儀 PhiTEC 1 ARC

• HEL熱損失功率補償（HLC）絕熱技術(shù)

• 熱傳導、熱傳導是固體熱傳遞的主要方式。在氣體或液體等流體中，熱的傳導過程往往和對流同時發(fā)生。

• 熱對流：熱對流（thermal convection）是指流體內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生相對位移的熱量傳遞過程

• 熱輻射：物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象,稱為熱輻射。一切溫度高于零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大

熱損失與熱傳導，熱對流，熱輻射系數(shù)相關(guān)，不同尺寸的樣品，在不同的溫度梯度下，熱輻射系數(shù)都不一樣，溫度越高，熱輻射強度越大，熱輻射強度與距離的三次方成反比，比如距離樣品0.4m輻射源強度為1的話 ，樣品為處輻射強度就是六十四分之一。所以，當樣品尺寸發(fā)生時，需要用標準鋁塊去標定。

熱量的傳遞

HEL熱損失功率補償校準技術(shù)

熱損失功率補償模型

HEL熱損失功率補償校準技術(shù)

HWS臺階平穩(wěn)

電池絕熱加速量熱儀能做什么？ 用BTC-500發(fā)表的論文情況

實驗步驟：

1、記錄電池初始狀態(tài)；調(diào)電態(tài)：在室溫下， 1/3C充電至 3.65V，恒壓至 0.05C ，充電后靜置5h；

2、使用鋁箔膠帶將加熱絲、熱電偶固定在電池上；

3、將固定有加熱絲和熱電偶的電池，懸掛于絕熱腔蓋上，使用螺栓密封絕熱腔；

4、測試程序：使用HWS程序，初始標定時間為360min，初始溫度50℃，確認絕熱標定時間為20min，每一段的升溫為5℃，Adjust時間為60min，Search時間為10min，dT/dt>0.02℃/min；

檢測要求：

1. 電芯初始狀態(tài)外觀、重量(去皮)、電壓、內(nèi)阻；

2. 電芯熱失控溫度/電壓-時間曲線獲得；

3. 溫升速率-溫度曲線；

4. T1（自放熱起始溫度）、T2（熱失控觸發(fā)溫度）、T3（熱失控過程中溫度，所有熱電偶位置）、 T破口（防爆閥開啟溫度） ；

5. 電芯熱失控過程電芯表面T1-T10溫度、電壓監(jiān)控；

6. 腔體內(nèi)壓強-時間曲線；

7. 產(chǎn)氣量、峰值產(chǎn)氣速率、平均產(chǎn)氣速率計算

8. 腔體溫度/樣品溫度-時間曲線

9. 氣體成分及含量測試

10. 電芯熱失控結(jié)束后電池外觀及重量

11. ARC默認錄像

電池絕熱加速量熱儀常見譜圖 用BTC-500發(fā)表的論文情況

1. T1（dT/dt≥0.02℃/min）開始溫度為85.03℃，對應(yīng)時刻為1368.8min；

2. T2（dT/dt≥1.0℃/min）溫度為186.19℃，對應(yīng)時刻為3233.7min；

3. T破口在164.3℃時，對應(yīng)時刻為3089.9min，電芯溫度下降，推測為防爆閥啟動，電解液噴出所致；同時電芯電壓驟降；

4. T3熱失控溫度為350.1℃，對應(yīng)時刻為3243.8min；

電池絕熱加速量熱儀常見譜圖 用BTC-500發(fā)表的論文情況

1、安全-符合 實驗室EHS要求

電池熱失控過程防爆箱外部和內(nèi)部視頻畫面

2、每個HWS自動校準，確保測試全程絕熱

3、滿足大尺寸電池趨勢的測試需求

軟包磷酸鐵鋰電芯尺寸580±0.6mm/(103.4+0.6/-0.2mm)/14.8±0.3mm以內(nèi)，測試設(shè)備尺寸滿足整只電池放入。

1、監(jiān)控電芯正負極電壓，大面溫度、防爆閥溫度、側(cè)面溫度、底部溫度、環(huán)境溫度。

2、測前后稱重，測電壓與內(nèi)阻，拍電芯測試前后及裝置照片

3. 室溫下，以1/3C電流恒流充電至截止電壓3.8V，再用0.2C恒流充電至3.8V ，擱置30min。記錄電池初始狀態(tài)：單體電池OCV、ACR、重量、厚度、外觀、樣品編號，試驗照片。

4. 布置溫度線（大面溫度、防爆閥溫度、側(cè)面溫度、底部溫度、環(huán)境溫度），使用玻璃纖維膠帶將加熱絲、熱電偶固定在電池上（拍攝此時電芯完成照片）：

5. 將固定有加熱絲和熱電偶的電池用夾板固定，懸掛于絕熱腔蓋上，使用螺栓密封絕熱腔：

6. 使用HWS程序測試(采樣頻率0.1s)：

a. 電芯調(diào)節(jié)至初始溫度45℃(ARC判定熱電偶),調(diào)節(jié)過程為：加熱絲加熱電芯，箱體追蹤升溫：

b. 標定建立絕熱過程，時間240min: （保持電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換）

c. Wait 30min：確保電芯表面溫度均勻， 且電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換：

d. Search 10min: 搜索電芯是否放熱，放熱速率≥0.02°C/min (Note：機構(gòu)推薦值）

e. 標定確認絕熱過程，時間10min（保持電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換）

f. Heat：步階升溫5℃；調(diào)節(jié)過程為：加熱絲加熱電芯，箱體迫蹤升溫：

g. Wait 30min ： 確保電芯表面溫度均勻，且電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換：

h. Search 10min ：搜索電芯是否放熱，放熱速率≥0.02°C/min 。

i. Cycle 工步e-h直到Search過程中放熱速率≥0.02°C/min;

j. 箱體追蹤升溫，若放熱速率＜0.01 °C/min ， 回到工步b重新建立絕熱過程；

k. 箱體追蹤升溫一直到電芯失效：

7. 收集氣體， 使用GC對氣體進行分析：

a.在自放熱反應(yīng)（放熱速率三0.02°C/min ）開始時， 抽取氣體G1 C～2mL／袋）

b.腔體冷卻后充氮到l.12bar， 依次收集3袋氣體G2-G4 C～2mL／袋>， 收集時間為2s， 間隔為5s

絕熱 HWS模式測試及在線校準模式。

兼具 Adiabatic/HWS/Ramp/isothermal /Single HWS

緊湊的設(shè)計(臺式設(shè)計)

安全可靠的樣品容器

可選附件:

可編程充電/放電功率設(shè)置

手套箱中隔絕空氣環(huán)境測試。

Cp比熱測試附件

短路測試模塊

穿刺測試模塊

為了保證在絕熱條件下操作, BTC-130使用監(jiān)視加熱器消除樣品（非測試池）和測試池之間的溫差。

測試池內(nèi)部的熱電偶直接測試樣品的溫度，而不是測試樣品池表面的溫度。

放熱起始溫度測試

壓力增加測試

絕熱 DT測試

反應(yīng)速率到達時間 (TMR)

反應(yīng)動力學數(shù)據(jù)

粉末、液體樣品設(shè)置

絕熱操作模式可以提供詳細的熱失控評估數(shù)據(jù)。

在這個部分In these, 控制監(jiān)控加熱器來防止任樣品和測試池之間的何溫度梯度從而維持絕熱條件。

可提供多種ARC絕熱測試模式:

Heat-Wait-Search + adiabatic track

Closed can heating + adiabatic track

Iso-aging + HWS + adiabatic track

Ramp

HWS 是常用的. 在這里, 樣品以小步長加熱(Heat) ，每次都跟隨著等待時間(Wait) ，搜尋(Search) 直到樣品自放熱被檢測到. 這時，絕熱條件下的熱失控被追蹤到。

粉末、液體樣品絕熱測試

直接檢測樣品溫度：普通ARC僅能檢測測試池外壁的溫度，而PhiTEC具備直接檢測樣品溫度的技術(shù)。

PhiTEC采用熱電偶直接接觸法，對樣品放熱的檢測靈敏度大為提高，使Onset（放熱反應(yīng)起始點）的探測受PHi值影響更低，檢測靈敏度更好，從而使得化學品爆炸性等安全評估數(shù)據(jù)更加準確可靠，尤其是對于有氣體參與/產(chǎn)生的反應(yīng) 。

• Calibrate作用：

采集過程溫度數(shù)據(jù)，控制腔體溫升，確保樣品在下一個臺階溫升結(jié)束后，處于絕熱狀態(tài)。

軟件控制加熱量及自動計

算Cp，不同電池形狀可配置不同適配器

針刺附件：國標針型，0.01mm-100mm/min

H.E.L BTC-500電池絕熱加速量熱儀ARC- Accelerating Rate Calorimeter

Battery Testing Calorimeters

第三代BTC-500 大電池絕熱量熱儀

到目前為止，HEL品牌電池量熱儀，總共進行了兩次技術(shù)更新。

BTC-350 BTC-500

絕熱 HWS模式測試及在線校準

針穿刺測試附件

可編程充電/放電功率設(shè)置

急速制冷及充氣模塊

Cp 比熱測試附件

短路測試

低溫測試：-40攝氏度(循環(huán)器)

樣品倉內(nèi)部記錄攝像機

自動氣體取樣

溫場分布測試

FTIR /GC原位氣體分析測試

 樣品倉: 500mm , 500mm 

BTC-500

尺寸規(guī)格 WxDxH： 1400 x 1300 x 1955 mm

密閉腔體，滿足

惰性氣氛條件

實現(xiàn)多階段

的氣體采集

及分析、

在線氣體分析質(zhì)譜 MS

進氣電磁閥

出氣電磁閥

LED燈光線調(diào)節(jié)器

主腔體(底部及側(cè)壁)

密封充放電柱(<250A)

LED燈光

LED降溫風扇

頂蓋

工作指示燈

壓強傳感器

攝像頭及冷卻風扇

進氣口

出氣口

電壓信號采集線

泄壓閥(0.7~1.5Bar)

MCP/HWS口

泄壓口

出氣口

緩沖瓶

底部及側(cè)壁熱電偶

限位器

頂蓋限位壓板 頂部熱電偶

BTC-500 標準電池量熱儀

• 操作溫度溫度： 室溫-500 ℃ （低溫通過外接低溫循環(huán)器實現(xiàn)）

• 測試池: 500mm ? , 500mm h (可用于檢測直徑450mm高度450mm的電池等樣品，兼容580mm以內(nèi) 刀片電池)

• 操作安全 ：堅固的多層超厚不銹鋼外殼結(jié)構(gòu) 緊湊的設(shè)計，防爆片及自動泄壓機械安全，軟件自控快速急冷、手動緊急停機等功能。

• 主機具備進氣接口和出氣接口，電磁閥控制。

• 工作指示燈,符合工業(yè)標準

• LFP 300Ah 以上儲能電池測試。

在 BTC 中，通過設(shè)計合理、運行良好的絕熱實驗，可測得導致電池熱失控的環(huán)境溫度 測試過程：對電池/電池組進行逐步升溫，通過標準的“加熱-等待-探測"（H-W-S）過程 可測得其自放熱反應(yīng)起始溫度，即可確定安全工作溫。

HWS 模式測試

實時在線絕熱校準

量熱儀 60℃開始絕熱控制自動校準, Exothermal 1 弱放熱可能是SEI 膜破損放熱及隔膜融化吸熱等作用的綜合結(jié)果；Exo1 放熱終止后， 量熱儀再次自動校準；Exothermal 2 是由于電池材料自加速分解反應(yīng)導致的電池溫度急劇上升即熱失控，電池最終劇烈爆炸

dT/dt

對溫度的超

高靈敏度

破壞性穿刺測試

自動針刺馬達：

速度可設(shè)定：0.01mm-10cm/min

針刺深度可設(shè)定

GB國標針類型

可通過軟件控制穿刺速度及深度，模擬“物理"濫用

可見光攝像功能配合 HEL 軟件，可實現(xiàn)測試 電池樣品

狀態(tài)的實時顯示及影像記錄。

電池測試過程實時監(jiān)控

電池比熱測定——熱卡消耗的量化

304 不銹鋼樣品質(zhì)量為1533g，含鋁膠帶及標定加熱器的樣品質(zhì)量為1542g

測試結(jié)果 MCp = 786.035 J/K，校正(扣除鋁膠帶MCP)后MCp1 = 778.115 J/K

則Cp = 778.115 / 1533 = 0.5076 J/g·K

以304不銹鋼比熱文獻值 Cp = 0.502計，相對偏差為 1.08%

一、低溫Cp 測試：

1、 -40℃ 升溫。

2、腔體內(nèi)配置冷卻盤管，可以使用外部

低溫循環(huán)器控制低溫恒溫。

3、低溫恒溫循環(huán)器溫度范圍，-45℃-250℃。

二， 低溫放熱量測試 Q用于電池模擬仿真設(shè)計

低溫測試過程控制

標準樣品低溫標定絕熱測試

0.33C @ 0℃ 放電

0.16C @ 0℃ 充電

低溫比熱容

低溫測試方法：

1、Adiabatic方法(可快速測試)

2、HWS方法

軟包電池絕熱模式

102Ah 811體系電芯熱失控

1）將加熱電阻片夾在試驗樣品中間，確保加熱電阻片產(chǎn)生的熱量全部被試驗樣品吸收；

2）對電池進行封裝，在試驗樣品外表面的幾何中心處粘貼溫度傳感器；

3）連接加熱電阻片與直流電源，將試驗樣品懸掛于絕熱加速量熱儀的絕熱倉內(nèi)，封閉絕熱倉；

4）設(shè)定加速量熱儀參數(shù):起始溫度設(shè)定為10℃，終止溫度為55℃:開啟程序，保證試驗樣品處于絕熱環(huán)境；

5）熱環(huán)境中，利用加熱電阻片，對試驗樣品進行恒功率加熱；

6）根據(jù)儀器給出的MCp計算試驗樣品的比熱容值，比熱容Cp(J/kgK)。

測試次數(shù) 子編號 是否貼片電池 電池初始質(zhì)量(g) 初始時質(zhì)量(g) MCp(J/K) Cp(J/kgK)

貼片電池：將加熱片直接貼在電池表面

比熱容溫度區(qū)間：25~55℃

三元電芯比熱容平行測試

氣體收集及產(chǎn)氣量測試

頂蓋采集氣體，高效便捷，準確氣體分析。

winISO 軟件智能控制自動取樣閥，可對熱失控過程中產(chǎn)生的氣體進行采樣， 也可將氣體轉(zhuǎn)移到氣相色譜儀等分析儀器

根據(jù)PV=nRT，假設(shè)任意時刻的電芯溫度與氣體溫度相同，則任意時刻的n*R=P*98/T。由于n*R對于不同溫度時相同的，因此，換算為常溫常壓的體積All Volume=n*R*298.15/常壓。相較于前一時刻增加的體積為相鄰兩個時刻ΔTime的Gas Volume差值ΔV，產(chǎn)氣速率Gas Generation= ΔV/ΔTime。

1. 熱失控前，164.3℃時，腔體內(nèi)壓強上升，原因是防爆閥啟動破口導致，對應(yīng)時刻為3089.9min；

2. 熱失控后，腔體內(nèi)壓力迅速上

升，壓力值2.21bar；

腔體內(nèi)壓強-時間曲線

腔體壓強對時間

102Ah 811體系電芯熱失控

腔內(nèi)壓強下降的原因是由于客戶采氣，并釋放腔體內(nèi)壓力

采氣

采氣

失控前

失控后

失控前

產(chǎn)氣速率計算

原理：

• 運用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，獲取電芯失控時的產(chǎn)氣速率及產(chǎn)氣體積

計算過程：

1. 針對HEL的BTC-500，密閉狀態(tài)下，腔體內(nèi)固有體積為V0；

2. 假設(shè)失控后，某一時刻(t1)的壓強為P1，檢測點溫度為T1，n1=P1V0/RT1；

3. 下一時刻(t2)的壓強為P2，檢測點溫度為T2，n2=P2V0/RT2；

4. 時間差為Δt= t2 – t1；

5. 基于物質(zhì)守恒及Pack噴發(fā)時的常壓情況，將物質(zhì)的體積換算為常溫(Tst)常壓大氣壓(Pst)體積:

6. V1=n1RTst/Pst， V2=n2RTst/Pst， ΔV=V2-V1；

7. 產(chǎn)氣速率=ΔV/ Δt；

8. 產(chǎn)氣總體積ΔV max=Vmax-V0

必要裝置：

1. 密閉腔體，且體積已知；

2. 快速溫度采集(>10Hz)；

3. 快速腔體內(nèi)壓強采集(>10Hz)；

密閉腔體

氣體溫度檢測熱電偶

氣壓計

計算實例：

117Ah電芯絕熱熱失控

結(jié)論：

1. 產(chǎn)氣體積為315.25 L

2. 產(chǎn)氣速率為138.8 L/s

一、氮氣吹掃功能

1、 緊急控制反應(yīng)失控。

2、試驗后吹掃有毒氣體及粉塵。

3、防爆腔體包含泄放閥及爆破片

4、可以通入特定惰性氣體進行測試。

二、多個外置功能性接口，保證絕熱。

1、獨立內(nèi)阻儀設(shè)備接口

2、獨立電壓測試接口

3、獨立膨脹計測試接口

BTC-500快速冷卻及吹掃功能

• 特點一： 大尺寸，大容量樣品

軟包磷酸鐵鋰電芯尺寸580±0.6mm/(103.4+0.6/-0.2mm)/14.8±0.3mm以內(nèi)，測試設(shè)備尺寸滿足整只電池放入。

1、監(jiān)控電芯正負極電壓，大面溫度、防爆閥溫度、側(cè)面溫度、底部溫度、環(huán)境溫度。

2、測前后稱重，測電壓與內(nèi)阻，拍電芯測試前后及裝置照片

3. 室溫下，以1/3C電流恒流充電至截止電壓3.8V，再用0.2C恒流充電至3.8V ，擱置30min。記錄電池初始狀態(tài)：單體電池OCV、ACR、重量、厚度、外觀、樣品編號，試驗照片。

4. 布置溫度線（大面溫度、防爆閥溫度、側(cè)面溫度、底部溫度、環(huán)境溫度），使用玻璃纖維膠帶將加熱絲、熱電偶固定在電池上（拍攝此時電芯完成照片）：

• 特點二： 軟包電池測試

5. 將固定有加熱絲和熱電偶的電池用夾板固定，懸掛于絕熱腔蓋上，使用螺栓密封絕熱腔：

模擬實際工況，避免軟包電池脹氣帶來的熱電偶測試不準確。

• 6. 使用HWS程序測試(采樣頻率0.1s)：

• a. 電芯調(diào)節(jié)至初始溫度45℃(ARC判定熱電偶),調(diào)節(jié)過程為：加熱絲加熱電芯，箱體追蹤升溫：

• b. 標定建立絕熱過程，時間240min: （保持電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換）

• c. Wait 30min：確保電芯表面溫度均勻， 且電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換：

• d. Search 10min: 搜索電芯是否放熱，放熱速率≥0.02°C/min (Note：機構(gòu)推薦值）

• e. 標定確認絕熱過程，時間10min（保持電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換，確保后續(xù)的絕熱控制）

• f. Heat：步階升溫5℃；調(diào)節(jié)過程為：加熱絲加熱電芯，箱體迫蹤升溫：

• g. Wait 30min ： 確保電芯表面溫度均勻，且電芯與環(huán)境溫度不發(fā)生熱交換：

• 特點三： 嚴謹?shù)慕^熱及在線測試

• h. Search 10min ：搜索電芯是否放熱，放熱速率≥0.02°C/min 。

• i. Cycle 工步e-h直到Search過程中放熱速率≥0.02°C/min;

• j. 箱體追蹤升溫，若放熱速率＜0.01 °C/min ， 回到工步b重新建立絕熱過程；

• k. 箱體追蹤升溫一直到電芯失效：

• 7. 收集氣體， 使用GC對氣體進行分析：

• a.在自放熱反應(yīng)（放熱速率三0.02°C/min ）開始時， 抽取氣體G1 C～2mL／袋）

• b 氣體采集更換，例如配備多口的閥門，手動控制電磁閥等.腔體充氮到l.12bar， 依次收集3袋氣體G2-G4C～2mL／袋>， 收集時間為2s， 間隔為5s;

• 特點四： 氣體采集測試

1、將雙鹽電解質(zhì)的5 Ah NCM523/G軟包電池放置在ARC（BTC500，HEL）的腔體中，并使用典型的HWS模式來研究軟包電池的熱失控特性。在ARC的HWS模式下，腔體內(nèi)置攝像頭捕捉到從軟包電池中快速噴出的煙霧和火焰（100%SOC，化成后）；

2、與雙鹽電解質(zhì)相比，基于LiPF6的軟包電池顯示出較低的自熱溫度(Tonset)、熱失控溫度(Ttr)，因此可以得出結(jié)論：

雙鹽電解質(zhì)具有更高的熱穩(wěn)定性；

3、值得一提的是，之前的大多數(shù)電池

熱失控研究都集中在滿充狀態(tài)的電池(100% SOC)上，而滿放狀態(tài)的電池(0%SOC)是否存在熱失控仍未研究。然而在這份工作中，當使用雙鹽電解質(zhì)的5 AhNCM523/G軟包電池循環(huán)一個化成周期（0% SOC）時，在ARC相同的測試條件 下 熱 失 控 發(fā) 生 （ Tonset=141 ° C ，Ttr=199 °C，Tmax=280 °C），說明在0% SOC下也會存在熱失控；

4、在不同的SOC狀態(tài)下，化成后的軟包電池都會發(fā)生熱失控，并且高SOC狀態(tài)的軟包電池表現(xiàn)出更快和更嚴重的熱失控現(xiàn)象。

電池熱失控機制分析

測試5 Ah NCM523/G軟包電池（100% SOC，化成后）得到的溫度曲線

軟包電池熱失控機制分析

1、軟包電池的表面溫度在充電和放電過程中都會增加。在0.5 C倍率下，充電過程中產(chǎn)生的總熱量（19.5°C, 1.9 kJ）遠高于放電過程（6.3°C, 0.6 kJ）；

2、在不同的倍率下，充電和放電過程中的自加熱率曲線是對稱的，證明產(chǎn)生的熱量主要由不可逆焦耳熱和可逆電化學反應(yīng)熱組成，可逆電化學反應(yīng)熱在低倍率下占總熱量的主導地位，而不可逆的焦耳熱在高倍率下占總熱量的主導地位；

3、總之，高效智能的電池熱管理系統(tǒng)的設(shè)計必須綜合考慮工作溫度、SOC、充放電電流密度和充放電制度對產(chǎn)熱的影響。

充放電操作期間的產(chǎn)熱

圖6. （a）在ARC設(shè)備絕熱模式下（初始溫度30°C），5 Ah NCM523/G軟包電池以0.5 C倍率充放電時的電壓曲線、溫升和釋放能量；（b）等溫條件下（30 °C），5 Ah NCM523/G軟包電池以0.5 C倍率充放電時的電壓曲線、熱釋放功率和釋放能量；（c）5 Ah NCM523/G軟包電池在 0.5C倍率下充放電時測定的總發(fā)熱功率、可逆發(fā)熱功率和不可逆發(fā)熱功率；（d）新電池和循環(huán)（400次循環(huán)）后電池在不同速率下的發(fā)熱功率。

案例一 、檢測要求：

1. 電芯初始狀態(tài)外觀、重量(去皮)、電壓、內(nèi)阻；

2. 電芯熱失控溫度/電壓-時間曲線獲得；

3. 溫升速率-溫度曲線；

4. T1（自放熱起始溫度）、T2（熱失控觸發(fā)溫度）、T3（熱失控過程中溫度，所有熱電偶位置）、T破口（防爆閥開啟溫度） ；

5. 電芯熱失控過程電芯表面T1-T10溫度、電壓監(jiān)控；

6. 腔體內(nèi)壓強-時間曲線；

7. 產(chǎn)氣量、峰值產(chǎn)氣速率、平均產(chǎn)氣速率計算

8. 腔體溫度/樣品溫度-時間曲線

9. 氣體成分及含量測試

10. 電芯熱失控結(jié)束后電池外觀及重量

11. ARC默認錄像

實驗步驟

加熱絲

ARC及數(shù)采儀熱電偶布點及加熱絲位置如圖所示；

ARC判定用熱電偶(背面也有)

10#：環(huán)境溫度

防爆閥

1. 1#及4#布置于電芯極耳與極柱的焊點處

2. 3#位于防爆閥邊緣，2#位于防爆閥上面3cm

3. 5#、 6#、7#、 8#、9#位于所在面的幾何中心處

4. 10#為環(huán)境溫度

1、記錄電池初始狀態(tài)；調(diào)電態(tài)：在室溫下， 1/3C充電至 3.65V，恒壓至 0.05C ，充電后靜置5h；

2、使用鋁箔膠帶將加熱絲、熱電偶固定在電池上；

3、將固定有加熱絲和熱電偶的電池，懸掛于絕熱腔蓋上，使用螺栓密封絕熱腔；

4、測試程序：使用HWS程序，初始標定時間為360min，初始溫度50℃，確認絕熱標定時間為20min，每一段的升溫為5℃，Adjust時間為60min，Search時間為10min，dT/dt>0.02℃/min；

熱失控結(jié)論：

1. 電芯在實驗過程中自放熱起始溫度（T1）約為85.03℃（ 1368.8min） ；

2. 電芯在實驗過程中熱失控觸發(fā)溫度（T2）為186.19℃（ 3233.7min ）；

3. 泄壓溫度（防爆閥開啟溫度）為164.3℃（3089.9min）;

4. 電芯在實驗過程中達到溫度（ARC采集到的）為350.1℃（ 3243.8min ），所有測溫點中溫度點為T6點459.1℃（3245.6min）；

5. 熱失控后的質(zhì)量剩余為2451.0g，質(zhì)量損失率約為18%；

6. 壓強為2.21bar；

7. 經(jīng)計算熱失控產(chǎn)氣49.3L，熱失控產(chǎn)氣速率在3243.5min時達到值5.8L/s，熱失控起始到峰值間平均產(chǎn)氣速率93.2L/min；

編號 #

初始重量(g) 3009.2

去皮重量（g） 2997.7

初始電壓(V) 3.01889

初始內(nèi)阻(mΩ) 0.3684

滿電電壓(V) 3.42403

滿電內(nèi)阻(mΩ) 0.3288

電芯安裝狀態(tài)

熱失控后電芯狀態(tài)

熱失控后電芯狀態(tài)

熱失控狀態(tài)（視頻）

自放熱（dT/dt≥0.02℃/min）開始溫度為85.03℃，對應(yīng)時刻為1368.8min；

dT/dt≥1.0℃/min溫度為186.19℃，

對應(yīng)時刻為3233.7min；

在164.3℃時，對應(yīng)時刻為3089.9min，電芯溫度下降，推測為防爆閥啟動，電解液噴出所致；

在164.3℃時，對應(yīng)時刻為3089.9min，電芯電壓驟降；

ARC判定熱電偶監(jiān)控到的熱失控溫度為350.1℃，對應(yīng)時刻為3243.8min；

熱失控曲線及電壓監(jiān)控曲線

1. 熱失控前，164.3℃時，腔體內(nèi)壓強上升，原因是防爆閥啟動破口導致，對應(yīng)時刻為3089.9min；

2. 熱失控后，腔體內(nèi)壓力迅速上升，壓力值2.21bar；

腔體內(nèi)壓強-時間曲線

產(chǎn)氣速率&產(chǎn)氣量計算

• 根據(jù)PV=nRT，假設(shè)任意時刻的電芯溫度與氣體溫度相同，則任意時刻的n*R=P*98/T。由于n*R對于不同溫度時相同的，因此，換算為常溫常壓的體積All Volume=n*R*298.15/常壓。相較于前一時刻增加的體積為相鄰兩個時刻ΔTime的Gas Volume差值ΔV，產(chǎn)氣速率Gas Generation= ΔV/ΔTime。

Time(min) Pressure（bar） Temperature(℃) nR=PV/T(標準單位制) 常壓常溫體積=nR*298.15/1.02/100000*1000)（L） ΔV(L) Δt(s) 產(chǎn)氣速率(L/s)

經(jīng)計算產(chǎn)氣49.3L，產(chǎn)氣速率5.8L/s;

（表格數(shù)據(jù)較多，請放大后查看）產(chǎn)氣速率

1、熱失控過程中產(chǎn)氣速率在3243.5min時達到值5.8L/s;

2、從3243.396min熱失控明顯產(chǎn)氣開始，到3243.659min達產(chǎn)氣量截止，期間產(chǎn)氣約24.5L，平均產(chǎn)氣速率93.2L/min；

熱失控

自放熱腔體氣體分析 （1）

熱失控氣體分析（1）

熱失控氣體分析（2）

熱失控氣體分析（3）

比熱容-安裝狀態(tài)

1. 測試鋁板比熱容，用于計算校正系數(shù)；

2. 將加熱電阻片夾在電芯試驗樣品中間，確保加熱電阻片產(chǎn)生的熱量全部被試驗樣品吸收；

3. 對電池進行封裝，在試驗樣品外表面的幾何中心處粘貼溫度傳感器；

4. 連接加熱電阻片與直流電源，將試驗樣品懸掛于絕熱加速量熱儀的絕熱倉內(nèi)，封閉絕熱倉；

5. 設(shè)定加速量熱儀參數(shù):起始溫度設(shè)定為T0，終止溫度為T1(T0<T1)；開啟程序，保證試驗樣品處于絕熱環(huán)境；

6. 絕熱環(huán)境中，利用加熱電阻片，對試驗樣品進行加熱，采集加熱片的實時電壓及電阻，用以計算產(chǎn)生的熱量；

7. 通過公式∫ ???? = ????(???，計算試驗樣品的比熱容Cp(J/kgK)，其中U(t)為加熱片的實時電壓（V），R為加熱片的電阻值（Ω），M為電池/鋁塊的總質(zhì)量（kg）， ?T為加熱過程中電池/鋁塊的溫升（K）。

案例二、 電芯熱失控測試

測試數(shù)量：電芯

電芯規(guī)格：60Ah

單體電芯尺寸：IXP

1、目的

（1）熱失控行為測試、比熱容、絕熱溫升

（2）氣壓、氣體釋放量、排氣速率、氣體成分測試

（3）固體釋放量、固體成分測試

2、測試電芯

尺寸545/87/86，約890g

3、測試條件

 測試設(shè)備：Arc

 電芯電壓：用0.5C恒流恒壓充電至4.3V，0.05C；

 氣氛：氬氣；

 絕熱溫升：1C放電/充電：位置T2

 觸發(fā)熱失控方式：

 （1）將電芯以恒定功率加熱至40℃，并保持240min；（2）每次升溫5min，保持30min，再保持 10min 用 于 判 定 ， 當 電 池 溫 升 速 率 ＞0.03℃/min時判定為開始電芯自加熱，不再外部加熱；（2）環(huán)境溫度跟隨電池溫度上升，保持絕熱狀態(tài)，直至電池發(fā)生熱失控。

 采集數(shù)據(jù)：電壓、溫度、氣壓

 電芯放置方式：電芯噴碼反放、用夾板夾住，扭力0~1N；豎直吊在Arc內(nèi)。

 感溫線布置：共12個，電芯噴碼面3個，負極耳1個，電芯四周7個，氣壓傳感器處1個。

4、輸出要求

（1）電壓、氣壓、溫度原始數(shù)據(jù)；

（2）錄像；

（3）測試前電芯、傳感器在設(shè)備中擺放的照片，電芯測試后的照片；

（4）測試前后電芯質(zhì)量、噴出粉體的質(zhì)量；

（5）GC測試剛結(jié)束時的氣體成分；

（6）噴出粉體、電芯中殘留粉體的SEM、用XRD測試的粉體成分，用EDS測試的成分和比例；注意：粉體不太均勻，需要研磨后測試。

（7）測試后電芯和粉體寄回。

5、其他要求：

（1）測試過程中不泄壓。預(yù)估壓強2.5~3.0bar；

（2）電壓、溫度、氣壓、錄像起始相同；

（3）采樣間隔：電壓的采樣間隔是0.5s

（4）溫度、氣壓的采樣間隔：10ms