《鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法》編制說(shuō)明

《鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法》

編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

1.1任務(wù)來(lái)源

《鋰離子動(dòng)力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測(cè)量方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)批

準(zhǔn)立項(xiàng)。文件號(hào)中汽學(xué)函【2021】218號(hào)，任務(wù)號(hào)為2021-57。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)汽車工

程學(xué)會(huì)電動(dòng)汽車聯(lián)盟提出，清華大學(xué)、上海理工大學(xué)、合肥國(guó)軒高科動(dòng)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(guó)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(lán)汽車科技有限公司、中國(guó)人民警察大學(xué)、廣

汽埃安新能源汽車股份有限公司、中國(guó)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(guó)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(shí)代新能源科技股份有限公司、北京科易動(dòng)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(cè)試科技有限公司、

上海蔚來(lái)汽車有限公司、理想汽車、UL中國(guó)、蜂巢能源科技股份有限公司、萬(wàn)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(cè)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(cè)試科技有限公司、中國(guó)第一汽車集

團(tuán)有限公司、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、華為數(shù)字能源公司等單位起草。

1.2編制背景與目標(biāo)

新能源汽車產(chǎn)銷量正在大幅度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)新能源汽車保有量將

超過(guò)汽車總保有量的50%。由于電池成本的大幅度下降，純電動(dòng)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(wàn)輛數(shù)量級(jí)時(shí)，每年發(fā)生的

電動(dòng)汽車起火事件高達(dá)1000余起，電動(dòng)汽車的安全問(wèn)題引發(fā)全社會(huì)范圍的關(guān)注。電

動(dòng)汽車的起火事故，主要是由于電池失效引起的。動(dòng)力電池?zé)崾Э厥请姵厥У暮?/p>

心問(wèn)題，其核心是化學(xué)反應(yīng)放熱，進(jìn)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(jì)損失。目前解決動(dòng)力電池安全問(wèn)題的手段主要是通過(guò)正向設(shè)計(jì)，利用熱失

控模型來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)抵抗單體電池失效的能力。

因此期望通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)，解決動(dòng)力電池?zé)嵛镄詤?shù)測(cè)量的問(wèn)題。用以輸入到動(dòng)力

電池仿真模型中，輔助進(jìn)行正向的安全設(shè)計(jì)。

1.3主要工作過(guò)程

1

本標(biāo)準(zhǔn)于2021年7月開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)；2021年11月通過(guò)了立項(xiàng)評(píng)審會(huì)，來(lái)自電

動(dòng)汽車及動(dòng)力電池領(lǐng)域的七位專家達(dá)成一致，同意了本團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的研制工作；2021

年11月到2022年3月份進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的試驗(yàn)操作及驗(yàn)證工作；2022年4月-5

月，完成了團(tuán)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(kāi)展了第一輪征求意見(jiàn)，共收集到17家單位的近200條建議及改進(jìn)意見(jiàn)；2022年

7月-10月，根據(jù)第一輪征求意見(jiàn)對(duì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)初稿進(jìn)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(dòng)力電池及電動(dòng)汽車企業(yè)開(kāi)展了第

二輪意見(jiàn)征求與討論會(huì)，會(huì)上收到來(lái)自參加討論單位的30多條意見(jiàn)、建議；2023年

4月，完成了對(duì)新增意見(jiàn)的處理與確認(rèn)，并完善了最終面向社會(huì)征求意見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)稿。

預(yù)計(jì)2023年8月，正式面向行業(yè)和社會(huì)開(kāi)展征求意見(jiàn)，2023年9月完成意見(jiàn)

收集和征求意見(jiàn)討論會(huì)，對(duì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改及定稿。預(yù)計(jì)2023年9月完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

的申報(bào)，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(guó)內(nèi)外熱物性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)研了國(guó)內(nèi)外對(duì)比熱容和導(dǎo)

熱系數(shù)的試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，參考了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》，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋰離子動(dòng)力電池在拆解、布置熱電偶、使用加

熱器以及加速量熱儀（AcceleratingRateCalorimeter，ARC）等方面作了較詳細(xì)的規(guī)

定，以確保鋰離子電池比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.1.1通用性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的鋰電池?zé)嵛镄詤?shù)測(cè)試方法適用于方殼電池、軟包電池等鋰離子

電池，且具有可重復(fù)標(biāo)定，低成本，裝置體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和影響因素充分考慮的

特點(diǎn)。

2.1.2指導(dǎo)性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法可以為電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)提供指導(dǎo)作用。目前GB/T19466.4-

2016塑料中采用差示掃描量熱法對(duì)于塑料的比熱容測(cè)試進(jìn)行了定義和測(cè)定。BSISO

19628對(duì)于陶瓷材料的比熱容測(cè)定進(jìn)行過(guò)了要求，主要采用差式掃描量熱法；ASTM

D5470采用熱流法對(duì)軟性材料具有良好的測(cè)量精度；ASTME1530用換熱式熱流計(jì)

技術(shù)評(píng)定材料抗熱傳輸性的試驗(yàn)方法，可以測(cè)量軟性材料和膜類材料；ASTME1461

采用閃光法，使用高強(qiáng)度的能量脈沖對(duì)小而薄的試樣進(jìn)行短時(shí)間的輻照，用紅外檢

2

測(cè)器測(cè)量樣品表面的溫度變化，實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)是樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)，還需要知道

試樣的比熱和密度，才能通過(guò)計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)。ISO22007-2采用瞬變平面熱源

法，可測(cè)試固體，液體，膠體，粉末，帶有孔隙的材料以及各向異性材料，可對(duì)薄

膜及涂層材料進(jìn)行測(cè)試；使用額外的控溫設(shè)備還能涵蓋30℃～1000℃的測(cè)試溫度范

圍。但尚無(wú)關(guān)于鋰離子電池比熱容及導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法

可以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量。

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(guó)家標(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、更高效的方法對(duì)目前使用的方法進(jìn)行補(bǔ)充。

2.1.4兼容性原則

本標(biāo)準(zhǔn)提出的電池?zé)嵛镄詤?shù)測(cè)試方法充分考慮了電池行業(yè)中所用到的電芯材

料和形狀，具有普遍適用性。

2.2標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)共分為10章，規(guī)定了鋰離子動(dòng)力蓄電池單體熱特物性參數(shù)測(cè)量的試驗(yàn)

方法和要求。內(nèi)容包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、符合和縮略語(yǔ)、試驗(yàn)

條件、比熱容測(cè)試、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試、附錄A、附錄B及附錄C。

2.3關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)提出的方法首先是拆解鋰離子電池單體，并將卷芯大面面積相等的薄膜

加熱片夾置于兩塊卷芯中間，其次在卷芯內(nèi)側(cè)大面的幾何中心位置布置K型熱電偶，

并用聚酰亞胺膠帶固定熱電偶。隨后將兩塊卷芯合攏對(duì)齊，并在兩塊卷芯的外表面

中心位置粘貼K型熱電偶，同時(shí)裁取大小合適的鋁塑膜對(duì)已經(jīng)對(duì)固定好的卷芯進(jìn)行

包裹，并用預(yù)加熱好的塑封機(jī)對(duì)鋁塑膜進(jìn)行塑封，將K型熱電偶接至數(shù)據(jù)采集儀。

對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試只需通過(guò)薄膜型加熱器對(duì)電池卷芯（軟包單體）進(jìn)行加熱至45℃

左右即可停止實(shí)驗(yàn)。而比熱容測(cè)試需利用ARC提供的絕熱環(huán)境通過(guò)薄膜型加熱器

對(duì)電池卷芯進(jìn)行加熱至60℃。

為了驗(yàn)證導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性，以COMSOLMultiphysics為例，建立三維模

型，模擬加熱片加熱過(guò)程，根據(jù)卷芯材料和尺寸，可對(duì)卷芯x、y、z方向的導(dǎo)熱系

數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的位置的溫度。

在COMSOL的優(yōu)化模塊中，選擇BOBYQA方法進(jìn)行優(yōu)化。定義所有溫度點(diǎn)的

仿真和試驗(yàn)之差的累加值為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)?，優(yōu)化目標(biāo)是使得該函數(shù)數(shù)值最小，具體

3

的計(jì)算公式如下式（1）所示。

??

12

?=∑∫∈(?????)（1）

?

?=10?

式中：?代表試驗(yàn)中布置的熱電偶數(shù)量，?0，?1分別代表仿真中的起始時(shí)間和終

止時(shí)間，∈?代表權(quán)重系數(shù)，在該模型中，權(quán)重系數(shù)選為1，??，??分別代表仿真溫度

和試驗(yàn)溫度。

基于以上理論，在Comsol中優(yōu)化可得到的不同位置溫度曲線結(jié)果，如示例圖1

所示，圖中各個(gè)溫度位置的試驗(yàn)曲線和仿真曲線基本重合，并計(jì)算得出各方向上的

導(dǎo)熱系數(shù)。

圖1仿真溫度與實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)比

對(duì)于比熱容的數(shù)據(jù)處理，實(shí)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。在三條溫升速率曲線上任取三個(gè)點(diǎn)計(jì)算比熱容

數(shù)值并求平均值，則可以得到電池卷芯的比熱容。

圖2時(shí)間-溫度曲線

綜上，試驗(yàn)結(jié)果顯示所提出的鋰離子動(dòng)力電池?zé)嵛镄詼y(cè)試方法具有很好的適用

性。

2.4標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

4

比熱容測(cè)試是在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)。

卷芯的比熱容可用公式（1）、（2）進(jìn)行計(jì)算。

??

????=?(1)

???加熱

?加熱

??=??(2)

??

??

式中：M為卷芯質(zhì)量；??為卷芯比熱容；?為溫度；?為時(shí)間；?加熱為加熱器功

率。

導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試是對(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公式（3）。

???????????

????=?+(?)+(?)+(?)（3）

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

式中：?????代表電池卷芯的密度，在拆解步驟中測(cè)出；??代表電池卷芯的熱容，

根據(jù)熱容測(cè)試試驗(yàn)測(cè)出；??代表卷芯的產(chǎn)熱，在該試驗(yàn)中為0；??，??，??電池在x，

y和z方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，其中??=??。

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)岚踩Ｅc仿真及電

池?zé)嵛镄詼y(cè)試問(wèn)題上具備測(cè)試能力和豐富的測(cè)試實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

編寫組主要參與單位：上海理工大學(xué)、合肥國(guó)軒高科動(dòng)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(guó)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(lán)汽車科技有限公司、中國(guó)人民警察大學(xué)、廣汽埃安新能

源汽車股份有限公司、中國(guó)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(guó)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(shí)代新能源科技股份有限公司、北京科易動(dòng)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(cè)試科技有限公司、上海蔚來(lái)汽

車有限公司、理想汽車、UL中國(guó)、蜂巢能源科技股份有限公司、萬(wàn)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(cè)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(cè)試科技有限公司、中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公

5

司、中國(guó)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(dòng)汽車行業(yè)有一定的技術(shù)開(kāi)發(fā)及測(cè)試經(jīng)驗(yàn)積累。

經(jīng)過(guò)多家參與單位充分討論研究，本標(biāo)準(zhǔn)具有一定的先進(jìn)性、通用性、科學(xué)性

和可操作性。

三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

編寫組牽頭單位清華大學(xué)具備完整的鋰離子動(dòng)力電池?zé)崽匦詼y(cè)試能力。清華大

學(xué)團(tuán)隊(duì)自2018年起，開(kāi)展動(dòng)力電池?zé)崾Э?、熱蔓延仿真建模研究，電池本身的熱?/p>

性參數(shù)測(cè)試方法，依據(jù)的就是本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的動(dòng)力電池?zé)崽匦詼y(cè)試方法，測(cè)得的熱

物性參數(shù)輸入到模型當(dāng)中具有極佳的仿真精度，Ansys中國(guó)（安似科技上海有限公

司）給牽頭單位清華大學(xué)開(kāi)具的電池系統(tǒng)熱失控?zé)崧幽Ｐ蛨?bào)告中提到“開(kāi)展了電

池系統(tǒng)熱失控蔓延模型方法的測(cè)試驗(yàn)證，模型計(jì)算精度與實(shí)驗(yàn)對(duì)比吻合度為95%以

上。”

圖1.Ansys中國(guó)開(kāi)具的電池系統(tǒng)熱失控蔓延模型用戶報(bào)告

清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院已與國(guó)內(nèi)外知名鋰離子電池生產(chǎn)廠家與電動(dòng)汽車公司

在鋰電池?zé)岚踩抡娼：吞匦詼y(cè)試方面開(kāi)展廣泛、深入的產(chǎn)學(xué)研合作，如圖2所

6

示。

圖2.牽頭單位清華大學(xué)在電池?zé)岚踩Ｅc熱特性測(cè)試項(xiàng)目合作單位

四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本標(biāo)準(zhǔn)的部分條款（6.5、6.6、6.7、7.5、7.6）涉及到“電池?zé)崾Э靥匦缘臏y(cè)試

方法”和“絕熱量熱儀”這兩項(xiàng)專利。目前該專利已授權(quán)，專利申請(qǐng)?zhí)柗謩e為

ZL201410054650.4和ZL201910132212.8，專利申請(qǐng)人為清華大學(xué)；中國(guó)汽車技術(shù)研

究中心有限公司。標(biāo)準(zhǔn)涉及專利的內(nèi)容主要是提供一種絕熱量熱儀，通過(guò)溫控結(jié)構(gòu)

控制加熱器與絕熱蓋加熱器為測(cè)試樣品材料提供絕熱環(huán)境，同時(shí)保證材料腔中的材

料與絕熱蓋材料腔中的材料與測(cè)量樣品材料同步溫升。標(biāo)準(zhǔn)中涉及的專利，其申請(qǐng)

人均已披露，同意在公平、合理、無(wú)歧視基礎(chǔ)上，免費(fèi)許可任何組織或者個(gè)人在實(shí)

施該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)實(shí)施專利，同時(shí)可直接采用專利與標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容的相關(guān)性。

標(biāo)準(zhǔn)中涉及的專利，其申請(qǐng)人均已披露，同意在公平、合理、無(wú)歧視基礎(chǔ)上，

免費(fèi)許可任何組織或者個(gè)人在實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)實(shí)施專利，同時(shí)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(dá)到的社會(huì)效益、對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了鋰離子動(dòng)力電池?zé)嵛?/p>