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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(hào)：

更新時(shí)間：2025-12-31

產(chǎn)品簡(jiǎn)介：

H.E.L BTC-500電池絕熱加速量熱儀ARC- Accelerating Rate Calorimeter
Battery Testing Calorimeters進(jìn)行材料熱分解和電池?zé)崾Э販y(cè)試時(shí)，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?zé)崾Э匦袨榻！？梢詸z測(cè)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(jìn)一步揭示電池內(nèi)的熱失控反應(yīng)機(jī)理。

產(chǎn)品特性Product characteristics

“精"——上海市先JIN企業(yè)!

“專"——專注工業(yè)測(cè)試十六年!

“特"——德國(guó)萊茵TUV認(rèn)證供應(yīng)商!

“新"——注冊(cè)資本實(shí)繳壹仟萬元!實(shí)繳資金行業(yè)中居前茅!抗金融風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)!

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(huì)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(jì)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?zé)崾Э亍?導(dǎo)致全日航空全部波音787型號(hào)飛機(jī)停飛

電動(dòng)汽車安全事故：由于過熱，碰撞及其他誤操作原因等導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?/span>

其他的電池相關(guān)事故涉及了日常消費(fèi)品，如筆記本電腦，手機(jī)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(bǔ)償（HLC）絕熱技術(shù)

• 熱傳導(dǎo)、熱傳導(dǎo)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(dǎo)過程往往和對(duì)流同時(shí)發(fā)生。

• 熱對(duì)流：熱對(duì)流（thermal convection）是指流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)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(dǎo)，熱對(duì)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(qiáng)度越大，熱輻射強(qiáng)度與距離的三次方成反比，比如距離樣品0.4m輻射源強(qiáng)度為1的話 ，樣品為處輻射強(qiáng)度就是六十四分之一。所以，當(dāng)樣品尺寸發(fā)生時(shí)，需要用標(biāo)準(zhǔn)鋁塊去標(biāo)定。

熱量的傳遞

HEL熱損失功率補(bǔ)償校準(zhǔn)技術(shù)

熱損失功率補(bǔ)償模型

HEL熱損失功率補(bǔ)償校準(zhǔn)技術(shù)

HWS臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(cè)試程序：使用HWS程序，初始標(biāo)定時(shí)間為360min，初始溫度50℃，確認(rèn)絕熱標(biāo)定時(shí)間為20min，每一段的升溫為5℃，Adjust時(shí)間為60min，Search時(shí)間為10min，dT/dt>0.02℃/min；

檢測(cè)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(shí)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(qiáng)-時(shí)間曲線；

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

8. 腔體溫度/樣品溫度-時(shí)間曲線

9. 氣體成分及含量測(cè)試

10. 電芯熱失控結(jié)束后電池外觀及重量

11. ARC默認(rèn)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(duì)應(yīng)時(shí)刻為1368.8min；

2. T2（dT/dt≥1.0℃/min）溫度為186.19℃，對(duì)應(yīng)時(shí)刻為3233.7min；

3. T破口在164.3℃時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)刻為3089.9min，電芯溫度下降，推測(cè)為防爆閥啟動(dòng)，電解液噴出所致；同時(shí)電芯電壓驟降；

4. T3熱失控溫度為350.1℃，對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)室EHS要求

電池?zé)崾Э剡^程防爆箱外部和內(nèi)部視頻畫面

2、每個(gè)HWS自動(dòng)校準(zhǔn)，確保測(cè)試全程絕熱

3、滿足大尺寸電池趨勢(shì)的測(cè)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(cè)試設(shè)備尺寸滿足整只電池放入。

1、監(jiān)控電芯正負(fù)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(cè)前后稱重，測(cè)電壓與內(nèi)阻，拍電芯測(cè)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)：?jiǎn)误w電池OCV、ACR、重量、厚度、外觀、樣品編號(hào)，試驗(yàn)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(shí)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(cè)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(biāo)定建立絕熱過程，時(shí)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(jī)構(gòu)推薦值）

e. 標(biāo)定確認(rèn)絕熱過程，時(shí)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(duì)氣體進(jìn)行分析：

a.在自放熱反應(yīng)（放熱速率三0.02°C/min ）開始時(shí)， 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(shí)間為2s， 間隔為5s

絕熱 HWS模式測(cè)試及在線校準(zhǔn)模式。

兼具 Adiabatic/HWS/Ramp/isothermal /Single HWS

緊湊的設(shè)計(jì)(臺(tái)式設(shè)計(jì))

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(cè)試。

Cp比熱測(cè)試附件

短路測(cè)試模塊

穿刺測(cè)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(cè)試池）和測(cè)試池之間的溫差。

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

放熱起始溫度測(cè)試

壓力增加測(cè)試

絕熱 DT測(cè)試

反應(yīng)速率到達(dá)時(shí)間 (TMR)

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(xì)的熱失控評(píng)估數(shù)據(jù)。

在這個(gè)部分In these, 控制監(jiān)控加熱器來防止任樣品和測(cè)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(cè)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(zhǎng)加熱(Heat) ，每次都跟隨著等待時(shí)間(Wait) ，搜尋(Search) 直到樣品自放熱被檢測(cè)到. 這時(shí)，絕熱條件下的熱失控被追蹤到。

粉末、液體樣品絕熱測(cè)試

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

PhiTEC采用熱電偶直接接觸法，對(duì)樣品放熱的檢測(cè)靈敏度大為提高，使Onset（放熱反應(yīng)起始點(diǎn)）的探測(cè)受PHi值影響更低，檢測(cè)靈敏度更好，從而使得化學(xué)品爆炸性等安全評(píng)估數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠，尤其是對(duì)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(gè)臺(tái)階溫升結(jié)束后，處于絕熱狀態(tài)。

軟件控制加熱量及自動(dòng)計(jì)

算Cp，不同電池形狀可配置不同適配器

針刺附件：國(guó)標(biāo)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(jìn)行了兩次技術(shù)更新。

BTC-350 BTC-500

絕熱 HWS模式測(cè)試及在線校準(zhǔn)

針穿刺測(cè)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(cè)試附件

短路測(cè)試

低溫測(cè)試：-40攝氏度(循環(huán)器)

樣品倉(cāng)內(nèi)部記錄攝像機(jī)

自動(dòng)氣體取樣

溫場(chǎng)分布測(cè)試

FTIR /GC原位氣體分析測(cè)試

 樣品倉(cāng): 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(shí)現(xiàn)多階段

的氣體采集

及分析、

在線氣體分析質(zhì)譜 MS

進(jìn)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(fēng)扇

頂蓋

工作指示燈

壓強(qiáng)傳感器

攝像頭及冷卻風(fēng)扇

進(jìn)氣口

出氣口

電壓信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)）

• 測(cè)試池: 500mm ? , 500mm h (可用于檢測(cè)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(jiān)固的多層超厚不銹鋼外殼結(jié)構(gòu) 緊湊的設(shè)計(jì)，防爆片及自動(dòng)泄壓機(jī)械安全，軟件自控快速急冷、手動(dòng)緊急停機(jī)等功能。

• 主機(jī)具備進(jìn)氣接口和出氣接口，電磁閥控制。

• 工作指示燈,符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

• LFP 300Ah 以上儲(chǔ)能電池測(cè)試。

在 BTC 中，通過設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行良好的絕熱實(shí)驗(yàn)，可測(cè)得導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐沫h(huán)境溫度 測(cè)試過程：對(duì)電池/電池組進(jìn)行逐步升溫，通過標(biāo)準(zhǔn)的“加熱-等待-探測(cè)"（H-W-S）過程 可測(cè)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(cè)試

實(shí)時(shí)在線絕熱校準(zhǔn)

量熱儀 60℃開始絕熱控制自動(dòng)校準(zhǔn), 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(dòng)校準(zhǔn)；Exothermal 2 是由于電池材料自加速分解反應(yīng)導(dǎo)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(duì)溫度的超

高靈敏度

破壞性穿刺測(cè)試

自動(dòng)針刺馬達(dá)：

速度可設(shè)定：0.01mm-10cm/min

針刺深度可設(shè)定

GB國(guó)標(biāo)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(shí)現(xiàn)測(cè)試 電池樣品

狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示及影像記錄。

電池測(cè)試過程實(shí)時(shí)監(jiān)控

電池比熱測(cè)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(biāo)定加熱器的樣品質(zhì)量為1542g

測(cè)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(xiàn)值 Cp = 0.502計(jì)，相對(duì)偏差為 1.08%

一、低溫Cp 測(cè)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(cè)試 Q用于電池模擬仿真設(shè)計(jì)

低溫測(cè)試過程控制

標(biāo)準(zhǔn)樣品低溫標(biāo)定絕熱測(cè)試

0.33C @ 0℃ 放電

0.16C @ 0℃ 充電

低溫比熱容

低溫測(cè)試方法：

1、Adiabatic方法(可快速測(cè)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(yàn)樣品中間，確保加熱電阻片產(chǎn)生的熱量全部被試驗(yàn)樣品吸收；

2）對(duì)電池進(jìn)行封裝，在試驗(yàn)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(yàn)樣品懸掛于絕熱加速量熱儀的絕熱倉(cāng)內(nèi)，封閉絕熱倉(cāng)；

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(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境；

5）熱環(huán)境中，利用加熱電阻片，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行恒功率加熱；

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

測(cè)試次數(shù) 子編號(hào) 是否貼片電池 電池初始質(zhì)量(g) 初始時(shí)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(cè)試

氣體收集及產(chǎn)氣量測(cè)試

頂蓋采集氣體，高效便捷，準(zhǔn)確氣體分析。

winISO 軟件智能控制自動(dòng)取樣閥，可對(duì)熱失控過程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)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(shí)刻的電芯溫度與氣體溫度相同，則任意時(shí)刻的n*R=P*98/T。由于n*R對(duì)于不同溫度時(shí)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(shí)刻增加的體積為相鄰兩個(gè)時(shí)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(shí)，腔體內(nèi)壓強(qiáng)上升，原因是防爆閥啟動(dòng)破口導(dǎo)致，對(duì)應(yīng)時(shí)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(qiáng)-時(shí)間曲線

腔體壓強(qiáng)對(duì)時(shí)間

102Ah 811體系電芯熱失控

腔內(nèi)壓強(qiáng)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(jì)算

原理：

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

計(jì)算過程：

1. 針對(duì)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(shí)刻(t1)的壓強(qiáng)為P1，檢測(cè)點(diǎn)溫度為T1，n1=P1V0/RT1；

3. 下一時(shí)刻(t2)的壓強(qiáng)為P2，檢測(cè)點(diǎn)溫度為T2，n2=P2V0/RT2；

4. 時(shí)間差為Δt= t2 – t1；

5. 基于物質(zhì)守恒及Pack噴發(fā)時(shí)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(qiáng)采集(>10Hz)；

密閉腔體

氣體溫度檢測(cè)熱電偶

氣壓計(jì)

計(jì)算實(shí)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?dú)獯祾吖δ?/span>

1、 緊急控制反應(yīng)失控。

2、試驗(yàn)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(jìn)行測(cè)試。

二、多個(gè)外置功能性接口，保證絕熱。

1、獨(dú)立內(nèi)阻儀設(shè)備接口

2、獨(dú)立電壓測(cè)試接口

3、獨(dú)立膨脹計(jì)測(cè)試接口

BTC-500快速冷卻及吹掃功能

• 特點(diǎn)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(cè)試設(shè)備尺寸滿足整只電池放入。

1、監(jiān)控電芯正負(fù)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(cè)前后稱重，測(cè)電壓與內(nèi)阻，拍電芯測(cè)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)：?jiǎn)误w電池OCV、ACR、重量、厚度、外觀、樣品編號(hào)，試驗(yàn)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(shí)電芯完成照片）：

• 特點(diǎn)二： 軟包電池測(cè)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(shí)際工況，避免軟包電池脹氣帶來的熱電偶測(cè)試不準(zhǔn)確。

• 6. 使用HWS程序測(cè)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(biāo)定建立絕熱過程，時(shí)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(jī)構(gòu)推薦值）

• e. 標(biāo)定確認(rèn)絕熱過程，時(shí)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(diǎn)三： 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕^熱及在線測(cè)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(duì)氣體進(jìn)行分析：

• a.在自放熱反應(yīng)（放熱速率三0.02°C/min ）開始時(shí)， 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(dòng)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(shí)間為2s， 間隔為5s;

• 特點(diǎn)四： 氣體采集測(cè)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(dāng)使用雙鹽電解質(zhì)的5 AhNCM523/G軟包電池循環(huán)一個(gè)化成周期（0% SOC）時(shí)，在ARC相同的測(cè)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(huì)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(huì)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(yán)重的熱失控現(xiàn)象。

電池?zé)崾Э貦C(jī)制分析

測(cè)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?zé)崾Э貦C(jī)制分析

1、軟包電池的表面溫度在充電和放電過程中都會(huì)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(yuǎn)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(duì)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(xué)反應(yīng)熱組成，可逆電化學(xué)反應(yīng)熱在低倍率下占總熱量的主導(dǎo)地位，而不可逆的焦耳熱在高倍率下占總熱量的主導(dǎo)地位；

3、總之，高效智能的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)測(cè)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(cè)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(shí)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(qiáng)-時(shí)間曲線；

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

8. 腔體溫度/樣品溫度-時(shí)間曲線

9. 氣體成分及含量測(cè)試

10. 電芯熱失控結(jié)束后電池外觀及重量

11. ARC默認(rèn)錄像

實(shí)驗(yàn)步驟

加熱絲

ARC及數(shù)采儀熱電偶布點(diǎn)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(diǎn)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(cè)試程序：使用HWS程序，初始標(biāo)定時(shí)間為360min，初始溫度50℃，確認(rèn)絕熱標(biāo)定時(shí)間為20min，每一段的升溫為5℃，Adjust時(shí)間為60min，Search時(shí)間為10min，dT/dt>0.02℃/min；

熱失控結(jié)論：

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

2. 電芯在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中達(dá)到溫度（ARC采集到的）為350.1℃（ 3243.8min ），所有測(cè)溫點(diǎn)中溫度點(diǎn)為T6點(diǎn)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(qiáng)為2.21bar；

7. 經(jīng)計(jì)算熱失控產(chǎn)氣49.3L，熱失控產(chǎn)氣速率在3243.5min時(shí)達(dá)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(hào) #

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(duì)應(yīng)時(shí)刻為1368.8min；

dT/dt≥1.0℃/min溫度為186.19℃，

對(duì)應(yīng)時(shí)刻為3233.7min；

在164.3℃時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)刻為3089.9min，電芯溫度下降，推測(cè)為防爆閥啟動(dòng)，電解液噴出所致；

在164.3℃時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)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(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)，腔體內(nèi)壓強(qiáng)上升，原因是防爆閥啟動(dòng)破口導(dǎo)致，對(duì)應(yīng)時(shí)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(qiáng)-時(shí)間曲線

產(chǎn)氣速率&產(chǎn)氣量計(jì)算

• 根據(jù)PV=nRT，假設(shè)任意時(shí)刻的電芯溫度與氣體溫度相同，則任意時(shí)刻的n*R=P*98/T。由于n*R對(duì)于不同溫度時(shí)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(shí)刻增加的體積為相鄰兩個(gè)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算產(chǎn)氣49.3L，產(chǎn)氣速率5.8L/s;

（表格數(shù)據(jù)較多，請(qǐng)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(shí)達(dá)到值5.8L/s;

2、從3243.396min熱失控明顯產(chǎn)氣開始，到3243.659min達(dá)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(cè)試鋁板比熱容，用于計(jì)算校正系數(shù)；

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

3. 對(duì)電池進(jìn)行封裝，在試驗(yàn)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(yàn)樣品懸掛于絕熱加速量熱儀的絕熱倉(cāng)內(nèi)，封閉絕熱倉(cāng)；

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(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境；

6. 絕熱環(huán)境中，利用加熱電阻片，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行加熱，采集加熱片的實(shí)時(shí)電壓及電阻，用以計(jì)算產(chǎn)生的熱量；

7. 通過公式∫ ???? = ????(???，計(jì)算試驗(yàn)樣品的比熱容Cp(J/kgK)，其中U(t)為加熱片的實(shí)時(shí)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(cè)試

測(cè)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(cè)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(cè)試

（3）固體釋放量、固體成分測(cè)試

2、測(cè)試電芯

尺寸545/87/86，約890g

3、測(cè)試條件

 測(cè)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(dāng) 電 池 溫 升 速 率 ＞0.03℃/min時(shí)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(gè)，電芯噴碼面3個(gè)，負(fù)極耳1個(gè)，電芯四周7個(gè)，氣壓傳感器處1個(gè)。

4、輸出要求

（1）電壓、氣壓、溫度原始數(shù)據(jù)；

（2）錄像；

（3）測(cè)試前電芯、傳感器在設(shè)備中擺放的照片，電芯測(cè)試后的照片；

（4）測(cè)試前后電芯質(zhì)量、噴出粉體的質(zhì)量；

（5）GC測(cè)試剛結(jié)束時(shí)的氣體成分；

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

（7）測(cè)試后電芯和粉體寄回。

5、其他要求：

（1）測(cè)試過程中不泄壓。預(yù)估壓強(qiáng)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