ICS13.220.40

CCSC80

GDEA

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/GDEA0014—2024

儲能電站鋰離子電池?zé)崾Э卣T發(fā)火災(zāi)危險

測試方法

Methodoftestforfirehazardcausedbythermalrunawayoflithium-ionbatteriesin

energystoragepowerstations

（征求意見稿）

（本草案完成時間：2024-10-14）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

2024-XX-XX發(fā)布2024-XX-XX實施

廣東省能源協(xié)會??發(fā)布

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儲能電站鋰離子電池?zé)崾Э卣T發(fā)火災(zāi)危險測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了儲能電站鋰離子電池?zé)崾Э卣T發(fā)火災(zāi)危險測試方法的術(shù)語、符號、測試要求、儀器設(shè)

備、電芯測試和模組測試內(nèi)容。

本文件適用于容量不超過500Ah的鋰離子電池及電池模組，其他規(guī)格的鋰離子電池可參考執(zhí)行。

使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者

有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

注：儲能電站鋰離子電池?zé)崾Э卣T發(fā)火災(zāi)危險測試以下簡稱“熱失控火災(zāi)危險性測試”。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T150.1壓力容器第1部分：通用要求

GB/T150.2壓力容器第2部分：材料

GB/T150.3壓力容器第3部分：設(shè)計

GB/T150.4壓力容器第4部分：制造、檢驗和驗收

GB/T12474空氣中可燃?xì)怏w爆炸極限測定方法

GB/T16172建筑材料熱釋放速率試驗方法

GB/T21844化合物（蒸氣和氣體）易燃性濃度限值的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

GB/T38309火災(zāi)煙氣流毒性組分測試FTIR分析火災(zāi)煙氣中氣體組分的指南

GB/T41382火災(zāi)試驗開放式量熱計法40MW以下火災(zāi)熱釋放速率及燃燒產(chǎn)物的測定

GB/T42368高溫高壓條件下可燃?xì)怏w（蒸氣）爆炸極限測定方法

HJ1186廢鋰離子動力蓄電池處理污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）

HJ/T6124廢棄鋰電池處理處置行業(yè)綠色工廠評價要求

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

儲能系統(tǒng)energystoragesystem

利用電池作為能量儲存載體，一定時間內(nèi)存儲電能和一定時間內(nèi)供應(yīng)電能的系統(tǒng)。

電芯cell

組成電池的基本單元，由電極組件、電解液、隔膜、容器和端子組成。它可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成

電能。

模組module

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由一組電芯或電化學(xué)電容器串聯(lián)和/或并聯(lián)連接在一起的單元。

單體monobloc

一種電池設(shè)計，具有共同的外殼，其中包含一個或多個內(nèi)部電池、電解液、排氣或減壓閥組件、電

池間連接和硬件。

熱失控thermalrunaway

單體放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象。

荷電狀態(tài)stateofcharge，SOC

電池在使用一段時間后或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值。

放電終止電壓endofdischargevoltage

電池制造商規(guī)定的電池放電過程中允許的最低電壓。

熱釋放速率heatreleaserate，HRR

在規(guī)定的測試條件下，單位時間內(nèi)電池燃燒所釋放的熱量。

4符號和縮略語

下列符號和縮略語適用于本文件。

C1：1小時率額定容量，單位為Ah。

I1：1小時率放電電流，其數(shù)值大小為C1，單位為A。

I3：3小時率放電電流，其數(shù)值大小為1/3C1，單位為A。

5基本步驟

熱失控火災(zāi)危險性測試步驟如圖1所示。

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圖1熱失控火災(zāi)危險性測試流程圖

6測試條件

測試過程應(yīng)符合下列要求：

a)電芯和模組測試環(huán)境溫度為25℃±5℃，相對濕度為50%±30%，大氣壓力為86kPa～106kPa；

b)測試場地應(yīng)具備完善的消防和應(yīng)急措施。

c)測試人員應(yīng)配備個人防護用具；

d)系統(tǒng)內(nèi)無其他可引起火災(zāi)蔓延的潛在可燃物；

e)對測試區(qū)域范圍進行封閉式管理，設(shè)置警示牌，避免非測試人員進入。

7儀器設(shè)備

測量設(shè)備、儀器應(yīng)滿足下列要求：

a)熱電偶：精度±0.5℃，測溫范圍0℃～1000℃。測量管道內(nèi)的煙氣溫度時應(yīng)選用外徑為1.0

mm～1.6mm的鎧裝熱電偶；

b)溫度采集系統(tǒng)：系統(tǒng)精度優(yōu)于±0.5℃；

c)傅立葉變換紅外光譜儀：分辨率至少為1cm-1、路徑長度至少為2m（6.6ft）；

d)碳?xì)浠衔锖浚簯?yīng)使用火焰離子化檢測器（FID）進行測量；

e)氫氣傳感器：應(yīng)使用鈀鎳薄膜固態(tài)傳感器進行測量；

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f)熱釋放速率測量系統(tǒng)：宜采用大尺度熱釋放速率測量系統(tǒng)，由氧分析儀、氣體分析儀、速度探

測器和K型熱電偶等構(gòu)成主要部件，需根據(jù)實際需求按照GB/T16172、GB/T41382標(biāo)準(zhǔn)中的

要求和方法設(shè)計建造；

g)煙霧測量系統(tǒng)：由白光源和光電探測器組成，頻率響應(yīng)±1dB；

h)輻射熱流計：應(yīng)是采用Gardon型或Schmidt-Boelter型，其設(shè)計量程宜為50kW/㎡。接收表

面應(yīng)為平整的黑色表面，視角為180°。熱流計的精度不應(yīng)低于±3%，重復(fù)性誤差應(yīng)在0.5%

以內(nèi)；

i)壓力容器：設(shè)計應(yīng)符合GB/T150.1、GB/T150.2、GB/T150.3、GB/T150.4的要求，且內(nèi)部

容積不小于82L。

8電芯測試

樣品

8.1.1樣品應(yīng)選擇用于銷售的模組拆解后的單體。

8.1.2電芯樣品應(yīng)在測試前按照技術(shù)手冊進行至少2次充放電循環(huán)，以驗證電池能否正常工作。每個

充放電循環(huán)定義為按照技術(shù)手冊中規(guī)定且不小于1I3的電流放電至技術(shù)手冊規(guī)定的放電終止電壓，然后

擱置1h，再按照技術(shù)手冊提供的充電方法充電至100%SOC，充電后擱置1h。

8.1.3若技術(shù)手冊中未提供充電方法，則按以下方法進行充電：按照技術(shù)手冊規(guī)定且不小于1I3的電

流充電至技術(shù)手冊中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，電流降為0.05I1時停止充電，充電后擱置1h。

測試方法

8.2.1使用外部加熱器來誘導(dǎo)電池發(fā)生熱失控（若電池為圓柱形，可采用加熱棒；若電池為方形，可

采用加熱片），加熱器應(yīng)盡可能貼合電池整個外殼以便對電池內(nèi)部電極組件進行持續(xù)加熱，至少有一個

熱電偶應(yīng)布置在加熱器與電池貼合面之間，電池表面加熱速率應(yīng)為4℃/min～7℃/min，宜采用調(diào)壓

方式保證升溫速率，不應(yīng)采用通斷方式進行控溫。如果用加熱器進行外部加熱不能使電池發(fā)生熱失控，

則應(yīng)采用下列方法之一來誘導(dǎo)熱失控：

a)機械（如針刺）；

b)過充電、過放電或外部短路；

c)使用替代加熱源（如熱箱）。

注：若使用除加熱之外的其他方法，則應(yīng)對該方法的細(xì)節(jié)進行記錄。

8.2.2使用熱電偶全程記錄測試過程中電池表面溫度。熱電偶的位置應(yīng)在測試開始前確定并布置好，

方形鋰離子電池?zé)犭娕疾贾萌鐖D2所示，圓柱形鋰離子電池?zé)犭娕疾贾萌鐖D3所示。

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a)縱截面熱電偶布置圖b）橫截面熱電偶布置圖

標(biāo)引序號說明：

·——熱電偶探頭；

1——電池正極；

2——電池負(fù)極；

3——電池正極側(cè)側(cè)面幾何中心；

4——正面幾何中心；

5——電池負(fù)極側(cè)側(cè)面幾何中心；

6——背面幾何中心。

圖2方形鋰離子電池?zé)犭娕疾贾脠D

標(biāo)引序號說明：

·——熱電偶探頭；

1——電池正極柱；

2——電池圓柱面幾何中心；

3——電池圓柱面幾何中心，與2號熱電偶相對位置；

4——電池負(fù)極柱。

圖3圓柱形鋰離子電池?zé)犭娕疾贾脠D

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8.2.3記錄電池排氣泄壓時的溫度和熱失控開始時的溫度。如果使用外部加熱器的方法，則應(yīng)根據(jù)電

池表面溫度變化率超過外部輸入熱量的變化率來確定熱失控的起始點。根據(jù)3.5中的定義，熱失控是指

電池以不受控制的方式升溫，不應(yīng)與僅導(dǎo)致排氣的過熱相混淆。電池可能先出現(xiàn)排氣泄壓，在使用加熱

器方法時應(yīng)繼續(xù)加熱，直至發(fā)生熱失控。使用其他方法時，應(yīng)繼續(xù)施加機械應(yīng)力或電應(yīng)力直至發(fā)生熱失

控。發(fā)生熱失控的電池溫度曲線示例如圖4所示。如果在電池排氣過程中出現(xiàn)短暫的溫度下降，則可能

需要增加熱輸入，使其恢復(fù)到加熱速率范圍內(nèi)。當(dāng)溫度如圖4所示迅速升高，溫升速率達到1℃/s并

持續(xù)3s以上，或出現(xiàn)起火、爆炸現(xiàn)象，熱失控均被視為已經(jīng)發(fā)生，不應(yīng)將其與僅排氣泄壓的簡單過熱

混淆。

圖4熱失控溫度曲線示例圖

8.2.4如果樣品電池在測試過程中發(fā)生了熱失控，則應(yīng)再選取同批次的2個樣品進行兩組重復(fù)測試。

排氣泄壓溫度和熱失控起始溫度應(yīng)取3組測試的平均值，該平均溫度將用于確定本標(biāo)準(zhǔn)下其他測試級別

的溫度臨界值。

電池?zé)崾Э禺a(chǎn)氣成分

8.3.1使用8.2中所述的方法，將電池放入壓力容器中進行熱失控氣體組分測試（壓力容器的大小應(yīng)

足以容納電池）。對于大多數(shù)尺寸的商用電池，宜使用82L以上容積的壓力容器進行測試。測試開始

前，應(yīng)將壓力容器進行抽真空處理，并通入惰性氣體（如氮氣）至常壓狀態(tài)，容器內(nèi)部氧濃度應(yīng)≤1%。

8.3.2收集得到的氣體樣品應(yīng)使用傅里葉變換紅外光譜儀或其他用于量化氣體成分的檢測技術(shù)或等效

氣體分析技術(shù)來確定，以識別具有著火或爆炸危險的碳?xì)浠衔餁怏w以及其他需要測量的氣體。

8.3.3確定電池?zé)崾Э禺a(chǎn)氣成分后，根據(jù)GB/T21844、GB/T42368和GB/T12474的相關(guān)規(guī)定，在電

池泄壓排氣溫度下對合成的氣體混合物樣品進行測定，以確定電池排放氣體的燃燒速率、爆炸下限。

8.3.4應(yīng)通過壓力容器體積以及內(nèi)部環(huán)境溫度、壓力變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算電池產(chǎn)

氣速率與產(chǎn)氣總量，參與計算的溫度、壓力數(shù)據(jù)采樣率不應(yīng)低于100Hz。

9模組測試

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說明

當(dāng)電芯測試在以下狀態(tài)時應(yīng)進行模組測試：

a)電池發(fā)生熱失控；

b)在熱失控溫度下，電池排放的氣體與任何體積的空氣混合會發(fā)生燃燒。

樣品

9.2.1樣品應(yīng)選擇用于銷售的模組樣品。

9.2.2模組樣品應(yīng)在測試前按照技術(shù)手冊進行至少2次充放電循環(huán)，以驗證模組是否可以正常工作。

每個充放電循環(huán)定義為按照技術(shù)手冊中規(guī)定的電流放電至技術(shù)手冊中規(guī)定的放電終止電壓，然后擱置

1h，再按照技術(shù)手冊中規(guī)定的充電方法進行充電至100%SOC，然后擱置1h。

9.2.3若技術(shù)手冊中未提供充電方法，則按以下方法進行充電：按照技術(shù)手冊規(guī)定且不小于1I3的電

流充電至技術(shù)手冊中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，電流降為0.05I1時停止充電，充電后擱置1h。

測試方法

9.3.1在熱釋放速率測量系統(tǒng)的燃燒室內(nèi)開展模組測試，測試上方布置大小適當(dāng)?shù)募療熣?，以收集?/p>

組產(chǎn)生的氣體。根據(jù)8.2所述的熱失控方法誘使模組發(fā)生熱失控，應(yīng)至少在每個待測電池表面布置一個

熱電偶進行溫度測量，若電池為方形，應(yīng)至少有一個熱電偶布置在最大外表面幾何中心；若電池為圓柱

形，應(yīng)至少有一個熱電偶布置在圓柱面幾何中心。記錄測試前后模組的重量，以確定重量損失。模組布

置方向應(yīng)與電池簇內(nèi)實際安裝方向一致。模組內(nèi)發(fā)生熱失控的電池數(shù)量可以是一個或多個，應(yīng)盡可能使

足夠數(shù)量的電池發(fā)生熱失控，以造成熱失控在模組內(nèi)傳播。

9.3.2熱釋放速率測量相關(guān)儀表應(yīng)安裝在熱釋放速率測量系統(tǒng)的測量段管道中，測量段的前端至少有

8倍管徑的長度,測量段后端與排煙風(fēng)機之間至少有4倍管徑的長度,以使燃燒產(chǎn)物完全混合均勻并在排

煙管道內(nèi)均勻分布。管道宜采用內(nèi)徑400mm排煙管，在排煙管道末端應(yīng)安裝一個排煙風(fēng)機。在溫度為

25℃和常壓的條件下，風(fēng)機的排風(fēng)能力宜不低于3m3/s。計算每組測試的熱釋放速率如式(1)所示。

············(1)

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