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绝热加速量热仪ARC测试方法及在电池安全中的应用

分类：实验案例  |  标签：ARC测试,绝热量热,热失控评估,比热容测试,GB/T36276

摘要：系统介绍绝热加速量热仪（ARC）在锂电池热安全评估中的核心应用，包括HWS热失控测试、比热容测试和绝热温升测试三大方法。结合钠电池和三元电池实测案例，展示ARC图谱解读方法和关键数据分析技巧，并介绍GB/T 36276标准对绝热温升的规范要求。

引言

绝热加速量热仪（ARC）是锂电池热安全评估的核心测试设备，通过模拟电池在绝热环境中的热行为，准确获取热失控过程中的关键参数——包括自产热起始温度T1、热失控触发温度T2、最高温度T3、绝热温升、产气速率等。本文系统梳理ARC的工作原理、测试模式和在实际电池安全研究中的应用价值。

一、ARC工作原理与HWS模式

ARC通过使腔室温度与样品温度相匹配来保持绝热控制。当样品自放热且温度升高时，量热仪温度也随之升高，样品和周围环境之间的热传递最小。核心运行逻辑为"加热-等待-搜索"（HWS）模式：

加热（Heat）：以固定步长（如5℃）升高腔室温度。

等待（Wait）：使样品和环境温度达到平衡。

搜索（Seek）：检测样品的温度变化速率，判定是否有自放热。当温升速率超过检测阈值（如0.02℃/min）时，系统判定为自产热起始，自动切换到放热追踪模式，准确跟踪并记录温升情况。

HWS模式速度较慢，但远比简单的温度扫描准确，能够捕捉到微弱的早期自放热信号，这对评估电池热安全边界至关重要。

参数先进ARC能力
可测试尺寸≤120cm
工况绝热温升电流≤1000A
控温范围-40℃~500℃
测温分辨率0.001℃
温度检测灵敏度0.005~0.5℃/min
温度跟踪速率0.005~20℃/min

二、ARC三大核心测试模式

1. 热失控测试（HWS模式）

绝热热失控测试模拟电池在过充、短路等异常工况下的发热和燃烧行为。影响电池热失控温度的因素包括材料体系、电池结构、荷电状态（SOC）、过充/过放、倍率、高低温充放电等。以160Ah钠离子电池为例，其ARC实验揭示了热失控"三部曲"：自产热起始（Tonset约100℃）→安全阀开启（Tv约143℃）→热失控触发（Ttr约180℃，Tmax约247℃）。在热失控触发阶段，温升速率瞬间飙升至2800℃/min以上。

2. 比热容测试

比热容测试基于能量守恒原理：通过恒功率源为加热片供热，在绝热条件下电能完全转化为热能并被电池吸收。计算公式为Cp=UI/(m×slope(K/s))，并通过标定铝块得出校准系数k进行修正。变温比热容测试可得到电池处于不同温度下的比热容数据，为精确热管理提供数据支撑。实验表明，电池比热容随温度变化显著——以4695圆柱锂电池为例，在-20℃~60℃温域内比热容从约867 J/(kg·K)升至约1035 J/(kg·K)。

3. 绝热温升测试

绝热温升测试在绝热环境下测量电池温度随时间的变化，评估电池在极端条件下的产热量及产热功率。GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》对电池绝热温升特性提出明确要求：表面温度≤高温一级报警温度时，温升速率<0.02℃/min；不起火、不爆炸，不在防爆阀或泄压点之外的位置发生破裂。通过分析绝热温升曲线，可以深入了解电池在不同温度阶段的热行为变化，为安全设计和风险评估提供关键数据。

三、ARC图谱解读方法

ARC实验得到温度-时间曲线和压力-时间曲线，两条曲线高度同步，温度上升对应压力上升，说明放热分解是气体产生的直接原因。关键解读要点包括：

起始分解温度——温度曲线开始明显加速上升的点，标志着自加速热分解反应的开始。以某物质为例，起始分解温度为120.1℃，低于许多工业应用中的安全阈值，表明在受热条件下易发生自加速分解。

绝热温升ΔTad——从起始分解温度到放热终止温度的温度差（如194.7-120.1=74.6℃），反映完全绝热条件下的潜在温升幅度，数值越大热失控后果越严重。

最大放热速率点——温度曲线斜率最大的位置，此时放热速率达到峰值，是热失控过程中最危险的阶段之一。

压力峰值——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。

指标含义安全意义
起始分解温度自加速反应开始温度越低，热稳定性越差
绝热温升ΔTad完全绝热下温升幅度越大，后果越严重
最大放热速率反应最剧烈时刻越大，失控越剧烈
压力峰值产气导致的最高压力越大，爆炸风险越高

四、ARC在电池安全研究中的深远影响

ARC测试是热安全研究的关键工具，在安全设计、性能优化和行业标准制定三个层面发挥着不可替代的作用。在安全设计方面，通过精确测定T1/T2/T3，帮助设计者确定电池的安全运行温度窗口和防护策略。在性能优化方面，比热容和导热系数数据为热管理系统的精细设计提供了关键输入参数。在标准制定方面，GB/T 36276等国家标准已将ARC测试纳入电池安全评估体系。

热安全团队（thermsafe.cn）依托先进的绝热量热设备，长期开展锂电池HWS热失控测试、宽温域变温比热容测试、绝热环境充放电产热测试等专业服务。ARC测试的精准数据是电池热模型验证和热管理策略优化的基石，也是从"经验设计"走向"数据驱动设计"的关键一步。

未来，随着固态电池、钠离子电池等新体系电池的发展，ARC测试将面临更大的样品尺寸、更宽的温域范围和更复杂的多物理场耦合需求。同时，热安全团队（thermsafe.cn）认为，将ARC与气相色谱、气体爆炸装置等设备联动，实现"热-气-质"一体化分析，是电池安全评估技术的重要发展方向。

参考文献

1. 天目湖先进储能技术研究院. ARC测试——构筑锂电安全防线. 2024.

2. 欧美大地仪器. 从160Ah钠电池热失控研究看绝热加速量热仪的关键价值. 2026.

3. 安管员之家. 绝热量热（ARC）图谱解读. 2026.

4. GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》.

测试项目

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 。

文章ID: ozSrhqFW | 生成日期: 2026-08-04