【摘要】 本文详细解析了绝热量热仪（ARC）的HWS操作模式及其在电芯热失控分析中的关键应用。通过精准捕捉自发热起始温度（76.60℃）、温升速率峰值（1299.62℃/min）及电压骤降等参数，ARC揭示了热-电耦合失效机制，为电池热安全预警、热管理设计和防护策略提供了关键数据支撑与案例参考。

ARC-电芯热失控分析案例

 

一、ARC量热仪及HWS模式

“HWS”操作模式下，系统首先将样品加热到起始温度，随后进入等待状态，目的是使样品和量热仪的温度一致并达到一个热平衡。等待期后，将进入搜寻模式，系统通过对比升温速率和预设的灵敏度（通常为0.02℃/min）来寻找电池是否有自放热。如升温速率低于预设值，没有监测到自放热反应，系统将自动转入加热模式，根据温度梯度值自动升上一个温度梯度，开始另一轮的“加热-等待-搜寻”，一直持续到设定的最终温度或探测到自放热为止。

电池绝热量热仪ARC 

1. 电芯热失控（热稳定性风险筛选测试，确定安全操作范围，确定安全工作温度，确定放热起始点温度及热失控）；

2. 电芯比热容（高温/低温）

3. 评估由于机械应力和电应力带来的失控影响

4. 过充、过放热失控；

5. 电芯绝热产热量；

6. 电循环产热测试

7.确定气体生成的种类及气体产量

 

二、参数化控制与热边界设定

测试条件构建聚焦热环境精准模拟，温度区间覆盖50℃ - 200℃（小型ARC拓展至500℃、大型ARC至300℃ ），适配不同电池体系热特性。

 

ARC测试条件

 

三、热行为曲线解析：热失控的动态表征

（一）温升速率 - 温度曲线

温升速率 - 温度曲线

该曲线是电池热反应动力学的直观呈现。电池在76.60℃触发0.02℃/min自放热阈值，标志热失控起始（自发热温度点 ）；后续温升速率从近1℃/min跃升至超60℃/min（如190.62℃时达839.51℃/min ），最高至1299.62℃/min（243.28℃时 ），反映热失控进程中，电池内部副反应（SEI膜分解、电解液燃烧等 ）依次激活，热量累积速率指数级增长，热失控进入自持加速阶段。

（二）电池与腔体温度 - 时间曲线

电池与腔体温度 - 时间曲线

前期热平衡阶段温度平缓，自发热后电池温度脱离热平衡，热失控最高温度达311.20℃，腔体温度同步响应，体现电池热量失控释放对环境的热冲击。该曲线量化热失控能量释放强度，为热管理系统设计（如散热功率匹配 ）提供数据依据。

（三）温度、电压 - 时间曲线

 

温度、电压 - 时间曲线

 

电压与温度协同变化，揭示热 - 电耦合失效机制。热失控中，电池内部物理化学结构破坏（如隔膜熔融、活性物质粉化 ），导致电压从3.55V骤降至2.11V（166.11℃时 ），极耳脱落时电压从3.07V崩至0.8V，最终因电池破裂短路，电压趋近0V。电压突变节点与温度关联，精准对应热失控进程中电池电化学体系崩溃阶段，为热失控电安全预警提供判据。

 

四、关键热失控节点：从预警到失效

电池与腔体温度-时间曲线(部分放大)

电池开阀是热失控早期响应，温度触发后内部压力释放，标志热管理被动防护启动；后续电压暴跌、极耳脱落，是热失控突破电池结构与电化学约束的表现，对应热失控从“能量累积”到“灾变失效”的临界转变。这些节点通过测试曲线精准捕捉，为电池热安全分级（如热失控预警阈值、防护干预时机 ）及防护策略（如被动散热、主动泄压 ）设计，提供关键参数，支撑高安全电池体系开发。

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