锂离子电池产品平均比热测量方法征求意见稿

团体标准

T/CI00X—2021

锂离子电池产品平均比热测量方法

Thetestmethodofmeanspecificheatforlithiumionbattery

products

(征求意见稿)

2021-X-X发布2021-X-X实施

中国国际科技促进会发布

锂离子电池产品比热测量方法

1适用范围

本标准规定了锂离子电池产品比热测量方法技术要求。

本标准适用于新能源汽车、储能电池产品行业。

2引用标准

下列文件中的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用

文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包

括所有的修改单）适用于本文件。

GB╱T36276-2018电力储能用锂离子电池

3术语和定义

3.1

锂离子电池（lithiumionbattery）

锂离子电池，简称电池，是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子

在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子（Li+）在两个电极之

间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于

富锂状态；放电时则相反。

3.2

平均比热（meanspecificheat）

平均比热是单位质量的物质温度升高1K所需的热量，该热量是电池在规定

温度范围内温度增加所吸收的热量。

3.3

充放电倍率（chargeanddischargerate）

电池充电或放电电流与名义电流之比为电池充电或者放电倍率，一般用xC

表示，其中x表示电池充电或放电电流与名义电流之比。电池充电或者放电

倍率越大，则电池充电或者放电时间越短。

3.4

荷电状态（stateofcharge）

电池的可用电量与电池的额定电量之比，取值在0与1之间。

3.5符号

c比热容（J/kgK）

I加热器电流（A）

m质量（kg）

Q加热器总功率（J）

T0环境温度（C）

ΔTave电池平均温升（C）

ΔTL1电池加热过程因热损导致的平均温升（温降）（C）

ΔTL2电池均温过程因热损导致的平均温升（温降）（C）

1加热时间（s）

3

2均温时间（s）

Ucool温升速率（C/s）

加热功率（W）

4锂离子电池平均比热测试原理

将某一待测电池单体表面均匀加热到试验指定温度，停止加热持续一段时

间，待电池内外温度均匀一致后，记录表面温度与待测电池的温升。根据电池因

吸热产生的温升、热损校准计算出电池的平均比热容（公式3）。

5试样

待测电池试样尺寸和型式：

待测电池的可以是圆柱电池，方形电池，软包电池。电池外表面平整、无毛

刺、无鼓包凹陷或者破损，可按GB╱T36276-2018进行外观检查。电池的额定

容量在2AH-300AH之间，质量在0.04-5kg之间。试样数量不少于3个。

6仪器设备

仪器设备主要由加热膜、直流电源、恒温箱、亚克力箱体和温度测量装置组

成，如图1所示。

6.1加热膜

加热膜一般由聚酰亚胺薄膜包裹金属加热片组成，厚度在0.05-0.3mm范围。

4

图1.仪器设备

6.2直流电源

直流电源向加热膜提供加热功率，根据电池大小加热功率也各不相同，以质

量0.845kg、比热为1000J/kgK的电池温升10C为例，加热功率为

Q=0.845*1000*10/500=16.9W。加热功率的精度要达到0.5%以内。

6.3恒温箱

恒温箱一般为具有加热与制冷的高低温箱系统，通常温度控制精度为2C，

不做特别要求。内部空间在200L以上，适合放置亚克力箱体。

6.4亚克力箱体

亚克力箱体各个侧面均由亚克力组成，箱体大小为40cm40cm40cm，厚

度在15mm，测面布置塑料连接管与导线连接孔。亚克力箱体可将箱内空

气温度控制在0.5C，电池的初始温度波动在0.1C之内。

6.5温度测量装置

5

温度测量装置由温度数据采集仪与若干热电偶传感器组成，温度数据采集仪

精度应在0.05C之内。热电偶传感器应采用统一批次热电偶，精度在0.1C,

准确度在0.5C之内。热电偶丝径在0.2mm或以下，避免沿电阻丝散热导

致测量误差。

7试验步骤

锂离子电池内部电极材料多层卷绕或者叠放，在加热时存在较大温度梯度。常规

的加热量热方法测量锂离子电池比热会由于温度不均匀会导致测量结果不准确。

本方法采用加热-均温过程的校准量热法进行电池比热测量，确保电池整体温度

一致、并结合电池热损标定进行测值校准。

7.1待测电池准备

加热膜部分由背胶贴合于圆柱电池侧表面并用耐高温胶带固定，如果是方形

电池则贴合于电池大面，贴合的覆盖面积不低于电池的表面积的50%。

在电池上下裸露部分金属壳体以及表面中心的加热膜上各固定1个热电偶（注意

电池正极和负极端子不要短路），对于圆柱电池布置3个热电偶，对大型方形电

池一般要6个热电偶。绝热层包裹电池、加热膜和温度传感器并置于温控箱内，

亚克力箱体放置在温控箱中央，如图2所示。然后用气凝胶绝热材料将待测电池

完全包裹并引出加热膜线路与热电偶线。

6

图2.待测电池尺寸与包装型式示例

7.2热损标定

热损标定包括以下步骤。调节控制温控箱保持在初始环境温度（比如25C）恒

定不变，电池静置30-60分钟，直至电池5分钟内温度变化小于0.1C,此时的

电池温度记为T0。通过加热膜给电池加热至电池工作温度上限Tmax（默认为

50C）时停止加热；记录电池平均温升Tave随时间变化并拟合二者的曲线方

程Tave()，其中ΔTave=Tave-T0；将温升Tave()对时间求一阶导数，即可获得

电池的降温速率Ucool随温升ΔTave的函数表达式Ucool(ΔTave)=

Ucool(ΔTave（）)，在实际过程中可拟合为3阶多项式。

7.3加热均温试验测量

测试方法为：首先通过加热膜加热电池1时间，并达到某一温度Tave(1)，加

热功率为h=UI，总加热量为Qh=UI1，U为电压，I为电流，1为加热

时间。

7

随后停止加热，使电池自行均温至1+2时间。根据均温后的电池表面温度

Tave(1+2)、初始温度T0、电池在加热和均温过程中的热损mcTL1，mcTL2，

获得在温度区间[T0,Tave]的平均比热容c，即

Qh

c（1）

mTave(12)abs(TL1)abs(TL2)

其中m是电池质量，Tave(1+2)=Tave(1+2)-T0表示电池温度与初始温

度T0之差。而在加热段和均温段中不可避免会有热损失，需要进行补偿。根据

0-1每个加热时刻的电池平均温升ΔTave计算加热过程的热损，获得下面公式

1

mcTmcUd

L10cool或者

1

TUd（2）

L10cool

这里TL1是因加热阶段因热损导致的温升。同样，根据1-2每个加热时刻的电

池平均温升ΔTave计算均温过程的热损，获得下面公式

12

mcTL2mcUcoold

1或者

12

TL2Ucoold

1（3）

这里TL2是在均温阶段因热损导致的温升。由于热损Ucool恒为负值，故温升

TL1与TL2均为负值。

根据公式（1-3）所测的电池比热容即为该待测电池在温度T0+ΔTave（1+2）

/2所对应的比热容值。

8

一般来说，加热时间1在2分钟～10分钟之间，随电池厚度尺寸加大可逐渐增

加，电池温度数据采集扫描频率可由1Hz增至6Hz，以保证电池加热量精度在

0.5%之内。均温时间2可设置在1的1-5倍之间，每隔固定时间段比如100s

计算一次比热容，当5分钟时间内获得的比热容相对偏差小于偏差值1%即为合

格。重复测量3次获得的平均值即为该电池的比热容测值。附录A显示了基于

校准量热法测得的方形电池的平均比热值为1042J/kgK。

7.4不同环境温度的测试

上述校准量热法适用于不同环境温度测试，所设置的环境温度以及测试温度

上升范围应在电池的允许温度范围之内，避免高温热失控风险。

8不确定度分析

8.1不确定度来源

测量过程中不确定度与以下因素有关，比如绝缘材料的吸热量、温度传感

器的测量精度、以及加热膜的电加热功率精度、加热膜本身热容等。测试过程应

保证电池温升至少在6C以上，通常在10-15C左右，以降低因温升过小产生

的量热不确定度。加热膜厚度应在电池厚度或者直径的1%之内，否则应根据加

热膜热容对电池测值进行修正。

8.2标样验证

可采用标准样品如石英玻璃、不锈钢进行验证测量，尺寸与包装形式与待测

电池相仿。三次重复测量的比热值精度应在6%之内。

9

附录A（计算过程）

A.1试验结果

A.1.1电池总质量m=0.845kg;加热功率qh=22.67W

A.1.2热损校准过程加热时间1=766s,总时间1+2=31000s

加热时间为1=490s，加热与均温过程总时间为1+2=1200s.

A.1.3热损校准曲线

图A.1热损校准过程中的温度下降曲线

图A.2热损校准过程的温升速率随温升的变化曲线

10

根据图A.2中拟合的3阶多项式可以计算任一电池表面温度下的电池热损失率。

A.1.4加热与均温过程的温升测量曲线

图A.3电池表面温升与随时间的变化曲线

表A.1加热过程的电池表面温升以及热损速率表

升温时升温时

△T（oC)Ucool(oC/s)△T（oC)Ucool(oC/s)

间(s)间(s)

100.104-0.0003725010.02-0.00043

201.681-0.0003026010.3-0.00044

302.55-0.0002827010.6-0.00046

403.18-0.0002728010.8-0.00047

503.69-0.0002629011.1-0.00048

604.17-0.0002630011.4-0.00050

704.58-0.0002631011.6-0.00051

804.95-0.0002732011.9-0.00053

905.31-0.0002733012.2-0.00054

1005.66-0.0002834012.5-0.00056

1105.98-0.0002835012.7-0.00057

1206.29-0.0002936013.0-0.00058

1306.60-0.0003037013.2-0.00060

1406.91-0.0003138013.5-0.00061

1507.20-0.0003239013.8-0.00063

11

1607.50-0.0003340014.1-0.00064

1707.79-0.0003441014.3-0.00066

1808.07-0.0003542014.6-0.00067

1908.36-0.0003643014.9-0.00068

2008.64-0.0003744015.1-0.00070

2108.92-0.0003845015.4-0.00071

2209.20-0.0003946015.6-0.00072

2309.47-0.0004047015.9-0.00074

2409.75-0.0004248016.2-0.00075

基于加热过程的热损导致温升为

1

TL1Ucool0.214C

0

基于均温过程中的热损导致温度降低如下表所示。

表A.2均温过程的温升、热损速率以及累计温升TL2

均温过程累

时间oo

△T（C)Ucool(C/s)计温升TL2

（s)

(oC)

55013.03-0.000587-0.029

60012.56-0.000561-0.085

70012.24-0.000544-0.140

80012.21-0.000542-0.194

90012.13-0.000538-0.248

100012.04-0.000533-0.301

110011.95-0.000528-0.354

120011.89-0.000525-0.406

12

TL1Ucool

1

不同均温时间下，基于热损的的温升TL2已经示于表A.2.

A.3计算试样平均比热容

12

22.67W766s

c

0.845kgTabs(T)abs(T)

12L1L2

在1+2=700s，cp=1042J/kgK;

在1+2=800s，cp=1040J/kgK;

在1+2=900s，cp=1042J/kgK;

在1+2=1000s，cp=1045J/kgK;

如图A.4所示，在停止加热（490s）的200s时间内（500-700s）内，比

热值波动较大。在之后的连续300s（5分钟）内所测比热值变化为0.3%，小

于1%，因此对700-1000s的比热测值取平均值1042J/kgK，即为电池在温

度范围[25oC,41oC]的平均比热容。

图A.4电池比热值随加热-均温时间的变化曲线

13

附录：本标准的相关参考文献

1.吴青余,张恒运,李俊伟.校准量热法测量锂电池比热容和生热率[J].汽车

工程,2020,42(1):59-65.

2.张恒运,盛雷,苏林,徐屾，黄波，一种电池的比热容测试方法与装置[P]，

发明专利授权ZL201810409612.4，2020.

3.LeiSheng,LinSu,HengyunZhang,YidongFang,etal,Animproved

calorimetricmethodforcharacterizationsofthespecificheatandthe

heatgenerationrateinaprismaticlithium-ionbatterycell[J],Energy

ConversionandManagement,2019(180):724–732.

14

前言

本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》起草。

本标准根据锂离子电池产品的应用情况而制定，为锂离子电池产品比热测量

提供统一技术标准。

本标准由中国国际科技促进会标准化工作委员会提出。

本标准由中国国际科技促进会归口。

本标准由上海工程技术大学、上海理工大学、上海机动车辆检测认证技术研

究中心有限公司、清华大学、阿尔特、弗迪科技有限公司、中电科18所、重庆

车辆检测研究所、重庆大学。

本标准主要起草人：张恒运，盛雷，朱顺良，钱煜平，姚林，孙华军，刘

松涛