大容量储能模组绝热温升测试案例与数据解读
一、测试背景：新国标下的模组级热安全需求
GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》于2023年底发布并于2024年7月正式实施，其在热安全性能试验中明确规定了单体电池的绝热温升实验要求。但在实际储能应用中，电池几乎都以模组及以上的形式运行，模组内部的电芯间热耦合、结构件热容、连接件导热都会改变整体的温升行为。换言之，单体合格并不等价于模组安全。
然而新国标尚未对模组及以上规格的绝热温升测试作出统一规定，这使得模组级绝热温升数据在当前阶段更多依赖企业自主开展的验证性试验。对储能系统集成方而言，这部分数据直接关系到系统报警阈值设定、消防策略触发条件以及热蔓延防护设计，其价值不可替代。
[图片：测试场景——大型电池绝热量热仪炉腔内大容量储能模组装夹与热电偶布置实拍]
二、测试方案设计
本次测试对象为两块同批次大容量磷酸铁锂储能模组（编号#01与#02），另配一块与模组同尺寸的6061铝合金标准块用于温差基线校准。测试前对样品进行外观检查，确认无明显物理损伤与电解液泄漏，并记录初始状态参数。
测试采用大型电池绝热量热仪，工作模式为绝热温升模式。为排除量热仪自身热惯性与环境漏热带来的系统偏差，正式测试前先以标准铝块执行温差基线实验，标定仪器腔体在程序升温过程中的温度追踪误差。
| 实验模式 | 启动区间温度 | 启动区间恒温时间 | 台阶目标恒温时间 | 台阶升温步长 | 结束条件 |
|---|---|---|---|---|---|
| 温差基线（标准铝块） | 约 900 ℃ | 约 130 min | 按台阶设定 | 较小步长（精细校准） | 达到设定结束温度 |
| 绝热温升（电池模组） | 约 300 ℃ | 约 130 min | 按台阶设定 | 标准步长 | 温升速率显著上升或达到安全上限 |
数据采集方面，温差基线模式采用1 s的采集间隔以捕捉温度追踪细节；绝热温升模式在每一台阶内保持恒温等待，待温升速率稳定后进入下一台阶。环境温度设定为约10 ℃，模拟低温起步的储能运行场景。
三、实验步骤与关键控制点
- 装样：将模组固定于量热仪腔体内，使用耐高温胶带将热电偶贴合于模组大面中心点，确保贴合紧密、无空气夹层。
- 接线：辅助加热丝经炉壁电极柱连接恒流源，确认回路电阻与绝缘状态正常。
- 密封：关闭炉盖并拧紧全部螺栓，保证腔体密封性与绝热环境的一致性。
- 参数设置：在操作软件中选择"温差基线"模式并完成校准，随后切换至"绝热温升"模式设置台阶参数。
- 启动与监控：点击开始后持续监控炉温与样品温差，确保炉体温度追踪及时、无失控风险。
这里有两个容易被忽视的控制点。其一，热电偶贴合质量直接决定温升速率曲线的可信度，贴合不良会造成测温滞后并低估自放热信号；其二，样品预处理与表面清洁同样重要，表面污染会改变辐射换热条件，进而影响绝热追踪的精度。
四、结果分析：台阶温升速率与报警温度标定
实验结果显示，两个模组的台阶温升速率总体随模组温度升高而升高，其变化规律与单体电池的规律保持一致，说明大型电池绝热量热仪能够准确测定小型模组的绝热温升行为。当模组温度升至约130 ℃时，两个模组的台阶温升速率均出现由零转向持续上升的特征拐点，可据此判定模组内单体电池的自放热过程开始。
[图片：模组绝热温升测试的台阶温升速率—温度关系曲线示意图，示意低温段速率趋零、约130 ℃附近出现由零转向持续上升的拐点]
| 样品编号 | 低温段温升速率特征 | 自放热起始温度（典型值） | 高温段行为 | 结构完整性 |
|---|---|---|---|---|
| #01 | 速率接近零且平稳 | 约 130 ℃ | 速率随温度单调上升 | 未起火、未爆炸，泄压阀正常动作 |
| #02 | 与#01趋势一致 | 约 130 ℃ | 与#01趋势一致 | 未在泄压阀以外区域发生破裂 |
基于上述结果，工程上将该款模组的一级安全报警温度设定在自放热起始温度附近，能够为储能系统提供有效的早期预警窗口。选取该温度点的逻辑在于：报警过早会导致误报率上升，报警过晚则留给切断与消防动作的时间不足，而自放热起始点正是电池从"正常"跨入"不可逆"的门槛。
此外，本次测试过程中模组未发生起火、爆炸，也未在单体泄压阀以外的位置出现破裂，表明该款模组在测试条件下具备较好的安全表现。这也说明模组的结构设计（包括泄压通道与隔热间隔）对抑制热蔓延起到了实际作用。
五、等温量热与绝热量热产热测量的对比
除绝热温升外，充放电产热数据也是热管理设计的关键输入，而测量方法的选择会影响结果的解读方向。行业内以小型圆柱电芯为对象的对比实验表明，等温量热法与绝热量热法测定的产热功率变化趋势总体一致，均能反映充放电过程中内阻与熵变系数的变化规律，但在若干细节上存在系统性差异。
| 对比维度 | 等温量热法 | 绝热量热法 |
|---|---|---|
| 温度边界 | 强制恒定，主动补偿热量 | 近似绝热，温度随产热自然上升 |
| 热流响应 | 存在一定滞后，与装样方式相关 | 响应直接，与样品热容耦合 |
| 常温度区间结果 | 通常偏高于绝热法 | 偏低，因温升使极化内阻下降 |
| 吸热工况表现 | 可捕捉吸热特征 | 无法主动制冷追踪，产热量可能偏大 |
| 推荐使用场景 | 恒温环境下的储能电池产热评价 | 热失控风险评估与绝热温升分析 |
由此可以得到清晰的选型建议：若关注电池在特定恒温条件下的产热行为，例如恒温舱内运行的储能电池，应优先选择等温量热法；若关注电池在绝热条件下温升演变的真实场景，例如热失控风险评估与安全阈值标定，则应采用绝热量热法。两种方法互为补充，而非相互替代。
六、夹具与装样对测试结果的影响
在绝热温升与HWS测试中，夹具类型与装样方式对结果的影响经常被低估。夹具的作用是固定样品并保证传热路径的可重复性，但其自身的热容会参与系统能量平衡：夹具热容越大，样品释放的热量被分摊到夹具上的比例越高，测得的温升速率就越低，自放热信号也越容易被掩盖。
实践中可采取的优化措施包括：
- 优先选用低热容、低导热损失的夹具材质与结构，减小热分流效应。
- 保持夹具与样品接触面的一致性，避免出现局部悬空或接触压力不均。
- 热电偶布置应覆盖样品中心与边缘，以反映温度分布而非单点温度。
- 同批次对比测试应使用完全相同的夹具与装样方式，保证数据可比性。
热安全团队（thermsafe.cn）在多个模组级测试项目中观察到，装夹方式调整后，同一款电芯的台阶温升速率拐点位置会出现可观察的偏移。这一现象提示，测试数据的横向对比必须以装夹条件一致为前提，否则容易得出错误结论。
七、结论
- 模组级绝热温升测试能够有效补充新国标在单体之外的空白，为大容量储能系统的报警阈值标定提供直接依据。
- 本次测试中，模组的自放热起始温度典型值约为130 ℃，且两个样品结果一致，说明该款模组的热行为具备批次一致性，适合据此设定一级安全报警温度。
- 温差基线校准是排除仪器系统偏差的必要步骤，缺少校准的绝热温升数据在低速率区间可信度不足。
- 产热测量方法应按工况选择：恒温条件用等温量热法，绝热演变与风险评估用绝热量热法，二者结论不可混用。
- 装夹与热电偶布点构成测试的隐性变量，规范操作是数据可比性的前提。
八、参考来源
- GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布。
- GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，中华人民共和国国家标准。
- 公开技术文章中关于等温量热与绝热量热在锂电池充放电产热测量中的对比性研究（来源与作者信息已作脱敏处理）。
- 热安全团队（thermsafe.cn）公开技术文章库中关于HWS绝热温升测试、夹具优化方案的整理内容。
说明：本文实验条件与结果数据均已按脱敏要求作泛化处理，保留方法逻辑与相对规律，不包含任何特定企业的内部实验数据与客户信息。
九、热安全团队（thermsafe.cn）专业测试服务
热安全团队（thermsafe.cn）提供锂电池HWS热失控测试（绝热加速量热仪ARC）、锂电池宽温域变温比热容测试（差示绝热追踪法）、绝热环境锂电池充放电产热测试、锂电池失控产气测试、方壳/硬壳电池导热系数测定（两状态法无损测试）、锂电池ARC过充热失控测试（电滥用触发）、硬壳/方壳电池导热系数及接触热阻参数测定（储热-释放两状态法）、GB/T 36276电池绝热温升测试、ARC针刺热失控等专业服务。了解更多项目详情，请访问 https://thermsafe.cn/services.html。