一文读懂焦耳电池热安全测试体系：从电芯到模组热蔓延检测

一文读懂焦耳电池热安全测试体系：从电芯到模组热蔓延检测

一、核心工作原理（焦耳ARC绝热加速量热体系）  

杭州焦耳热安全测试设备以绝热加速量热（ARC）为核心，配套防爆滥用测试单元，分为绝热量热基础原理与电池热失控反应原理两层逻辑：  

1.设备绝热测控核心原理  

采用追踪式动态等温补偿算法：量热腔内置多组高精度加热器与热电偶，实时同步采集电池本体温度，持续调节腔体温度，消除电池与腔体的温差，阻断电池向外界散热，构建近乎零热交换的绝热环境。  

灵敏度：可捕捉低至0.001℃/min的微弱自放热，精准判定电池自放热起始温度T-onset；  

循环模式（HWS）：加热—等待—搜寻三段循环  

1）加热：小幅阶梯升温；2）等待：温度稳定；3）搜寻：检测温升速率，一旦电池自发放热，立刻锁死绝热模式，全程追踪热失控全过程；  

多参数同步采集：电压、电流、多点温度、腔体气压、红外热成像、产气浓度联动记录，量化热失控温升速率、峰值温度、总产热量、产气速率等安全指标。  

2.电池热失控化学原理（测试模拟逻辑）  

通过电滥用、热滥用、机械滥用三类方式触发热失控，模拟电池真实失效链条：  

机械滥用（针刺/挤压）：金属针刺穿隔膜，正负极直接接触形成局部短路，短路大电流产生大量焦耳热，局部温度突破100℃；  

热滥用（外部加热）：外部热源持续升温，先分解SEI钝化膜，负极与电解液发生放热反应；  

电滥用（过充/短路）：过充导致正极析氧、电解液氧化分解，多重放热反应叠加；  

当温度突破临界阈值后，链式放热反应爆发，温度每秒飙升数℃，电解液气化、产气膨胀，最终出现冒烟、起火、爆炸；设备全程记录完整放热动力学曲线，用于评估电芯、模组热蔓延风险。  

3.配套产气检测原理  

设备腔体为密闭泄压防爆结构，联动气相色谱、激光气体模块，实时采集热失控产生的CO、H₂、烷烃等可燃气体，测算产气总量、产气速率，评估爆炸隐患等级。  
 

二、标准化完整操作过程（杭州焦耳ARC设备通用流程）  

阶段1：测试前预处理与安全准备  

样品预处理  

待测电芯/模组按标准充至100%SOC，25℃恒温环境静置24h；测量初始容量、内阻、绝缘电阻并存档；软包/方形电芯清洁表面毛刺，避免短路风险。  

设备校准与基线归零  

空载运行设备30min，校准热电偶、压力传感器、电压采集通道；等温模式下基线热流波动控制在±1μW以内，确认防爆排风、七氟丙烷自动灭火系统、远程监控正常。  

传感器布设与装夹  

K型耐高温热电偶粘贴在电芯极耳、正负极表面、电芯中心热点；电压采集线紧固于极柱；样品固定于耐高温绝缘夹具，杜绝金属接触短路；针刺测试提前调试穿刺速度、深度参数。  

安全检查  

关闭防爆舱门，锁死泄压阀，启动持续排风、红外高速摄像；操作人员撤离至远程操控工位，设置超温、超压、过流三重自动停机保护阈值。  

阶段2：软件参数设置（分三大测试模式）  

绝热热失控模式（ARC标准模式）  

设置初始温度、阶梯加热步长、温升判定阈值（0.02℃/min）；开启电压、气压、气体同步采集；限定最高保护温度350℃，腔体安全压力1.5MPa。  

电滥用模式（过充/外短路）  

联动充放电设备，设定过充倍率（1C~3C）、截止保护电压；短路模式设置短路电阻≤50mΩ，限定短路时长。  

机械滥用模式（针刺/挤压）  

针刺速度10~30mm/s，预设穿刺深度；挤压模式设置液压加压速率、极限压力，到达压力自动保压。  

阶段3：测试自动执行流程  

设备腔体升温至初始恒温点，温度稳定后进入HWS搜寻循环；  

未触发自放热：持续阶梯加热，重复加热-等待-搜寻；  

检测到电池自发温升：立即启动全绝热追踪，全程无散热损耗，实时输出温度、电压、压力曲线；  

热失控触发后：持续记录峰值温度、最大温升速率、电压跌落时刻、气体浓度变化；出现明火/超压自动启动舱内灭火、泄压；  

电池放热终止、温度自然回落，系统自动停止采集。  

阶段4：后处理、冷却与数据分析  

保持排风冷却腔体至室温，泄压排出可燃气体，检测舱内气体达标后方可开门；  

取出样品，拍照记录外壳破损、鼓包、烧蚀状态，留存残骸；  

软件自动导出原始数据，生成热安全报告，提取关键指标：自放热起始温度、热失控触发温度、峰值温度、最大dT/dt、总绝热温升、产气量、失效