应用案例｜3800Ah大容量磷酸铁锂电池模组绝热温升特性测试揭秘

摘要

本文利用BAC-1000A大型电池绝热量热仪对3800Ah小型磷酸铁锂电池模组的绝热温升行为进行了系统性研究，填补了储能电池模组绝热温升数据的行业空白，为储能系统的热安全设计与预警机制提供了科学依据。

前言

随着电化学储能规模的快速扩张，储能用锂电池技术取得了显著进展，其应用场景也日趋复杂。为规范行业发展，国家市场监督管理总局与国家标准化管理委员会于2023年12月28日发布了新版GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》，并于2024年7月1日正式实施。

新国标在热安全性能试验中仅规定了单体电池的绝热温升实验要求，未涉及模组及以上规格的测试标准。但在储能应用场景中，电池多以模组形式运行，因此模组的绝热温升数据对储能安全也至关重要。由于大容量模组在绝热温升实验过程中可能引发泄压、起火或爆炸等风险，会对实验室造成巨大的安全威胁。而传统测试设备难以满足相关安全需求。

本文利用BAC-1000A对3800Ah磷酸铁锂电池模组进行绝热温升测试，获得该模组绝热温升温度曲线，并对台阶温升速率数据进行分析，记录实验过程中的现象。相关结果有助于储能行业相关人员明确磷酸铁锂储能模组的热安全特性，设置储能系统安全预警和优化电池安全设计。

实验部分

1.样品准备

实验样品：3800Ah磷酸铁锂电池模组*2(#01和#02)、6061铝合金*1(电池样品同尺寸)。

2.实验条件

实验仪器：仰仪科技BAC-1000A大型电池绝热量热仪

工作模式：绝热温升模式

环境温度：10℃

数据采集间隔：1s(温差基线模式)&0.01min(绝热温升模式)

图1 BAC-1000A大型电池绝热量热仪

3.实验步骤

3.1 温差基线模式实验

Step1：打开大型电池绝热量热仪炉盖，将贴好辅助加热丝的标准铝块固定于量热仪腔体内，并利用耐高温胶带将热电偶贴合于铝块侧面中心点；

Step2：将辅助加热丝通过炉壁电极柱连接到恒流源上；

Step3：关闭炉盖，拧紧炉盖全部螺栓；

Step4：在操作软件上切换至“实验参数”界面，选择“温差基线”模式，如表1所示设置实验参数；

Step5：在操作软件上切换至“实验界面”，点击“开始”按钮启动实验。

表1 温差基线实验条件设置

3.2绝热温升模式实验

Step1：打开大型电池绝热量热仪炉盖，将电池样品固定于量热仪腔体内，并利用耐高温胶带将热电偶贴合于模组大面中心点；

Step2：关闭炉盖，拧紧螺栓；

图2 #01电池绝热温升测试装样示意图

Step3：在操作软件上切换到“实验参数”界面，选择“绝热温升”模式，如表2-3所示设置实验参数；

Step4：在“实验界面”点击“开始”按钮，开始实验。

表2 绝热温升实验条件设置

4.实验结果

图3 #01电池绝热温升特性试验(a)电池升温曲线和(b)温升速率-温度曲线

图4 #02电池绝热温升特性试验(a)电池升温曲线和(b)温升速率-温度曲线

表3 电池单体绝热温升特性试验数据记录表

从图3和图4可以看出，两个模组的台阶温升速率总体随着模组温度的升高而升高，其规律与电池单体规律一致，表明BAC-1000A大型电池绝热量热仪可精准测定小型模组的绝热温升行为。

当温度达到130℃时，两个模组的台阶温升速率均达到0.02℃/min（表3），此时判定模组中单体电池的自放热开始；因此依据该参数设定该款模组的一级安全报警温度为130℃，能对储能系统做出有效的预警。

从实验后图5可以看出，该款模组在实验过程中未发生起火、爆炸；也没有在电池单体泄压阀以外的地方发生破裂，说明该模组较为安全。

图5 绝热温升实验后的#01电池

总结

根据分析与实测结果，利用BAC-1000A大型电池绝热量热仪进行GB/T36276-2023《电力储能用锂离子电池》绝热温升特性试验能够科学、准确地测定大容量小型储能模组在绝热环境中的自放热温升速率，为电力储能行业设计安全预警系统和储能电池的热安全与热管理设计提供指导。