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熱失控試驗(yàn)方法檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-25 04:04:44 更新時(shí)間：2025-08-24 04:04:45

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

熱失控試驗(yàn)方法檢測(cè)：原理、儀器、標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施要點(diǎn)

熱失控試驗(yàn)是評(píng)估鋰離子電池在極端條件下安全性的重要檢測(cè)手段，尤其在新能源汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)及便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域中具有不可替代的作用。當(dāng)電池內(nèi)部因過(guò)充、短路、外部高溫或機(jī)械損傷等因素引發(fā)不可控的放熱反應(yīng)時(shí)，可能迅速導(dǎo)致溫度和壓力急劇上升，進(jìn)而引發(fā)燃燒、爆炸等嚴(yán)重安全事故。因此，熱失控試驗(yàn)的核心目標(biāo)是模擬電池在真實(shí)使用場(chǎng)景中可能遭遇的極端熱環(huán)境，通過(guò)科學(xué)的檢測(cè)方法評(píng)估其安全邊界，識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)制定與行業(yè)監(jiān)管提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。目前，熱失控試驗(yàn)已逐步成為電池安全認(rèn)證體系中的強(qiáng)制性項(xiàng)目，其檢測(cè)過(guò)程不僅涉及精密的儀器設(shè)備，還需遵循嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性與權(quán)威性。在實(shí)際應(yīng)用中，熱失控試驗(yàn)不僅關(guān)注電池是否發(fā)生熱失控，更關(guān)注熱失控的觸發(fā)機(jī)制、溫度上升速率、氣體釋放特性、火焰?zhèn)鞑ヂ窂揭约半娀瘜W(xué)性能的衰變程度，從而為構(gòu)建多層次安全防護(hù)體系提供科學(xué)依據(jù)。

主要檢測(cè)項(xiàng)目

熱失控試驗(yàn)涵蓋多個(gè)關(guān)鍵檢測(cè)項(xiàng)目，主要包括：

熱失控觸發(fā)溫度：測(cè)定電池在外部加熱條件下開(kāi)始發(fā)生不可逆放熱反應(yīng)的臨界溫度。
溫度上升速率（dT/dt）：監(jiān)測(cè)熱失控過(guò)程中溫度的變化速度，用于判斷反應(yīng)劇烈程度。
最大溫升（Tmax）：記錄熱失控期間電池表面或內(nèi)部達(dá)到的最高溫度。
壓力變化：實(shí)時(shí)測(cè)量電池內(nèi)部氣體釋放引起的壓力變化，評(píng)估爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
氣體釋放成分分析：通過(guò)質(zhì)譜儀或氣相色譜儀檢測(cè)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w（如CO、H?、CH?等）種類與濃度。
火焰與噴射行為：記錄熱失控過(guò)程中是否出現(xiàn)火焰噴發(fā)、噴射物飛濺等現(xiàn)象。
電性能衰減：在熱失控前后對(duì)比電池的電壓、內(nèi)阻、容量等電化學(xué)參數(shù)變化。

常用檢測(cè)儀器

熱失控試驗(yàn)依賴于一系列高精度、高穩(wěn)定性的檢測(cè)儀器，以確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性。主要儀器包括：

環(huán)境試驗(yàn)箱（Thermal Chamber）：用于對(duì)電池施加可控的外部加熱，模擬高溫環(huán)境，觸發(fā)熱失控。
熱電偶與紅外測(cè)溫儀：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池表面及內(nèi)部多個(gè)點(diǎn)的溫度分布，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫。
壓力傳感器：安裝在電池殼體上或密閉測(cè)試艙內(nèi)，用于檢測(cè)內(nèi)部壓力波動(dòng)。
高速攝像機(jī)與紅外熱成像儀：捕捉熱失控過(guò)程中的火焰?zhèn)鞑ァ娚湫袨榧皽囟葓?chǎng)分布。
質(zhì)譜儀（MS）與氣相色譜儀（GC）：對(duì)釋放氣體進(jìn)行成分分析，識(shí)別有害或可燃?xì)怏w。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）：集成多通道傳感器，實(shí)時(shí)記錄溫度、壓力、電壓、電流等參數(shù)，支持長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析。

常用檢測(cè)方法

目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的熱失控檢測(cè)方法主要包括以下幾種：

加熱觸發(fā)法（External Heating Test）：將電池置于恒溫箱中，以設(shè)定的升溫速率（如5°C/min）加熱至熱失控發(fā)生，記錄觸發(fā)溫度與過(guò)程參數(shù)。該方法適用于評(píng)估電池在外部熱源作用下的安全性能。
針刺試驗(yàn)（Needle Penetration Test）：通過(guò)金屬針垂直刺入電池內(nèi)部，引發(fā)內(nèi)部短路，模擬機(jī)械損傷導(dǎo)致的熱失控。該方法常用于電池模組或電池包的安全評(píng)估。
過(guò)充試驗(yàn)（Overcharge Test）：在恒流或恒壓條件下對(duì)電池進(jìn)行過(guò)充，使內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)，觸發(fā)熱失控。用于評(píng)估電池管理系統(tǒng)（BMS）在異常充電下的保護(hù)能力。
短路試驗(yàn)（Internal/External Short Circuit Test）：通過(guò)外部或內(nèi)部引線短路，產(chǎn)生局部大電流，引發(fā)焦耳熱，誘發(fā)熱失控。

主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

熱失控試驗(yàn)需遵循國(guó)際與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以確保測(cè)試結(jié)果的可比性與合規(guī)性。常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)包括：

GB/T 38031-2021《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》：中國(guó)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了電池在加熱、針刺、過(guò)充等條件下的熱失控測(cè)試要求。
UN 38.3《聯(lián)合國(guó)關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書》：適用于運(yùn)輸安全，要求電池在模擬運(yùn)輸條件下的熱穩(wěn)定性與熱失控耐受能力。
IEC 62660-3:2020《電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池第3部分：濫用測(cè)試》：國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋針刺、加熱、過(guò)充等濫用測(cè)試方法與判定準(zhǔn)則。
UL 1642《鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)》：美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電池的熱失控行為提出明確限制，如不得發(fā)生爆炸或噴射。
GB 38032-2020《鋰離子電池組安全要求》：針對(duì)電池組的安全性能，包括熱擴(kuò)散控制要求。

綜上所述，熱失控試驗(yàn)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、多維度的安全評(píng)估技術(shù)，其檢測(cè)項(xiàng)目、儀器設(shè)備、試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)體系共同構(gòu)成了電池安全驗(yàn)證的核心框架。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，熱失控試驗(yàn)技術(shù)將持續(xù)演進(jìn)，向智能化、高精度、多參數(shù)融合方向發(fā)展，為電池的安全應(yīng)用保駕護(hù)航。