ARC绝热加速量热仪热失控测试案例与图谱解读
一、引言：为什么需要绝热量热测试
锂电池在过充、高温、机械滥用等条件下可能进入热失控状态，释放大量热量与可燃气体，进而引发起火甚至爆炸。由于热失控过程瞬时、剧烈且难以在现场完整复现，工程上普遍采用绝热加速量热仪（Accelerating Rate Calorimeter，ARC）在实验室近似绝热条件下还原电池自产热过程，获取可量化的热安全特征参数。热安全团队（thermsafe.cn）长期基于ARC开展锂电池热失控测试，积累了覆盖多种体系、多种容量的实验案例。
[图片：相关示意图] ARC测试系统组成示意图，展示绝热腔体、内置热电偶、压力传感器与数据采集单元的连接关系。
二、ARC测试基本原理与H-W-S流程
ARC通过精确控制样品环境温度，使其处于近似绝热状态，从而避免样品与环境之间的热量交换。在此条件下，样品温度变化完全由其内部热反应过程决定，仪器实时记录温度、压力随时间变化的数据，可得到起始分解温度、放热速率、反应热等关键参数。测试严格遵循“加热-等待-搜寻”（H-W-S）循环模式：
| 阶段 | 操作内容 | 判定依据（典型值） |
|---|---|---|
| 加热阶段 | 从预设起始温度出发，按设定步长逐步升温 | 步长典型值5℃ |
| 等待阶段 | 温度跃升后保持恒定，使样品与量热腔达到热平衡 | 等待时间按电池容量设定 |
| 搜寻阶段 | 实时监测样品温升速率，判断是否发生自放热 | 温升速率阈值0.02℃/min |
| 绝热追踪阶段 | 量热腔温度跟随样品温度，完全隔绝外部散热 | 持续追踪至反应结束或达到终止温度 |
当检测到样品温升速率超过设定阈值（行业通用的自放热判定阈值为0.02℃/min）时，系统判定样品发生自放热现象，立即切换至绝热追踪模式，直至反应速率回落或达到终止温度。
三、关键特征温度：T1、T2与T3
基于ARC测试结果，锂电池热失控研究中最核心的三个特征温度分别为自产热起始温度（T1）、热失控触发温度（T2）与最高温度（T3）。三者在严格绝热条件下测定，是评价电池本征安全性的客观参数：
| 特征温度 | 定义 | 工程含义 |
|---|---|---|
| T1 自产热起始温度 | 电池温升速率达到自放热判定阈值时的温度 | 电池由“被动受热”转向“主动放热”的临界点 |
| T2 热失控触发温度 | 温升速率达到触发判据（1℃/s量级）时的温度 | 副反应链式加速、散热无法抑制产热的转折点 |
| T3 最高温度 | 热失控过程中记录到的峰值温度 | 反映电池释放的总化学能量，T3越高热蔓延风险越大 |
[图片：测试场景] 锂电池ARC测试现场照片，电池单体通过支架夹具悬空固定于绝热腔体内，主热电偶贴合电池大面形心。
需要强调的是，起始温度并非物质的固有属性，而是依赖于量热系统固有灵敏度的仪器依赖参数；不同容量、不同体系与不同荷电状态电池的特征温度差异明显，工程应用中应以同体系同规格样品的平行测试为基准进行横向比较。
四、典型ARC图谱解读
ARC实验输出以温度-压力随时间变化曲线为主。以典型锂电池热失控实验为例，图谱呈现明显三个阶段。实验数据表明，该类样品在前期升温阶段温度阶梯式缓慢上升、压力基本平稳；进入自产热阶段后温度快速攀升，压力同步急剧上升，说明剧烈放热分解伴随气体大量产生；反应结束后温度与压力同步回落，体系进入冷却泄压阶段。
| 阶段 | 时间占比（典型） | 温度特征 | 压力特征 |
|---|---|---|---|
| 前期升温阶段 | 约占全程六成 | 缓慢阶梯式上升 | 基本平稳 |
| 热失控加速阶段 | 约占全程两成 | 自起始温度快速攀升至峰值 | 急剧上升至峰值量级 |
| 冷却泄压阶段 | 约占全程两成 | 峰值后逐步回落 | 同步下降恢复稳定 |
两条曲线高度同步：温度上升对应压力上升、温度下降对应压力下降，说明放热分解是气体产生的直接原因；压力峰值略滞后于温度峰值，符合气体生成需要时间积累的物理规律。该类样品起始分解温度处于百摄氏度量级、绝热温升显著、压力峰值处于数十巴量级，表明其受热条件下易发生自加速分解，热失控风险较高，生产、储存、运输环节需严格控制温度上限并设计足够的泄压与冷却措施。
五、实验案例：磷酸铁锂电芯热失控过程
以标称容量百安时量级的磷酸铁锂电芯为对象，采用电加热板对电芯底面加热诱发热失控，布置多支热电偶监测表面温度与安全阀出口方向温度。实验结果显示，磷酸铁锂电芯热失控过程可分为加热、热失控与衰减三个阶段：
加热阶段，电芯表面温度在加热板作用下迅速上升，内部物质受热分解生成气体，电芯出现肿胀变形；热失控阶段，内部可燃气体压力达到上限后冲破安全阀喷出，可燃气体被点燃形成射流火焰，火焰长度处于数十厘米至一米量级，喷射火形成后可能出现离焰与脱火现象；衰减阶段，随着内部热解反应逐渐结束，可燃气体喷射量减小，反应最终停止。实验数据表明，喷射火作用范围内温度可达到上千摄氏度量级，远超常见可燃物引燃阈值，引燃周围可燃物的可能性较大。
六、案例延伸：储能模组级热失控对比
模组级热失控由多个电芯串并联组成，局部电芯失控可能通过热传导与火焰辐射向邻近电芯蔓延。以容量十千瓦时量级的磷酸铁锂模组实验为例，模组内部布置多支热电偶监测传播过程，红外热成像记录整体发展：局部电芯受热失控后，可燃气体从安全阀射流喷出并形成喷射火；喷射火熄灭后残余反应继续，可能出现二次射流与复燃。与单体电芯相比，模组级热失控火焰规模更大、持续时间更长、辐射热通量更高，对周边环境的危害显著增强。
| 对比维度 | 单体电芯 | 模组（典型10kWh级） |
|---|---|---|
| 火焰形态 | 射流火焰，长度数十厘米量级 | 多电芯叠加，火焰规模更大 |
| 峰值温度 | 可达上千摄氏度量级 | 箱体表面可达数百摄氏度量级 |
| 辐射热通量 | 近距离测点达数十kW/m²量级 | 1m处仍可检测显著热流 |
| 持续时间 | 分钟量级 | 更长，且可能出现二次失控 |
| 防控难度 | 单体级预警与泄压 | 需热蔓延阻断、灭火与隔离策略 |
七、结语
ARC绝热量热测试为锂电池热失控风险评估提供了从定性到定量的技术路径：通过T1、T2、T3特征温度与温度-压力图谱，可在产品设计阶段识别本征安全风险，并为热管理设计、预警阈值设定与消防策略制定提供数据支撑。热安全团队（thermsafe.cn）依托多台ARC测试系统与长期实验经验，可为电池企业提供从测试方案设计、数据解读到安全改进建议的一站式服务。
引用来源
- 《绝热量热（ARC）图谱解读》，公众号“安管员之家”，2026-03-30
- 《锂电池安全核心：ARC绝热量热试验方法全面解析》，公众号“[第三方检测机构]”，2026-07-17
- 《技术干货：锂离子电池热失控绝热测试方法及数据分析！》，公众号“[储能系统厂商]”，2026-07-21，参考T/CSAE 344—2024《锂离子动力蓄电池热失控绝热量热测试方法》
- 《储能系统热失控验证案例，10kWh磷酸铁锂电池模组热失控特性实验》，公众号“新能源时代”，2026-07-14
业务与服务
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。