《锂离子动力蓄电池热特性参数测量方法》

中国汽车工程学会标准

T/CSAE2021－58

锂离子动力蓄电池热特性参数测量方法

Measurementmethodofthermalcharacteristicparameters

oflithiumionpowerbattery

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的该标准所涉必要专利信息连同支持性文件一并附上。

20xx-XX-XX发布20xx-XX-XX实施

中国汽车工程学会发布

T/CSAExx－2021

锂离子动力蓄电池热特性参数测量方法

1范围

本文件规定了锂离子电池热物性参数测量方法、实验程序、仪器准备，提供了锂离子电池热特性

参数的测试方法。

本文件适用于锂离子动力蓄电池。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适

用于本文件。

GB38031—2020电动汽车用动力蓄电池安全要求

DB34/T3377-2019电动汽车用动力锂离子电池单体热失控测试方法

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

电池单体secondarycell

将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置。

注：通常应包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子，并被设计成可充放电。

[来源：GB38031：2020.3.1]

3.2

额定容量ratedcapacity

以制造商规定的条件测得的并由制造商申明的动力电池的容量值。

[来源：GB38031：2020.3.7]

3.3

加速量热仪acceleratingratecalorimeter

能提供绝热条件下化学反应的时间-温度-压力数据的热分析设备。

[来源：DB34/T3377：2019]

3.4

热电偶thermocouple

由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成，把温度信号转换成热电动势信号，通过电

气仪表转换成被测介质的温度。

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3.5

电池卷芯batterycore

以手工或机器将正极、负极、隔膜以叠片或卷绕的方式组合在一起，是锂电池的核心组件。

3.6

比热容specificheatcapacity

表示物质提高温度所需热量的能力，它指单位质量的某种物质升高（或下降）单位温度所吸收

（或放出）的热量。

3.7

截止电压cut-offvoltage

制造商规定的，电池放电时允许达到的最低电压。

3.8

导热系数thermalconductivity

指在稳定传导传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在单位时间内，通过

1m2传递的热量。

4符号和缩略语

4.1符号

下列符号适用于本文件。

1C：1小时放电倍率的电流（A），其数值等于额定容量值。

1/3C：3小时放电倍率的电流（A），其数值等于额定容量值的1/3。

4.2缩略语

下列缩略语适用于本文件。

ARC：加速量热仪（AcceleratingRateCalorimeter）。

SOC：荷电状态(StateofCharge)。

4.3下标

Core：表示电池卷芯。

5测试条件

5.1一般测试条件

5.1.1除另有规定外，试验的环境温度应为25℃±5℃环境下开展。

5.1.2当测试规定的温度改变时，在进行测试前测试样品需要完成环境适应的过程：直到被测对象温

度与测试规定的温度差值不超过2℃。

5.1.3调整SOC至试验目标值n％的方法：按制造商提供的充电方式将电池单体充满电，静置1h，

以1/3C，恒流放电(100-n)/100×3h，或者采用制造商提供的方法调整SOC。每次SOC调整后，在新

的测试开始前试验对象应静置30min。

5.2测量仪器、仪表准确度

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测量仪器、仪表准确度应满足以下要求：

a)电压测量装置：不低于0.5级，误差在±0.5％FS；

b)电流测量装置：不低于0.5级，误差在±0.5％FS；

c)温度测量装置：≤375°，±1.5℃；375°to1200°，误差在±0.4％；

d)时间测量装置：误差在±0.1％FS；

e)尺寸测量装置：误差在±0.1％FS；

f)质量测量装置：误差在±0.1％FS。

5.3数据记录和记录间隔

除非在某些具体测试项目中另有说明，否则测试数据的记录时间间隔应不大于1s。

6比热容参数测试

6.1测试对象处理

软包电池不需额外处理，方壳电池及圆柱电池需将电池卷芯拆出并用铝塑膜重新封装。

6.2测试原理

在ARC提供的绝热环境中采用大小与被测电池卷芯（软包单体）一致的薄膜型加热器对电池卷芯

（软包单体）进行加热。由于在绝热环境下，卷芯（软包单体）与外界没有热交换，可近似认为加热

片产生的所有的热量均被卷芯（软包单体）吸收。通过监测卷芯温度随加热时间的变化可获得电池卷

芯的比热容参数。卷芯的比热容可用式（1）、（2）进行计算。

푑푇

푀푐표푟푒⋅퐶푝⋅=푃··························································(1)

푑휏加热

푃加热

퐶푝=푑푇···································································(2)

푀푐표푟푒⋅

푑휏

式中：

Mcore——卷芯质量，单位为（kg）；

T——温度，单位为（℃）；

——时间，单位为（s）；

P加热——加热器功率，单位为（W）。

6.3测试准备

6.3.1根据电池技术规格参数，按照5.1.3（可选用更小的放电倍率）将电池放电至放电截止电压。

6.3.2根据电池类型进行拆解，取出电池卷芯，并用铝塑膜进行重新封装，可根据电池情况及错误!

未找到引用源。拆解电池。

6.3.3将拆解获得的卷芯放置于电子天平上，对其进行称重并记录示数。

6.3.4用游标卡尺对卷芯的几何尺寸进行测量并记录示数。

푀푐표푟푒

6.3.5根据卷芯的质量以及几何参数按照公式휌푐표푟푒=可计算获得卷芯的密度，core卷芯密度，

푉푐표푟푒

Vcore为卷芯简化形状的体积。

6.4测试步骤

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比热容测试步骤示意图如图1所示，方法如下：

a)将薄膜加热片夹置于用铝塑膜封装好的卷芯之间，并在加热片及两个卷芯外侧面各放置一个

热电偶，推荐使用K型热电偶；

b)将准备好的卷芯放置在ARC腔体中的支架上，并在一个卷芯的外侧大面中心布置安装ARC主

热电偶；

c)ARC需完成校准，并将ARC的工作模式设置为绝热模式。将加热器连接至直流电源，将K型热

电偶接至数据采集仪；

d)关闭ARC盖子，对相关线束加保护；

e)点击开始测试，同时打开直流电源与数据采集器；

f)将试验样品加热至60℃，停止加热片加热，停止数采，整理试验设备。

图1测试步骤示意图

6.5ARC参数设置

ARC参数设置如表1所示。

表1ARC参数设置

设置名称定义设置模式

模式选择选择ARC的工作模式绝热

6.6加热片的功率设置及加热温度

加热片的功率及加热温度设置方法如下：

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a)加热片功率的选取原则为使得电池能够在5h～6h内上升35℃左右，当最高温升达到60℃

左右即可停止试验；

b)尽量使加热功率的量程在直流电源的1/3～1/2处；

c)加热片应尽量选择薄膜加热片。

d)加热的最高温度建议不超过75℃。

6.7数据处理

试验后，取布置在电芯大面中心的三个K型热电偶的数据，得到如图2的时间-温度曲线。根据式

（2），计算在三条温升速率曲线的斜率并求平均值，则可以得到电池卷芯的比热容。

图2时间-温度曲线

7导热系数测试

7.1测试对象处理

软包电池不需额外处理，方壳电池及圆柱电池需将电池卷芯拆出并用铝塑膜重新封装。

7.2测试原理

以方壳电池卷芯为例，对卷芯进行局部加热，通过不同位置的温度响应差异，计算获得相应方向

的导热系数。卷芯受加热后的温度分布符合传热基本式（3）。

푑푇휕휕푇휕휕푇휕휕푇

휌⋅퐶⋅=푞+(휆)+(휆)+(휆)·····································(3)

푐푒푙푙푝푑휏푣휕푥푥휕푥휕푦푦휕푦휕푧푧휕푧

式中：

휌푐푒푙푙——电池卷芯的密度，单位为（kg/m^3）；

퐶푝——电池卷芯的热容，单位为（J/(kg·℃）；

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푞푣——卷芯的产热，单位为（W）；

0，휆푥，휆푦，휆푧——电池在x，y和z方向上的导热系数，其中휆푦=휆푧。

7.3测试准备

同6.4测试准备。

7.4测试步骤

7.4.1在两节用铝塑膜重新封装的卷芯中心位置粘贴加热片，且在加热片与卷芯表面之间涂抹导热硅

脂，使热接触充分、减小测试误差。

7.4.2在两节卷芯外侧面与加热片对应的位置粘贴热电偶，并在长度方向上每间隔2cm左右粘贴一

个热电偶，粘贴不少于两个热电偶，记录各个位置的温度响应曲线。另外，再在表面覆盖泡沫塑料等

隔热材料。

7.4.3将加热器连接至直流电源，热电偶连接至数据采集仪。

7.4.4开启加热器电源，并记录数据。

7.4.5当最高温升达到45℃～75℃左右即可停止实验。

图3导热系数测试流程

7.5加热器功率的设置

7.5.1加热功率的选取原则为使得卷芯能够在3min～5min内上升20℃左右。

7.5.2尽量使加热功率的量程在直流电源的1/3～1/2处。

7.5.3加热片的面积应尽可能的小，类似点状加热，更能通过热电偶获取温度分布。

7.6数据处理

根据上述测试方法，通过数值仿真软件的固体传热模块，对卷芯受热的过程进行仿真模拟，在仿

真模型中监测与实验中对应热电偶位置的温度，通过优化算法，对卷芯的导热系数进行优化，直到仿

真中各点位置的温度接近实验中测得各点的温度为止，将此时优化得到的导热系数作为卷芯实际的导

热系数。具体计算参考附录C。

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附录A

（资料性）

电池拆解流程示例

A.1方壳电池拆解

A.1.1实验对象

电池卷芯数目不小于2的方壳单体电池。

A.1.2实验准备

角膜机、水果刀、老虎钳、陶瓷刀。

A.1.3实验环境

电池拆解操作需在露点值小于–40℃的干房或者含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm的手套箱

中进行。

A.1.4具体流程

A.1.4.1将电池按照5.1.3规定的方法放电，放到0％SOC，并记录电压；

A.1.4.2在电池上部靠近上盖处画出两圈平行的切割线，并根据切割线用角膜机沿线进行切割或使用

水果刀沿线刻划，使得2圈切割线处电池壳体厚度变薄，但仍保持密封。

A.1.4.3用老虎钳把刻划出来的壳体通过卷绕的方式与壳体分离，并结合陶瓷刀进行操作，将电池外

壳完全切割开，取出电池卷芯；

A.1.5要求

拆解之后的电池卷芯应在3d之内开展比热容或导热系数测试。

图A.1方壳电池拆解流程

A.2圆柱电池拆解

A.2.1实验对象

圆柱单体电池。

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A.2.2实验耗材准备

绝缘剪刀、陶瓷刀。

A.2.3实验环境

实验操作需在露点值小于–40℃的干房或者含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm的手套箱中进

行。

A.2.4具体流程

A.2.4.1将电池按照5.1.3规定的方法放电，放到0％SOC，并记录电压；

A.2.4.2在电池上部靠近上盖处画出两圈平行的切割线，并根据切割线用绝缘见到沿线进行切割或使

用水果刀沿线刻划，使得2圈切割线处电池铝塑膜厚度变薄，但仍保持密封。

A.2.4.3用绝缘剪刀把刻划出来的壳体通过叠片的方式与壳体分离，并结合陶瓷刀进行操作，将电池

外壳完全切割开，取出电池卷芯；

A.2.5要求

拆解之后的电池卷芯应在3天之内开展比热容或导热系数测试。

卷芯

图A.2圆柱电池拆解流程

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附录B

（资料性）

比热容和导热系数测试结果记录表

比热容和导热系数测试结果记录表见表B.1。

表B.1比热容和导热系数测试结果记录表

参数数值

比热容J/(kg·℃)

λxW/(m·K)

导热系数

Λy=λzW/(m·K)

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