《锂离子动力蓄电池热特性参数测量方法》编制说明

《锂离子动力蓄电池热特性参数测量方法》

编制说明

一、工作简况

1.1任务来源

《锂离子动力蓄电池热特性参数测量方法》团体标准是由中国汽车工程学会批

准立项。文件号中汽学函【2021】218号，任务号为2021-57。本标准由中国汽车工

程学会电动汽车联盟提出，清华大学、上海理工大学、合肥国轩高科动力能源有限

公司、北京理工大学、智锂物联科技有限公司、中国科学技术大学、清华大学苏州

研究院、智锂物联科技有限公司、深蓝汽车科技有限公司、中国人民警察大学、广

汽埃安新能源汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、中创新航科

技股份有限公司、广州小鹏汽车科技有限公司、中国电子技术标准化研究院、北京

新能源汽车股份有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、北京科易动力科技

有限公司、荣盛盟固利新能源科技股份有限公司、苏州玛瑞柯测试科技有限公司、

上海蔚来汽车有限公司、理想汽车、UL中国、蜂巢能源科技股份有限公司、万向一

二三股份公司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、深圳普瑞赛斯检测技术有限公司、

上海中兴派能能源科技有限公司、苏州玛瑞柯测试科技有限公司、中国第一汽车集

团有限公司、中国电子技术标准化研究院、华为数字能源公司等单位起草。

1.2编制背景与目标

新能源汽车产销量正在大幅度增长，预计到2030年，我国新能源汽车保有量将

超过汽车总保有量的50%。由于电池成本的大幅度下降，纯电动汽车已经成为新能

源汽车的主体。目前，在新能源汽车保有量上升到100万辆数量级时，每年发生的

电动汽车起火事件高达1000余起，电动汽车的安全问题引发全社会范围的关注。电

动汽车的起火事故，主要是由于电池失效引起的。动力电池热失控是电池失效的核

心问题，其核心是化学反应放热，进而导致次生的燃烧和爆炸等灾害，引发后续造

成的经济损失。目前解决动力电池安全问题的手段主要是通过正向设计，利用热失

控模型来验证系统抵抗单体电池失效的能力。

因此期望通过本标准，解决动力电池热物性参数测量的问题。用以输入到动力

电池仿真模型中，辅助进行正向的安全设计。

1.3主要工作过程

1

本标准于2021年7月开始标准学习；2021年11月通过了立项评审会，来自电

动汽车及动力电池领域的七位专家达成一致，同意了本团体标准的研制工作；2021

年11月到2022年3月份进行了标准相关的试验操作及验证工作；2022年4月-5

月，完成了团体标准初稿撰写；2022年6月，筹建了标准工作组，并在工作组内部

开展了第一轮征求意见，共收集到17家单位的近200条建议及改进意见；2022年

7月-10月，根据第一轮征求意见对团体标准初稿进行标准研制组内部第一次集中讨

论与初稿内容修改；2023年1月，面向更广泛的动力电池及电动汽车企业开展了第

二轮意见征求与讨论会，会上收到来自参加讨论单位的30多条意见、建议；2023年

4月，完成了对新增意见的处理与确认，并完善了最终面向社会征求意见的标准稿。

预计2023年8月，正式面向行业和社会开展征求意见，2023年9月完成意见

收集和征求意见讨论会，对团体标准进行修改及定稿。预计2023年9月完成对标准

的申报，2023年10月完成标准的公布工作。

二、标准编制原则和主要内容

2.1标准制定原则

在充分总结和比较了国内外热物性测试方法标准、调研了国内外对比热容和导

热系数的试验方法的基础上，参考了DB34/T3377-2019《电动汽车用动力锂离子电

池单体热失控测试方法》，本标准对锂离子动力电池在拆解、布置热电偶、使用加

热器以及加速量热仪（AcceleratingRateCalorimeter，ARC）等方面作了较详细的规

定，以确保锂离子电池比热容和导热系数测量的准确性。

2.1.1通用性原则

本标准提出的锂电池热物性参数测试方法适用于方壳电池、软包电池等锂离子

电池，且具有可重复标定，低成本，装置体积小，结构简单和影响因素充分考虑的

特点。

2.1.2指导性原则

本标准提出的方法可以为电池热管理设计提供指导作用。目前GB/T19466.4-

2016塑料中采用差示扫描量热法对于塑料的比热容测试进行了定义和测定。BSISO

19628对于陶瓷材料的比热容测定进行过了要求，主要采用差式扫描量热法；ASTM

D5470采用热流法对软性材料具有良好的测量精度；ASTME1530用换热式热流计

技术评定材料抗热传输性的试验方法，可以测量软性材料和膜类材料；ASTME1461

采用闪光法，使用高强度的能量脉冲对小而薄的试样进行短时间的辐照，用红外检

2

测器测量样品表面的温度变化，实际测得的数据是样品的热扩散系数，还需要知道

试样的比热和密度，才能通过计算得到导热系数。ISO22007-2采用瞬变平面热源

法，可测试固体，液体，胶体，粉末，带有孔隙的材料以及各向异性材料，可对薄

膜及涂层材料进行测试；使用额外的控温设备还能涵盖30℃～1000℃的测试温度范

围。但尚无关于锂离子电池比热容及导热系数测量的相关标准。本标准提出的方法

可以实现锂离子电池的比热容和导热系数测量。

2.1.3协调性原则

本标准提出的方法与目前使用的国家标准中的方法协调统一、互不交叉。仅作

为一种更便捷、精确度更高、更高效的方法对目前使用的方法进行补充。

2.1.4兼容性原则

本标准提出的电池热物性参数测试方法充分考虑了电池行业中所用到的电芯材

料和形状，具有普遍适用性。

2.2标准主要技术内容

本标准共分为10章，规定了锂离子动力蓄电池单体热特物性参数测量的试验

方法和要求。内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、符合和缩略语、试验

条件、比热容测试、导热系数测试、附录A、附录B及附录C。

2.3关键技术问题说明

本标准提出的方法首先是拆解锂离子电池单体，并将卷芯大面面积相等的薄膜

加热片夹置于两块卷芯中间，其次在卷芯内侧大面的几何中心位置布置K型热电偶，

并用聚酰亚胺胶带固定热电偶。随后将两块卷芯合拢对齐，并在两块卷芯的外表面

中心位置粘贴K型热电偶，同时裁取大小合适的铝塑膜对已经对固定好的卷芯进行

包裹，并用预加热好的塑封机对铝塑膜进行塑封，将K型热电偶接至数据采集仪。

对于导热系数测试只需通过薄膜型加热器对电池卷芯（软包单体）进行加热至45℃

左右即可停止实验。而比热容测试需利用ARC提供的绝热环境通过薄膜型加热器

对电池卷芯进行加热至60℃。

为了验证导热系数测试的准确性，以COMSOLMultiphysics为例，建立三维模

型，模拟加热片加热过程，根据卷芯材料和尺寸，可对卷芯x、y、z方向的导热系

数进行优化计算，并计算和实验相对应的位置的温度。

在COMSOL的优化模块中，选择BOBYQA方法进行优化。定义所有温度点的

仿真和试验之差的累加值为优化目标函数푌，优化目标是使得该函数数值最小，具体

3

的计算公式如下式（1）所示。

푛푡

12

푌=∑∫∈(푈푗−푇푗)（1）

푡

푖=10푗

式中：푛代表试验中布置的热电偶数量，푡0，푡1分别代表仿真中的起始时间和终

止时间，∈푗代表权重系数，在该模型中，权重系数选为1，푈푗，푇푗分别代表仿真温度

和试验温度。

基于以上理论，在Comsol中优化可得到的不同位置温度曲线结果，如示例图1

所示，图中各个温度位置的试验曲线和仿真曲线基本重合，并计算得出各方向上的

导热系数。

图1仿真温度与实验温度对比

对于比热容的数据处理，实验后，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。在三条温升速率曲线上任取三个点计算比热容

数值并求平均值，则可以得到电池卷芯的比热容。

图2时间-温度曲线

综上，试验结果显示所提出的锂离子动力电池热物性测试方法具有很好的适用

性。

2.4标准主要内容的论据

4

比热容测试是在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。

卷芯的比热容可用公式（1）、（2）进行计算。

푑푇

푀⋅퐶⋅=푃(1)

푝푑휏加热

푃加热

퐶푝=푑푇(2)

푀⋅

푑휏

式中：M为卷芯质量；퐶푝为卷芯比热容；푇为温度；휏为时间；푃加热为加热器功

率。

导热系数测试是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公式（3）。

푑푇휕휕푇휕휕푇휕휕푇

휌⋅퐶⋅=푞+(휆)+(휆)+(휆)（3）

푐푒푙푙푝푑휏푣휕푥푥휕푥휕푦푦휕푦휕푧푧휕푧

式中：휌푐푒푙푙代表电池卷芯的密度，在拆解步骤中测出；퐶푝代表电池卷芯的热容，

根据热容测试试验测出；푞푣代表卷芯的产热，在该试验中为0；휆푥，휆푦，휆푧电池在x，

y和z方向上的导热系数，其中휆푦=휆푧。

2.5标准工作基础

编写组牵头单位：清华大学，在电池安全领域及锂电池热安全建模与仿真及电

池热物性测试问题上具备测试能力和丰富的测试实践经验。

编写组主要参与单位：上海理工大学、合肥国轩高科动力能源有限公司、北京

理工大学、智锂物联科技有限公司、中国科学技术大学、清华大学苏州研究院、智

锂物联科技有限公司、深蓝汽车科技有限公司、中国人民警察大学、广汽埃安新能

源汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、中创新航科技股份有限

公司、广州小鹏汽车科技有限公司、中国电子技术标准化研究院、北京新能源汽车

股份有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、北京科易动力科技有限公司、

荣盛盟固利新能源科技股份有限公司、苏州玛瑞柯测试科技有限公司、上海蔚来汽

车有限公司、理想汽车、UL中国、蜂巢能源科技股份有限公司、万向一二三股份公

司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、深圳普瑞赛斯检测技术有限公司、上海中兴

派能能源科技有限公司、苏州玛瑞柯测试科技有限公司、中国第一汽车集团有限公

5

司、中国电子技术标准化研究院、华为数字能源公司。主要参与单位都在锂电池、

电动汽车行业有一定的技术开发及测试经验积累。

经过多家参与单位充分讨论研究，本标准具有一定的先进性、通用性、科学性

和可操作性。

三、主要试验（或验证）情况分析

编写组牵头单位清华大学具备完整的锂离子动力电池热特性测试能力。清华大

学团队自2018年起，开展动力电池热失控、热蔓延仿真建模研究，电池本身的热物

性参数测试方法，依据的就是本标准中规定的动力电池热特性测试方法，测得的热

物性参数输入到模型当中具有极佳的仿真精度，Ansys中国（安似科技上海有限公

司）给牵头单位清华大学开具的电池系统热失控热蔓延模型报告中提到“开展了电

池系统热失控蔓延模型方法的测试验证，模型计算精度与实验对比吻合度为95%以

上。”

图1.Ansys中国开具的电池系统热失控蔓延模型用户报告

清华大学车辆与运载学院已与国内外知名锂离子电池生产厂家与电动汽车公司

在锂电池热安全仿真建模和特性测试方面开展广泛、深入的产学研合作，如图2所

6

示。

图2.牵头单位清华大学在电池热安全建模与热特性测试项目合作单位

四、标准中涉及专利的情况

本标准的部分条款（6.5、6.6、6.7、7.5、7.6）涉及到“电池热失控特性的测试

方法”和“绝热量热仪”这两项专利。目前该专利已授权，专利申请号分别为

ZL201410054650.4和ZL201910132212.8，专利申请人为清华大学；中国汽车技术研

究中心有限公司。标准涉及专利的内容主要是提供一种绝热量热仪，通过温控结构

控制加热器与绝热盖加热器为测试样品材料提供绝热环境，同时保证材料腔中的材

料与绝热盖材料腔中的材料与测量样品材料同步温升。标准中涉及的专利，其申请

人均已披露，同意在公平、合理、无歧视基础上，免费许可任何组织或者个人在实

施该标准时实施专利，同时可直接采用专利与标准在技术内容的相关性。

标准中涉及的专利，其申请人均已披露，同意在公平、合理、无歧视基础上，

免费许可任何组织或者个人在实施该标准时实施专利，同时可直接采用专利与标准

在技术内容的相关性。

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用的情况

本标准的发布，实现了锂离子动力电池热物