《鋰離子動力蓄電池?zé)崾Э亟^熱量熱測試方法》編制說明

《鋰離子動力蓄電池?zé)崾Э氐慕^熱量熱測試方法》

編制說明

一、工作簡況

1.1任務(wù)來源

《鋰離子動力蓄電池?zé)崾Э氐慕^熱量熱測試方法》團體標(biāo)準(zhǔn)是由中國汽車工程

學(xué)會批準(zhǔn)立項。文件號中汽學(xué)函【2021】218號，任務(wù)號為2021-58。本標(biāo)準(zhǔn)由中國

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

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

起草。

1.2編制背景與目標(biāo)

隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的大幅度增長，預(yù)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?zé)崾Э厥请姵厥У?/p>

核心問題，其核心是化學(xué)反應(yīng)放熱，進而導(dǎo)致次生的燃燒和爆炸等災(zāi)害，引發(fā)后續(xù)

造成的經(jīng)濟損失。

本標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э靥匦栽u估結(jié)果的影響，使得

電池本質(zhì)安全的屬性能夠通過標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，引入熱失控特征溫度的概念和評價指標(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)化測試的重復(fù)性更好，評價指標(biāo)更客觀。

1.3主要工作過程

本標(biāo)準(zhǔn)于2021年7月開始標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)；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(biāo)準(zhǔn)的研制工作；2021

年11月到2022年3月份進行了標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)初稿撰寫；2022年6月，籌建了標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)初稿進行標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)，并完善了最終面向社會征求意見的標(biāo)準(zhǔn)稿。

預(yù)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(biāo)準(zhǔn)進行修改及定稿。預(yù)計2023年9月完成對標(biāo)準(zhǔn)

的申報，2023年10月完成標(biāo)準(zhǔn)的公布工作。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容

2.1標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э氐慕^熱量熱測試方法標(biāo)準(zhǔn)、

調(diào)研了國內(nèi)外對鋰離子動力蓄電池?zé)崾Э氐慕^熱量熱測試的試驗方法的基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э靥匦栽u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(biāo)準(zhǔn)提出的鋰離子動力蓄電池?zé)崾Э氐慕^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(dǎo)性原則

通過本標(biāo)準(zhǔn)，解決動力電池?zé)崾Э厮斐晌：Φ臏?zhǔn)確評價問題，為動力電池安

全評價、安全設(shè)計、安全使用提供更客觀的評價標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3協(xié)調(diào)性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法與目前使用的國家與地方標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)提出的鋰離子動力蓄電池?zé)崾Э氐慕^熱量熱測試方法測定方法充分考慮

了動力電池?zé)岚踩诵膯栴}——熱失控所造成危害的準(zhǔn)確評價問題，具有普遍適用

性。

2

2.2標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)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。

3

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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(zhǔn)。

表1.加速量熱儀參數(shù)設(shè)置

設(shè)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(zhǔn)）

冷卻溫度ARC開啟冷卻的溫度值300℃

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

4

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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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

5

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(biāo)準(zhǔn)征求意見稿附

錄。

2.5標(biāo)準(zhǔn)工作基礎(chǔ)

編寫組牽頭單位：清華大學(xué)，在電池安全領(lǐng)域及鋰電池?zé)崾Э販y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(xué)、合肥國軒高科動力能源有限公司、北京

理工大學(xué)、智鋰物聯(lián)科技有限公司、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)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(xué)、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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)具有一定的先進性、通用性、科學(xué)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(xué)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?zé)崾Э氐慕^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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)。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(shè)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(rèn)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(xué)車輛與運載學(xué)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?zé)岚踩珳y試方面開展廣泛、深入的產(chǎn)學(xué)研合作。依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э販y試數(shù)據(jù)庫

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標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾?/p>

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(yīng)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(zhǔn)確評價電池本質(zhì)安全性方

面，得到了行業(yè)的普遍認(rèn)可。

四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本標(biāo)準(zhǔn)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(xué)和中國

汽車技術(shù)研究中心有限公司。標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э氐慕^熱量熱測試提供絕熱環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上，免費許可任何組織或者個

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

五、預(yù)期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

當(dāng)前對動力電池安全性、市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э匾l(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(biāo)準(zhǔn)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?zé)崾Э貑栴}，開展直接的測試。本標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)和國外先進標(biāo)準(zhǔn)情況，與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況，

國內(nèi)外關(guān)鍵指標(biāo)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(biāo)