T-CIAPS 0046-2025 锂离子电池燃爆危险性测试与分级方法

CCSTestingandGradingMethodforFireandExplosionHazardsofLithiuIT/CIAPS0046—2025前言 II 2规范性引用文件 3术语和定义 3.1火灾危险性firehazards 3.2荷电状态stateofcharge 3.3热失控thermalrunaway 3.4热释放速率heatreleaserate 3.5爆炸下限lowerexplosionlimit 3.6爆炸指数explosionIndex 4实验条件 4.1环境条件 4.2电池样品充放电条件 24.3仪器设备 25实验步骤 25.1电池火灾危险性实验步骤 25.2电池热失控产气危险性试验步骤 35.3电池爆炸危害试验步骤 36危险性分级 46.1火灾危险性分级 46.2热失控产气危险性分级 46.3爆炸危险性分级 5T/CIAPS0046—2025本文件按照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》的规定起请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国化学与物理电源协会提出并归口。本文件主要起草单位：中国汽车技术研究中心有限公司、应急管理部上海消防研究所。本文件参与起草单位：中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、深圳市比亚迪锂电池有限公司、蜂巢能源科技（无锡）有限公司、泛亚汽车技术中心有限公司、北京车和家汽车科技有限公司、欣旺达动力科技股份有限公司、中汽研汽车检验中心（常州）有限公司、极氪汽车（宁波杭州湾新区）有限公司、北京理工大学、小米汽车科技有限公司、新兴际华（北京）智能装备技术研究院有限公司、中汽研汽车检验中心（广州）有限公司、东北电力大学、天津工业大学、北京航空航天大学、华晨宝马汽车有限公司、大众汽车（中国）科技有限公司、中汽研汽车检验中心（武汉）有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、同济大学、煤炭科学研究总院有限公司等。本文件主要起草人：马天翼、黄昊、张磊、王芳、孙华军、刘磊、姜成龙、韩丽琼、李玉鹏、陈立铎、陈文涛、马彪、张宝强、徐月、韩策、王高武、林文生、刘建、刘倩雨、廉丽琴、陈涛、赵亮、高占辉、卢盛鹏、王起亮、方伟、沈强、柳志民、张亚军、廖丰行、何波、董文楷、张红烛、宋冬冬、郭跃、刘三兵、李建威、愈程、石品品、华旸、罗运俊、杨晓霞、王瀛洲、马建民、刘新华、周思达、熊宽、薛洪亮、黄欢、刘勇、王睿翔、胡圆圆、刘士玉、宗磊、朱峰、朱建功、王学远、姜波、吴兵。本文件为首次发布。1T/CIAPS0046—2025锂离子电池燃爆危险性测试与分级方法本文件规定了锂离子电池燃爆危险性评估的试验条件、试验设备、试验步骤和等级划分。本文件适用于锂离子电池单体、模组、系统级燃爆危险性的评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件，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。GB38031-2020电动汽车用动力蓄电池安全要求GB/T16172-2007建筑材料热释放速率试验方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件3.1燃爆危险性firehazards燃爆发生的可能性与预期严重度的综合。3.2荷电状态stateofcharge当前电池单体、模块、电池包或系统中按照制造商规定的放电条件可以释放的容量占实际容量的百分比。3.3热失控thermalrunaway电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控上升的现象。3.4热释放速率heatreleaserate在规定的试验条件下，单位时间内燃烧所释放的热量。3.5爆炸下限lowerexplosionlimit可燃气体(蒸气)和空气组成的混合气遇火源即能发生爆炸的可燃气体(蒸气)最低浓度。3.6爆炸指数explosionIndex由容器容积V的立方根和爆炸时最大压力上升速率(dp/dt)m的乘积。2T/CIAPS0046—20254实验条件4.1环境条件除另有规定，试验应在温度为20±5℃,相对湿度为15%～90%，大气压力为86kPa～106kPa的室内进行。4.2电池样品充放电条件在环境温度为20±5℃的条件下，以制造商规定的且不低于1/3C的电流放电至放电终止电压，静置30min或制造商规定的时间，然后以制造商规定的且不低于1/3C的电流充电至规定的截止条件，静置30min或制造商规定的时间，并在24小时内完成电池燃爆危险性测试。4.3仪器设备测量仪器、设备及其精度应满足下列要求：热电偶：精度为±1℃,传感器尖端直径不应超过1mm；温度数据采集仪：精度为±1℃;温度控制器：采集温度与预设程序温度相差不超过2℃;热释放速率测试系统：采用根据GB/T16172等标准设计建造的量热仪测试电池火灾的热释放速率；电池热失控定容试验罐：耐压强度不低于2.0MPa，容积为0.3—5.0m³;低速压力传感器：量程为0-2.0MPa，精度不低于0.25%，采样频率不低于1Hz；高速压力传感器：量程为0-2.0MPa，精度不低于0.25%，采样频率不低于1000Hz。5实验步骤5.1电池火灾危险性实验方法1）确定火灾触发对象：火灾触发电池单体热失控产生的热量应非常容易传递至相邻单体锂离子电池，例如，选择锂离子电池包内最靠近中心位置的单体锂离子电池，或者被其它单体锂离子电池包围且很难产生热辐射的单体锂离子电池。2）在触发锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶（T1、T2）,背面中心布置1个热电偶（T3将电池及等加热面尺寸的导热石墨、加热板/膜紧密固定；若试验对象为电池单体，则通过夹具用2N·m或厂商规定的的力挤压固定；3）将锂离子电池放置于升降平台上，通过调节升降平台的高度，使得电池热失控后的烟气、火焰能被量热仪集烟罩完全覆盖；4）采用基于锂离子电池加热面实时温度（T1）反馈的程序升温模式触发电池热失控，温度控制器通过实时监测反馈温度，以确保电池加热面温度按设定程序上升，直至发生热失控，关闭加热器，温度控制器的控温误差不大于2℃;5）锂离子电池热失控加热程序为：电池以5±1℃/min的速率加热至120℃,恒温保持10min，再以5±1℃/min的速率加热至130℃,恒温保持10min，如此循环加热、保温直到电池发生热失控，温升6）锂离子电池的热失控温度T0判定方法为：若电池在恒温过程中发生热失控，则热失控温度为恒温温度减5℃,若电池在升温阶段发生热失控，则热失控时加热面温度即为热失控温度；7）锂离子电池发生热失控的判定条件为a）电池电压下降超过初始电压的25%b）背面中心T3温升速率≥1℃/min，且超过3s；当（a）和（b）同时满足时判定发生热失控；3T/CIAPS0046—20258）采用基于耗氧原理的量热仪测量锂离子电池火灾的热释放速率，获取最大热释放速率Qpeak，视情可增加外部点火源辅助点火。5.2电池热失控产气危险性测试方法1）确定火灾触发对象：火灾触发电池单体热失控产生的热量应非常容易传递至相邻单体锂离子电池，例如，选择锂离子电池包内最靠近中心位置的单体锂离子电池，或者被其它单体锂离子电池包围且很难产生热辐射的单体锂离子电池。2）在触发锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶（T1、T2）,背面中心布置1个热电偶（T3将电池及等加热面尺寸的导热石墨、加热板/膜紧密固定；若试验对象为电池单体，则通过夹具用2N·m或厂商规定的的扭力挤压固定；3）将电池置于定容实验罐中，关闭实验罐，将试验罐抽至真空度大于950Pa，停泵，5min内压升不得大于133Pa；4）向定容实验罐内注入含量为99.9%的氮气，至内部气压为101325Pa；5）重复步骤3和步骤4两次；6）采用基于锂离子电池加热面实时温度（T1）反馈的程序升温模式触发电池热失控，温度控制器通过实时监测反馈温度，以确保电池加热面温度按设定程序上升，直至发生热失控，关闭加热器，温度控制器的控温误差不大于2℃;7）锂离子电池热失控加热程序为：电池以5±1℃/min的速率加热至120℃,恒温保持10min，再以5±1℃/min的速率加热至130℃,恒温保持10min，如此循环加热、保温直到电池发生热失控，温升8）锂离子电池发生热失控的判定条件为a）电池电压下降超过初始电压的25%b）背面中心T3温升速率≥1℃/min，且超过3s；当（a）和（b）同时满足时判定发生热失控；9）待定容实验罐内部温度降至室温后，使用气体采样袋采集电池热失控气体；10）利用排水法计算电池热失控产生的气体体积；11）采用气相色谱仪分析采气袋中气体的组分及含量，典型的热失控气体包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、丙烷等；12）利用勒夏特列（LeChatelier）方程计算电池热失控气体的爆炸下限。Lm…………(1)式中：Lm为热失控混合气体的爆炸下限；Ln为某一气体的爆炸下限；n为某一气体的摩尔分数。5.3电池爆炸危害试验测试方法1）确定火灾触发对象：火灾触发电池单体热失控产生的热量应非常容易传递至相邻单体锂离子电池，例如，选择锂离子电池包内最靠近中心位置的单体锂离子电池，或者被其它单体锂离子电池包围且很难产生热辐射的单体锂离子电池。2）在触发锂离子电池加热面中心位置布置2个热电偶（T1、T2）,背面中心布置1个热电偶（T3将电池及等加热面尺寸的导热石墨、加热板/膜紧密固定；若试验对象为电池单体，则通过夹具用2N·m4T/CIAPS0046—2025或厂商规定的的扭力挤压固定；3）将电池置于定容实验罐中，并在电池泄压阀正上方10cm处布置电点火装置，关闭实验罐，将试验罐抽至真空度大于950Pa，停泵，5min内压升不得大于133Pa；4）向定容实验罐内注入空气，至内部气压为101325Pa；5）采用基于锂离子电池加热面实时温度（T1）反馈的程序升温模式触发电池热失控，温度控制器通过实时监测反馈温度，以确保电池加热面温度按设定程序上升，直至发生热失控，关闭加热器，温度控制器的控温误差不大于2℃;6）锂离子电池热失控加热程序为：电池以5±1℃/min的速率加热至120℃,恒温保持10min，再以5±1℃/min的速率加热至130℃,恒温保持10min，如此循环加热、保温直到电池发生热失控，温升7）锂离子电池发生热失控的判定条件为a）电池电压下降超过初始电压的25%b）背面中心T3温升速率≥1℃/min，且超过3s；当（a）和（b）同时满足时判定发生热失控；8）待电池发生第一次热扩散时启动电点火装置，若测试对象为电池单体，则在电池热失控时启动点火装置，直至热失控气体被点燃，采用高速压力传感器测量定容试验罐内的压力；9）根据以下公式计算爆炸指数。K=Vm…………（2）式中：V为定容试验罐的容积，m³;m)为最大压力上升速率，MPa/s。m6危险性分级6.1火灾危险性分级根据电池的热失控温度T0和最大热释放速率Qmax，基于风险矩阵，获得锂离子电池火灾危险性等级，电池火灾危险性等级分为极度危险（I）、严重危险（II）、中度危险（III）和轻度危险（IV），如图图1锂离子电池火灾危险性分级方法6.2热失控产气危险性分级5T/CIAPS0046—2025根据电池的热失控气体总量和爆炸下限，基于风