應用案例｜3800Ah大容量磷酸鐵鋰電池模組絕熱溫升特性測試揭秘
摘要
本文利用BAC-1000A大型電池絕熱量熱儀對3800Ah小型磷酸鐵鋰電池模組的絕熱溫升行為進行了系統性研究，填補了儲能電池模組絕熱溫升數據的行業空白，為儲能系統的熱安全設計與預警機制提供了科學依據。
前言
隨著電化學儲能規模的快速擴張，儲能用鋰電池技術取得了顯著進展，其應用場景也日趨復雜。為規范行業發展，國家市場監督管理總局與國家標準化管理委員會于2023年12月28日發布了新版GB/T 36276-2023《電力儲能用鋰離子電池》，并于2024年7月1日正式實施。
新國標在熱安全性能試驗中僅規定了單體電池的絕熱溫升實驗要求，未涉及模組及以上規格的測試標準。但在儲能應用場景中，電池多以模組形式運行，因此模組的絕熱溫升數據對儲能安全也至關重要。由于大容量模組在絕熱溫升實驗過程中可能引發泄壓、起火或爆炸等風險，會對實驗室造成巨大的安全威脅。而傳統測試設備難以滿足相關安全需求。
本文利用BAC-1000A對3800Ah磷酸鐵鋰電池模組進行絕熱溫升測試，獲得該模組絕熱溫升溫度曲線，并對臺階溫升速率數據進行分析，記錄實驗過程中的現象。相關結果有助于儲能行業相關人員明確磷酸鐵鋰儲能模組的熱安全特性，設置儲能系統安全預警和優化電池安全設計。
實驗部分
1.樣品準備
實驗樣品：3800Ah磷酸鐵鋰電池模組*2(#01和#02)、6061鋁合金*1(電池樣品同尺寸)。
2.實驗條件
實驗儀器：仰儀科技BAC-1000A大型電池絕熱量熱儀
工作模式：絕熱溫升模式
環境溫度：10℃
數據采集間隔：1s(溫差基線模式)&0.01min(絕熱溫升模式)
圖1 BAC-1000A大型電池絕熱量熱儀
3.實驗步驟
3.1 溫差基線模式實驗
Step1：打開大型電池絕熱量熱儀爐蓋，將貼好輔助加熱絲的標準鋁塊固定于量熱儀腔體內，并利用耐高溫膠帶將熱電偶貼合于鋁塊側面中心點；
Step2：將輔助加熱絲通過爐壁電極柱連接到恒流源上；
Step3：關閉爐蓋，擰緊爐蓋全部螺栓；
Step4：在操作軟件上切換至“實驗參數”界面，選擇“溫差基線”模式，如表1所示設置實驗參數；
Step5：在操作軟件上切換至“實驗界面”，點擊“開始”按鈕啟動實驗。
表1 溫差基線實驗條件設置
3.2 絕熱溫升模式實驗
Step1：打開大型電池絕熱量熱儀爐蓋，將電池樣品固定于量熱儀腔體內，并利用耐高溫膠帶將熱電偶貼合于模組大面中心點；
Step2：關閉爐蓋，擰緊螺栓；
圖2 #01電池絕熱溫升測試裝樣示意圖
Step3：在操作軟件上切換到“實驗參數”界面，選擇“絕熱溫升”模式，如表2-3所示設置實驗參數；
Step4：在“實驗界面”點擊“開始”按鈕，開始實驗。
表2 絕熱溫升實驗條件設置
4.實驗結果
圖3 #01電池絕熱溫升特性試驗(a)電池升溫曲線和(b)溫升速率-溫度曲線
圖4 #02電池絕熱溫升特性試驗(a)電池升溫曲線和(b)溫升速率-溫度曲線
表3 電池單體絕熱溫升特性試驗數據記錄表
從圖3和圖4可以看出，兩個模組的臺階溫升速率總體隨著模組溫度的升高而升高，其規律與電池單體規律一致，表明BAC-1000A大型電池絕熱量熱儀可精準測定小型模組的絕熱溫升行為。
當溫度達到130℃時，兩個模組的臺階溫升速率均達到0.02℃/min（表3），此時判定模組中單體電池的自放熱開始；因此依據該參數設定該款模組的一級安全報警溫度為130℃，能對儲能系統做出有效的預警。
從實驗后圖5可以看出，該款模組在實驗過程中未發生起火、爆炸；也沒有在電池單體泄壓閥以外的地方發生破裂，說明該模組較為安全。
圖5 絕熱溫升實驗后的#01電池
總結
根據分析與實測結果，利用BAC-1000A大型電池絕熱量熱儀進行GB/T 36276-2023《電力儲能用鋰離子電池》絕熱溫升特性試驗能夠科學、準確地測定大容量小型儲能模組在絕熱環境中的自放熱溫升速率，為電力儲能行業設計安全預警系統和儲能電池的熱安全與熱管理設計提供指導。
