《鋰離子動力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測量方法》編制說明

《鋰離子動力蓄電池?zé)崽匦詤?shù)測量方法》

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)崽匦詤?shù)測量方法》團(tuán)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2021-57。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)、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(tuán)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，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(dá)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暮?/p>

心問題，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。目前解決動力電池安全問題的手段主要是通過正向設(shè)計，利用熱失

控模型來驗證系統(tǒng)抵抗單體電池失效的能力。

因此期望通過本標(biāo)準(zhǔn)，解決動力電池?zé)嵛镄詤?shù)測量的問題。用以輸入到動力

電池仿真模型中，輔助進(jìn)行正向的安全設(shè)計。

1.3主要工作過程

1

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(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)的試驗操作及驗證工作；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(jìn)意見；2022年

7月-10月，根據(jù)第一輪征求意見對團(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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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)外熱物性測試方法標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)研了國內(nèi)外對比熱容和導(dǎo)

熱系數(shù)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》，本標(biāo)準(zhǔn)對鋰離子動力電池在拆解、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于塑料的比熱容測試進(jìn)行了定義和測定。BSISO

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

D5470采用熱流法對軟性材料具有良好的測量精度；ASTME1530用換熱式熱流計

技術(shù)評定材料抗熱傳輸性的試驗方法，可以測量軟性材料和膜類材料；ASTME1461

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

2

測器測量樣品表面的溫度變化，實際測得的數(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，才能通過計算得到導(dǎo)熱系數(shù)。ISO22007-2采用瞬變平面熱源

法，可測試固體，液體，膠體，粉末，帶有孔隙的材料以及各向異性材料，可對薄

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

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

可以實現(xiàn)鋰離子電池的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)測量。

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)定了鋰離子動力蓄電池單體熱特物性參數(shù)測量的試驗

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

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

2.3關(guān)鍵技術(shù)問題說明

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齊，并在兩塊卷芯的外表面

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

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

對于導(dǎo)熱系數(shù)測試只需通過薄膜型加熱器對電池卷芯（軟包單體）進(jìn)行加熱至45℃

左右即可停止實驗。而比熱容測試需利用ARC提供的絕熱環(huán)境通過薄膜型加熱器

對電池卷芯進(jìn)行加熱至60℃。

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

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

數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算，并計算和實驗相對應(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

的計算公式如下式（1）所示。

??

12

?=∑∫∈(?????)（1）

?

?=10?

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

止時間，∈?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，圖中各個溫度位置的試驗曲線和仿真曲線基本重合，并計算得出各方向上的

導(dǎo)熱系數(shù)。

圖1仿真溫度與實驗溫度對比

對于比熱容的數(shù)據(jù)處理，實驗后，取布置在電芯大面中心的三個K型熱電偶的

數(shù)據(jù)，得到如圖2的時間-溫度曲線。在三條溫升速率曲線上任取三個點(diǎn)計算比熱容

數(shù)值并求平均值，則可以得到電池卷芯的比熱容。

圖2時間-溫度曲線

綜上，試驗結(jié)果顯示所提出的鋰離子動力電池?zé)嵛镄詼y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

比熱容測試是在ARC提供的絕熱環(huán)境中采用大小與被測電池卷芯（軟包單體）

一致的薄膜型加熱器對電池卷芯（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。通過監(jiān)測卷芯溫度隨加熱時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；?為時間；?加熱為加熱器功

率。

導(dǎo)熱系數(shù)測試是對卷芯進(jìn)行局部加熱，通過不同位置的溫度響應(yīng)差異，計算獲

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，在拆解步驟中測出；??代表電池卷芯的熱容，

根據(jù)熱容測試試驗測出；??代表卷芯的產(chǎn)熱，在該試驗中為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(lán)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(tuán)有限公

5

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(jìn)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

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

學(xué)團(tuán)隊自2018年起，開展動力電池?zé)崾Э?、熱蔓延仿真建模研究，電池本身的熱?/p>

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

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（安似科技上海有限公

司）給牽頭單位清華大學(xué)開具的電池系統(tǒng)熱失控?zé)崧幽Ｐ蛨蟾嬷刑岬健伴_展了電

池系統(tǒng)熱失控蔓延模型方法的測試驗證，模型計算精度與實驗對比吻合度為95%以

上。”

圖1.Ansys中國開具的電池系統(tǒng)熱失控蔓延模型用戶報告

清華大學(xué)車輛與運(yùn)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抡娼：吞匦詼y試方面開展廣泛、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熱特性測試項目合作單位

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試

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

ZL201410054650.4和ZL201910132212.8，專利申請人為清華大學(xué)；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)容主要是提供一種絕熱量熱儀，通過溫控結(jié)構(gòu)

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

料與絕熱蓋材料腔中的材料與測量樣品材料同步溫升。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(fèi)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。

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(fèi)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(dá)到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用的情況

本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，實現(xiàn)了鋰離子動力電池?zé)嵛?/p>