锂电池模组热失控扩散测试与防范
本文详细解析锂离子电池模组热失控扩散的引发原因、测试方法（依据GB/T 36276-2023）、技术要求及防范措施。结合能量传导与喷出物起火等诱因，提供专业安全参考。ThermSafe（thermsafe.cn）热安全检测团队提供相关测试服务。
锂离子电池因高比能和长寿命等优势被广泛用于储能电站与电动汽车。然而，多发的火灾和爆炸事故使得储能产品的安全问题引发更多关注。各种滥用条件导致的热失控是引发锂电池安全事故的主要诱因。热失控电池产生的热量高于它可以消散的热量时，热量进一步积累，可能导致火灾、爆炸和气体释放。如果电池系统中，由于一个电芯产生热失控而引发其它电芯热失控，即为热失控扩散。本文结合热失控扩散的引发原因、测试方法、技术要求以及防范措施，予以详细解析，旨在为提升储能产品的安全性能提供参考。
引发原因
电池系统发生热失控扩散最直接的诱因，包括发生热失控的电芯对其周围其他电芯的能量传导（包括热能、电能、机械能等）以及喷出物起火等。
能量传导
- 热能传导：当电池发生热失控时，通过电池正面接触而产生的侧向加热非常剧烈，导致被加热电池内部在厚度方向上温度梯度变大，由于电池前端面温度达到热失控触发温度进而产生热失控扩散。
- 电能传导：某一电芯单体热失控与隔膜大面积收缩造成内部短路，这两者可互为因果关系，最终都会造成发生热失控的电芯能量迅速下降。在电池模块并联单元中，其他电芯会向发生热失控的电芯放电，导致发生热失控的电芯温度升高更多，同时，靠近已发生热失控单体的电芯将比远端电芯以更大功率放电，导致其温度迅速升高，从而促进热失控的扩散。
- 机械能传导：某一电芯单体发生热失控，可能会对模组机械结构造成影响，或者其发生爆炸造成瞬间大量能量释放，对其周边的电芯也会造成一定程度的机械损伤，而这些机械损伤将增加其周边电芯发生失效的风险，严重时可直接导致其周边电芯发生热失控。
喷出物起火
电池发生热失控时会喷出高温气体和颗粒混合物，这些气体具有可燃性，极易发生火灾，这些高温喷出物以及喷出物燃烧产生的火焰会加热周围电池，从而加速热失控扩散的进程。
测试方法和技术规范
模组热失控扩散性能试验方法和技术要求依据国家标准GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》，具体如下：
热失控扩散性能试验方法
电池模块热失控扩散性能试验按照下列步骤进行：
- 将完成了初始化充电的试验样品置于热失控试验装置中；
- 以电池模块中心位置的电池单体或最小并联单元为热失控触发对象，将其正负极与充放电装置及其电压数据采样线连接，并保持热失控触发对象与相邻电池的电气连接；
- 将温度传感器布置于触发对象所有电池单体的表面与正负极柱等距且离正负极柱最近的位置，设置温度采样周期为1s，设定连续监测到三个温升速率值均>3℃/s或起火或爆炸为发生热失控的判定条件；
- 以与触发对象相邻的两个电池单体为热失控监测对象，将温度传感器布置于紧邻触发对象的监测对象表面的对侧中心位置或监测对象正负极柱所在表面且与正负极柱等距的位置；
- 以触发对象的额定功率与其标称电压的比值作为电流值对触发对象进行恒流充电，记录触发对象的时间、电压、电流、温度、温升速率，记录监测对象的时间、电压、温度、温升速率，记录电池模块的试验现象，包括膨胀、漏液、冒烟、起火、爆炸；当触发对象所有电池单体达到发生热失控的判定条件或温度达到 300℃或试验时间达到 4 h或监测对象达到发生热失控的判定条件时，停止充电，观察1h，记录时间、电压、温度、温升速率，记录电池模块的试验现象，包括膨胀、漏液、冒烟、起火、爆炸；
- 进行绝缘性能试验；
- 断开试验样品和充放电装置的连接，拆除数据采样线，取出试验样品；以发生热失控的判定条件判定监测对象是否发生热失控。
技术要求
电池模块内任一电池单体温度升高后，不应触发其他电池单体发生热失控，不应起火，不应爆炸，绝缘性能应满足相关标准要求。
ThermSafe（thermsafe.cn）热安全检测团队提醒：严格按照标准执行热失控扩散测试，是保障储能系统安全的关键环节。我们提供专业的热分析、DSC、TGA等检测服务，助力企业提升产品安全性能。
防范措施
- 设计合理的热交换策略：液冷、风冷、相变。
- 依据电芯热扩算系数，设计合理的电池间距，避免殃及相邻电芯，降低因热传导导致的触发热失控风险。
- 电路中增加电流限制功能：发现异常时快速、准确地切断回路电流，有效避免电能传导。
- 开发具有阻燃、降温、灭火以及隔氧的新材料。
- 设计能量及有害气体定向定量释放策略，避免高温喷出物对周围电芯模块产生影响。
ThermSafe（thermsafe.cn）作为热安全检测领域的独立实验室，致力于为锂离子电池及储能系统提供全面的热安全评估与测试服务，包括热失控扩散测试、热分析、DSC、TGA等，助力行业安全发展。