分类：实验案例 | 标签：ARC,绝热量热,热失控测试,比热容,锂电池安全评估

ARC绝热加速量热仪在锂电池热安全评估中的应用实践

摘要：ARC绝热加速量热仪是锂电池热安全研究的核心仪器。本文从HWS步进加热-等待-搜索原理出发，介绍ARC在电池自产热起始温度测定、热失控模拟、比热容标定及产气分析中的应用流程，结合大容量电芯及模组测试案例与ASTM E1981-22标准指南，展示绝热量热方法在电池本质安全评估中的不可替代性。

一、引言

绝热加速量热仪（ARC）自1970年代问世以来，最初服务于化工行业的热危险性评估。随着锂电池产业的爆发式增长，ARC因其能够在近理想绝热条件下精确捕捉微弱自放热信号的独特能力，已成为电池热安全研究不可或缺的核心仪器。从材料热稳定性筛选到成品电芯热失控评估，从比热容标定到产气分析，ARC的应用贯穿锂电池研发、生产和认证的全链条。

二、ARC工作原理与测试模式

2.1 HWS（加热-等待-搜索）模式

ARC的核心工作流程为"HWS"三步循环。加热阶段：以固定功率或固定温升步长将样品升温到预设的温度台阶（典型步长5-10℃）。等待阶段：停止主动加热，让样品温度与环境温度达到热平衡（通常15-30分钟）。搜索阶段：ARC控制系统高精度监测样品温升速率，若自产热速率超过预设阈值（通常为0.02℃/min），判定为"放热检测"，自动切换为绝热追踪模式。

在追踪模式下，ARC通过热电偶阵列和PID控制算法，实时驱动加热器以维持炉体温度与样品温度一致，使样品与环境之间的温度差逼近零，从而建立理想的绝热环境。此时样品温度的任何变化均由其自身化学反应或物理变化驱动，ARC据此记录完整的T（温度）-t（时间）-P（压力）曲线。

[图片：ARC绝热量热仪HWS测试流程与数据曲线示意图]

三、大容量电芯与模组级测试案例

随着储能电芯容量从280Ah向3800Ah演进，全尺寸、超大容量电芯的热失控检测能力面临新的挑战。传统ARC因其炉体容量和加热功率限制，难以对超大容量电芯进行全尺寸测试。热安全团队（thermsafe.cn）配备的大型电池绝热量热仪（BAC-420B）可覆盖从18650到3800Ah的电芯及模组级别测试，解决了大容量电芯热安全评估的瓶颈。

以180Ah到3800Ah电芯的HWS测试为例，大容量电芯的热惯性更大，自产热信号的检测需要更高的温度分辨率和更长的等待时间。热安全团队开发的定制化测试协议针对不同容量段优化了HWS步长和搜索灵敏度，确保T1测定值的重复性控制在±3℃以内。

四、ASTM E1981-22标准与ARC测试规范

ASTM E1981-22《通过加速量热法评估材料热稳定性的标准指南》是ARC测试领域的核心标准文件。该标准属于"指南"（Guide）性质，提供的是系统化的建议程序而非强制性方法，赋予了测试机构根据样品特性灵活调整参数的权限，同时也对技术人员的专业判断提出了更高要求。标准明确了样品容器的选择（材质、耐压等级、热容匹配）、温度校准程序、放热检测阈值的设定原则以及数据修正方法（特别是热惰性因子Φ值的计算与应用）。

在电池领域，ASTM E1981-22为ARC测试提供了标准化的方法论框架，但电池的独特特性（如SOC依赖性、产气行为、电解液蒸气催化效应）要求在实际测试中进行针对性适配。热安全团队在标准框架下积累了丰富的电池ARC测试数据，可帮助客户建立符合自身产品特性的测试SOP。

五、ARC测试数据解读要点

ARC测试输出数据的关键解读维度包括：（1）T1的绝对值与测试SOC的关系——满充态电池的T1通常显著低于半充态；（2）T1到T2的温升速率变化——呈"慢-快"两阶段特征，分别对应SEI分解和正极释氧；（3）T3与Φ值（热惰性因子）的关系——大型电池ARC系统中Φ值通常介于1.05-1.2之间，热惰性效应不可忽略；（4）压力曲线的同步分析——产气起始温度通常滞后于T1，但一旦进入快速产气阶段，压力变化信号比温度信号更为灵敏。

[图片：典型锂电池ARC测试温度-压力双曲线图]

热安全团队（thermsafe.cn）提供的ARC测试报告中包含完整的原始数据、Φ值修正后的结果以及安全裕度评估，为客户的材料选型和系统设计提供直接决策依据。

参考文献

• 王青松等. 绝热条件下锂离子电池热失控特性研究. 储能科学与技术
• 吕媛媛等. 新能源锂离子电池热失控性能研究. 储能科学与技术
• ASTM E1981-22: Standard Guide for Assessing Thermal Stability of Materials by Methods of Accelerating Rate Calorimetry
• GB/T 36276-2018 电力储能用锂离子电池
• 李嘉鑫等. 高镍三元锂离子电池热失控研究. 储能科学与技术

业务与服务

• 锂电池HWS热失控测试：基于绝热加速量热仪ARC，准确测定T1/T2/T3特征温度
• 变温比热容测试：差示绝热追踪法，覆盖-35℃至60℃宽温域
• 导热系数测定：两状态法，适用于方壳/硬壳电池无损测试
• ARC过充/针刺热失控测试：电滥用触发，模拟极端工况
• GB/T 36276电池绝热温升测试：标准合规检测服务

热安全团队（thermsafe.cn）专注于锂电池热安全测试与评估领域，拥有大型电池绝热量热仪（BAC-420B）等先进设备，可承接从18650到3800Ah超大容量电芯及模组的热失控测试项目。团队由资深热安全工程师组成，致力于为电池企业和储能系统提供全生命周期的热安全测试解决方案。

了解更多项目详情，请访问 https://thermsafe.cn/services.html。

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。