《鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法》

中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CSAE2021－58

鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法

Measurementmethodofthermalcharacteristicparameters

oflithiumionpowerbattery

（征求意見(jiàn)稿）

在提交反饋意見(jiàn)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(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CSAExx－2021

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)定了鋰離子電池?zé)嵛镄詤?shù)測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)程序、儀器準(zhǔn)備，提供了鋰離子電池?zé)崽匦?/p>

參數(shù)的測(cè)試方法。

本文件適用于鋰離子動(dòng)力蓄電池。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)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

DB34/T3377-2019電動(dòng)汽車用動(dòng)力鋰離子電池單體熱失控測(cè)試方法

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)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：通常應(yīng)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(lái)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動(dòng)力電池的容量值。

[來(lái)源：GB38031：2020.3.7]

3.3

加速量熱儀acceleratingratecalorimeter

能提供絕熱條件下化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間-溫度-壓力數(shù)據(jù)的熱分析設(shè)備。

[來(lái)源：DB34/T3377：2019]

3.4

熱電偶thermocouple

由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電

氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。

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T/CSAExx－2021

3.5

電池卷芯batterycore

以手工或機(jī)器將正極、負(fù)極、隔膜以疊片或卷繞的方式組合在一起，是鋰電池的核心組件。

3.6

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。

3.7

截止電壓cut-offvoltage

制造商規(guī)定的，電池放電時(shí)允許達(dá)到的最低電壓。

3.8

導(dǎo)熱系數(shù)thermalconductivity

指在穩(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度（K，℃），在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)

1m2傳遞的熱量。

4符號(hào)和縮略語(yǔ)

4.1符號(hào)

下列符號(hào)適用于本文件。

1C：1小時(shí)放電倍率的電流（A），其數(shù)值等于額定容量值。

1/3C：3小時(shí)放電倍率的電流（A），其數(shù)值等于額定容量值的1/3。

4.2縮略語(yǔ)

下列縮略語(yǔ)適用于本文件。

ARC：加速量熱儀（AcceleratingRateCalorimeter）。

SOC：荷電狀態(tài)(StateofCharge)。

4.3下標(biāo)

Core：表示電池卷芯。

5測(cè)試條件

5.1一般測(cè)試條件

5.1.1除另有規(guī)定外，試驗(yàn)的環(huán)境溫度應(yīng)為25℃±5℃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(guò)程：直到被測(cè)對(duì)象溫

度與測(cè)試規(guī)定的溫度差值不超過(guò)2℃。

5.1.3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1/3C，恒流放電(100-n)/100×3h，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。

5.2測(cè)量?jī)x器、儀表準(zhǔn)確度

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測(cè)量?jī)x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℃；375°to1200°，誤差在±0.4％；

d)時(shí)間測(cè)量裝置：誤差在±0.1％FS；

e)尺寸測(cè)量裝置：誤差在±0.1％FS；

f)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(shuō)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比熱容參數(shù)測(cè)試

6.1測(cè)試對(duì)象處理

軟包電池不需額外處理，方殼電池及圓柱電池需將電池卷芯拆出并用鋁塑膜重新封裝。

6.2測(cè)試原理

在ARC提供的絕熱環(huán)境中采用大小與被測(cè)電池卷芯（軟包單體）一致的薄膜型加熱器對(duì)電池卷芯

（軟包單體）進(jìn)行加熱。由于在絕熱環(huán)境下，卷芯（軟包單體）與外界沒(méi)有熱交換，可近似認(rèn)為加熱

片產(chǎn)生的所有的熱量均被卷芯（軟包單體）吸收。通過(guò)監(jiān)測(cè)卷芯溫度隨加熱時(shí)間的變化可獲得電池卷

芯的比熱容參數(shù)。卷芯的比熱容可用式（1）、（2）進(jìn)行計(jì)算。

??

?????????=?··························································(1)

??加熱

?加熱

??=??···································································(2)

??????

??

式中：

Mcore——卷芯質(zhì)量，單位為（kg）；

T——溫度，單位為（℃）；

——時(shí)間，單位為（s）；

P加熱——加熱器功率，單位為（W）。

6.3測(cè)試準(zhǔn)備

6.3.1根據(jù)電池技術(shù)規(guī)格參數(shù)，按照5.1.3（可選用更小的放電倍率）將電池放電至放電截止電壓。

6.3.2根據(jù)電池類型進(jìn)行拆解，取出電池卷芯，并用鋁塑膜進(jìn)行重新封裝，可根據(jù)電池情況及錯(cuò)誤!

未找到引用源。拆解電池。

6.3.3將拆解獲得的卷芯放置于電子天平上，對(duì)其進(jìn)行稱重并記錄示數(shù)。

6.3.4用游標(biāo)卡尺對(duì)卷芯的幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量并記錄示數(shù)。

?????

6.3.5根據(jù)卷芯的質(zhì)量以及幾何參數(shù)按照公式?????=可計(jì)算獲得卷芯的密度，core卷芯密度，

?????

Vcore為卷芯簡(jiǎn)化形狀的體積。

6.4測(cè)試步驟

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T/CSAExx－2021

比熱容測(cè)試步驟示意圖如圖1所示，方法如下：

a)將薄膜加熱片夾置于用鋁塑膜封裝好的卷芯之間，并在加熱片及兩個(gè)卷芯外側(cè)面各放置一個(gè)

熱電偶，推薦使用K型熱電偶；

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

熱電偶；

c)ARC需完成校準(zhǔn)，并將ARC的工作模式設(shè)置為絕熱模式。將加熱器連接至直流電源，將K型熱

電偶接至數(shù)據(jù)采集儀；

d)關(guān)閉ARC蓋子，對(duì)相關(guān)線束加保護(hù)；

e)點(diǎn)擊開始測(cè)試，同時(shí)打開直流電源與數(shù)據(jù)采集器；

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

圖1測(cè)試步驟示意圖

6.5ARC參數(shù)設(shè)置

ARC參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1ARC參數(shù)設(shè)置

設(shè)置名稱定義設(shè)置模式

模式選擇選擇ARC的工作模式絕熱

6.6加熱片的功率設(shè)置及加熱溫度

加熱片的功率及加熱溫度設(shè)置方法如下：

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a)加熱片功率的選取原則為使得電池能夠在5h～6h內(nèi)上升35℃左右，當(dāng)最高溫升達(dá)到60℃

左右即可停止試驗(yàn)；

b)盡量使加熱功率的量程在直流電源的1/3～1/2處；

c)加熱片應(yīng)盡量選擇薄膜加熱片。

d)加熱的最高溫度建議不超過(guò)75℃。

6.7數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)后，取布置在電芯大面中心的三個(gè)K型熱電偶的數(shù)據(jù)，得到如圖2的時(shí)間-溫度曲線。根據(jù)式

（2），計(jì)算在三條溫升速率曲線的斜率并求平均值，則可以得到電池卷芯的比熱容。

圖2時(shí)間-溫度曲線

7導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

7.1測(cè)試對(duì)象處理

軟包電池不需額外處理，方殼電池及圓柱電池需將電池卷芯拆出并用鋁塑膜重新封裝。

7.2測(cè)試原理

以方殼電池卷芯為例，對(duì)卷芯進(jìn)行局部加熱，通過(guò)不同位置的溫度響應(yīng)差異，計(jì)算獲得相應(yīng)方向

的導(dǎo)熱系數(shù)。卷芯受加熱后的溫度分布符合傳熱基本式（3）。

???????????

????=?+(?)+(?)+(?)·····································(3)

???????????????????????

式中：

?????——電池卷芯的密度，單位為（kg/m^3）；

??——電池卷芯的熱容，單位為（J/(kg·℃）；

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??——卷芯的產(chǎn)熱，單位為（W）；

0，??，??，??——電池在x，y和z方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，其中??=??。

7.3測(cè)試準(zhǔn)備

同6.4測(cè)試準(zhǔn)備。

7.4測(cè)試步驟

7.4.1在兩節(jié)用鋁塑膜重新封裝的卷芯中心位置粘貼加熱片，且在加熱片與卷芯表面之間涂抹導(dǎo)熱硅

脂，使熱接觸充分、減小測(cè)試誤差。

7.4.2在兩節(jié)卷芯外側(cè)面與加熱片對(duì)應(yīng)的位置粘貼熱電偶，并在長(zhǎng)度方向上每間隔2cm左右粘貼一

個(gè)熱電偶，粘貼不少于兩個(gè)熱電偶，記錄各個(gè)位置的溫度響應(yīng)曲線。另外，再在表面覆蓋泡沫塑料等

隔熱材料。

7.4.3將加熱器連接至直流電源，熱電偶連接至數(shù)據(jù)采集儀。

7.4.4開啟加熱器電源，并記錄數(shù)據(jù)。

7.4.5當(dāng)最高溫升達(dá)到45℃～75℃左右即可停止實(shí)驗(yàn)。

圖3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試流程

7.5加熱器功率的設(shè)置

7.5.1加熱功率的選取原則為使得卷芯能夠在3min～5min內(nèi)上升20℃左右。

7.5.2盡量使加熱功率的量程在直流電源的1/3～1/2處。

7.5.3加熱片的面積應(yīng)盡可能的小，類似點(diǎn)狀加熱，更能通過(guò)熱電偶獲取溫度分布。

7.6數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上述測(cè)試方法，通過(guò)數(shù)值仿真軟件的固體傳熱模塊，對(duì)卷芯受熱的過(guò)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，通過(guò)優(yōu)化算法，對(duì)卷芯的導(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)得各點(diǎn)的溫度為止，將此時(shí)優(yōu)化得到的導(dǎo)熱系數(shù)作為卷芯實(shí)際的導(dǎo)

熱系數(shù)。具體計(jì)算參考附錄C。

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附錄A

（資料性）

電池拆解流程示例

A.1方殼電池拆解

A.1.1實(shí)驗(yàn)對(duì)象

電池卷芯數(shù)目不小于2的方殼單體電池。

A.1.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

角膜機(jī)、水果刀、老虎鉗、陶瓷刀。

A.1.3實(shí)驗(yàn)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具體流程

A.1.4.1將電池按照5.1.3規(guī)定的方法放電，放到0％SOC，并記錄電壓；

A.1.4.2在電池上部靠近上蓋處畫出兩圈平行的切割線，并根據(jù)切割線用角膜機(jī)沿線進(jìn)行切割或使用

水果刀沿線刻劃，使得2圈切割線處電池殼體厚度變薄，但仍保持密封。

A.1.4.3用老虎鉗把刻劃出來(lái)的殼體通過(guò)卷繞的方式與殼體分離，并結(jié)合陶瓷刀進(jìn)行操作，將電池外

殼完全切割開，取出電池卷芯；

A.1.5要求

拆解之后的電池卷芯應(yīng)在3d之內(nèi)開展比熱容或?qū)嵯禂?shù)測(cè)試。

圖A.1方殼電池拆解流程

A.2圓柱電池拆解

A.2.1實(shí)驗(yàn)對(duì)象

圓柱單體電池。

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T/CSAExx－2021

A.2.2實(shí)驗(yàn)耗材準(zhǔn)備

絕緣剪刀、陶瓷刀。

A.2.3實(shí)驗(yàn)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.2.4具體流程

A.2.4.1將電池按照5.1.3規(guī)定的方法放電，放到0％SOC，并記錄電壓；

A.2.4.2在電池上部靠近上蓋處畫出兩圈平行的切割線，并根據(jù)切割線用絕緣見(jiàn)到沿線進(jìn)行切割或使

用水果刀沿線刻劃，使得2圈切割線處電池鋁塑膜厚度變薄，但仍保持密封。

A.2.4.3用絕緣剪刀把刻劃出來(lái)的殼體通過(guò)疊片的方式與殼體分離，并結(jié)合陶瓷刀進(jìn)行操作，將電池

外殼完全切割開，取出電池卷芯；

A.2.5要求

拆解之后的電池卷芯應(yīng)在3天之內(nèi)開展比熱容或?qū)嵯禂?shù)測(cè)試。

卷芯

圖A.2圓柱電池拆解流程

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附錄B

（資料性）

比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果記錄表

比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果記錄表見(jiàn)表B.1。

表B.1比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果記錄表

參數(shù)數(shù)值

比熱容J/(kg·℃)

λxW/(m·K)

導(dǎo)熱系數(shù)

Λy=λzW/(m·K)

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