一文讀懂焦耳電池熱安全測試體系：從電芯到模組熱蔓延檢測

一、核心工作原理（焦耳ARC絕熱加速量熱體系）  

杭州焦耳熱安全測試設備以絕熱加速量熱（ARC）為核心，配套防爆濫用測試單元，分為絕熱量熱基礎原理與電池熱失控反應原理兩層邏輯：  

1.設備絕熱測控核心原理  

采用追蹤式動態等溫補償算法：量熱腔內置多組高精度加熱器與熱電偶，實時同步采集電池本體溫度，持續調節腔體溫度，消除電池與腔體的溫差，阻斷電池向外界散熱，構建近乎零熱交換的絕熱環境。  

靈敏度：可捕捉低至0.001℃/min的微弱自放熱，精準判定電池自放熱起始溫度T-onset；  

循環模式（HWS）：加熱—等待—搜尋三段循環  

1）加熱：小幅階梯升溫；2）等待：溫度穩定；3）搜尋：檢測溫升速率，一旦電池自發放熱，立刻鎖死絕熱模式，全程追蹤熱失控全過程；  

多參數同步采集：電壓、電流、多點溫度、腔體氣壓、紅外熱成像、產氣濃度聯動記錄，量化熱失控溫升速率、峰值溫度、總產熱量、產氣速率等安全指標。  

2.電池熱失控化學原理（測試模擬邏輯）  

通過電濫用、熱濫用、機械濫用三類方式觸發熱失控，模擬電池真實失效鏈條：  

機械濫用（針刺/擠壓）：金屬針刺穿隔膜，正負極直接接觸形成局部短路，短路大電流產生大量焦耳熱，局部溫度突破100℃；  

熱濫用（外部加熱）：外部熱源持續升溫，先分解SEI鈍化膜，負極與電解液發生放熱反應；  

電濫用（過充/短路）：過充導致正極析氧、電解液氧化分解，多重放熱反應疊加；  

當溫度突破臨界閾值后，鏈式放熱反應爆發，溫度每秒飆升數℃，電解液氣化、產氣膨脹，最終出現冒煙、起火、爆炸；設備全程記錄完整放熱動力學曲線，用于評估電芯、模組熱蔓延風險。  

3.配套產氣檢測原理  

設備腔體為密閉泄壓防爆結構，聯動氣相色譜、激光氣體模塊，實時采集熱失控產生的CO、H?、烷烴等可燃氣體，測算產氣總量、產氣速率，評估爆炸隱患等級。  
 

二、標準化完整操作過程（杭州焦耳ARC設備通用流程）  

階段1：測試前預處理與安全準備  

樣品預處理  

待測電芯/模組按標準充至100%SOC，25℃恒溫環境靜置24h；測量初始容量、內阻、絕緣電阻并存檔；軟包/方形電芯清潔表面毛刺，避免短路風險。  

設備校準與基線歸零  

空載運行設備30min，校準熱電偶、壓力傳感器、電壓采集通道；等溫模式下基線熱流波動控制在±1μW以內，確認防爆排風、七氟丙烷自動滅火系統、遠程監控正常。  

傳感器布設與裝夾  

K型耐高溫熱電偶粘貼在電芯極耳、正負極表面、電芯中心熱點；電壓采集線緊固于極柱；樣品固定于耐高溫絕緣夾具，杜絕金屬接觸短路；針刺測試提前調試穿刺速度、深度參數。  

安全檢查  

關閉防爆艙門，鎖死泄壓閥，啟動持續排風、紅外高速攝像；操作人員撤離至遠程操控工位，設置超溫、超壓、過流三重自動停機保護閾值。  

階段2：軟件參數設置（分三大測試模式）  

絕熱熱失控模式（ARC標準模式）  

設置初始溫度、階梯加熱步長、溫升判定閾值（0.02℃/min）；開啟電壓、氣壓、氣體同步采集；限定最高保護溫度350℃，腔體安全壓力1.5MPa。  

電濫用模式（過充/外短路）  

聯動充放電設備，設定過充倍率（1C~3C）、截止保護電壓；短路模式設置短路電阻≤50mΩ，限定短路時長。  

機械濫用模式（針刺/擠壓）  

針刺速度10~30mm/s，預設穿刺深度；擠壓模式設置液壓加壓速率、極限壓力，到達壓力自動保壓。  

階段3：測試自動執行流程  

設備腔體升溫至初始恒溫點，溫度穩定后進入HWS搜尋循環；  

未觸發自放熱：持續階梯加熱，重復加熱-等待-搜尋；  

檢測到電池自發溫升：立即啟動全絕熱追蹤，全程無散熱損耗，實時輸出溫度、電壓、壓力曲線；  

熱失控觸發后：持續記錄峰值溫度、最大溫升速率、電壓跌落時刻、氣體濃度變化；出現明火/超壓自動啟動艙內滅火、泄壓；  

電池放熱終止、溫度自然回落，系統自動停止采集。  

階段4：后處理、冷卻與數據分析  

保持排風冷卻腔體至室溫，泄壓排出可燃氣體，檢測艙內氣體達標后方可開門；  

取出樣品，拍照記錄外殼破損、鼓包、燒蝕狀態，留存殘骸；  

軟件自動導出原始數據，生成熱安全報告，提取關鍵指標：自放熱起始溫度、熱失控觸發溫度、峰值溫度、最大dT/dt、總絕熱溫升、產氣量、失效