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ICS 13.220.01 CCS C 80 团 体 标 准 T/CNESA 10042021 锂离子电池火灾危险性通用试验方法 General test methods for lithium ion battery fire hazards 2021-03-01发布 2021-03-01实施 中关村储能产业技术联盟 发布 中关村储能产业技术联盟是中国社会组织5A级社团，是中国首个专注在储能领域的非营利性国际 行业组织。中关村储能产业技术联盟致力于通过影响政府政策的制定和储能应用的推广促进储能产业 的健康有序发展。 中关村储能产业技术联盟聚集了优秀的储能技术厂商、新能源产业公司、电力系统以及相关领域的 科研院所和高校，覆盖储能全产业链各参与方。中关村储能产业技术联盟在协同政府主管部门研究制定 中国储能产业发展战略、倡导产业发展模式、确定中远期产业发展重点方向、整合产业力量推动建立产 业机制等工作中，发挥着举足轻重的先锋作用。 The China Energy Storage Alliance（CNESA） is a grade 5A China Social Organization and China’s first non-profit organization dedicated to the international energy storage industry. CNESA is committed to the healthy development of the energy storage industry through positive influence of government policy and promotion of energy storage applications. CNESA’s membership body includes domestic and international organizations involved in all aspects of the energy storage industry, from technology manufacturers, renewable energy corporations, research bodies, institutes of higher learning, and more. CNESA partners with government bodies to develop strategies for industry development, determine directions for medium- and long-term industry growth, consolidate efforts to establish a market mechanism, and many other projects that play a crucial role in advancing the energy storage industry in China and abroad. 地址北京市海淀区北四环西路11号B座310室 邮编100190 电话86- 1 0- 65 66 70 66 传真86-10-65666983 网址http//www.cnesa.org 邮箱standardcnesa.org 本标准由中关村储能产业技术联盟自主编写、制定，因其产生的著作权等所有权利均归中 关村储能产业技术联盟所有。除事先得到中关村储能产业技术联盟的许可或国家现行法律法规 允许使用本标准外，任何机构或个人均不得以任何形式对本标准进行部分或全部地复制、使用。 如对本标准的权利或使用有疑问的，请联系中关村储能产业技术联盟 This standard is developed by the China Energy Storage Alliance, and all rights such as copyright arising from it are reserved by the China Energy Storage Alliance. No copy or use of this standard, in part or whole, is allowed in any form without official permission from China Energy Storage Alliance or unless permitted under national law. For any questions or enquiry regarding right or use of this standard, please contact the China Energy Storage Alliance. T/CNESA 10042021 I 目 次 前 言 II 引 言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 符号、代号和缩略语 . 2 5 原理 . 2 6 试验条件 . 3 6.1 环境条件 . 3 6.2 试验准备 . 3 7 仪器设备 . 4 8 样品 . 4 9 试验步骤 . 4 9.1 热箱试验 . 4 9.2 燃烧试验 . 4 10 试验数据处理 5 10.1 热失控临界环境温度 5 10.2 标准化热释放速率峰值 5 10.3 火灾危险性分级 6 11 试验报告 6 附 录 A （资料性） 锂离子电池火灾危险性分级 8 参考文献 . 9 T/CNESA 10042021 II 前 言 本文件按照GB/T 1.12020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 起草。 本文件由中关村储能产业技术联盟提出并归口。 本文件起草单位中国科学技术大学、南方电网调峰调频发电有限公司、南方电网电力科技股份有 限公司、国网江苏省电力有限公司经济技术研究院、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、华中科 技大学、华为技术有限公司、阳光电源股份有限公司、苏州UL美华认证有限公司、上海电气分布式能 源科技有限公司、安徽中科久安新能源有限公司、中国计量大学、深圳市科陆电子科技股份有限公司、 蜂巢能源科技有限公司、安徽中科中涣防务装备技术有限公司。 本文件主要起草人王青松、孙金华、毛斌斌、刘鹏杰、陈满、段强领、李勇琦、钟国彬、王庭华、 黄峥、曹元成、吴静云、梅简、乐斌、杜荣华、李煌、叶树亮、张杰、裘吕超、乐艳飞、杜志超、刘宗 哲、邹杨、朱伟杰、汪超、朱华、关义胜、王峰、朱兴国。 本文件首次发布。 T/CNESA 10042021 III 引 言 锂离子电池由于其能量密度高和充放电性能优良等优点而得到了广泛的应用，但在一定条件下会 发生燃烧和爆炸， 因此其安全问题也备受关注。 为确立一种锂离子电池火灾危险性等级的通用试验方法， 实现测试仪器、测试方法和测量变量标准化，特制定了本文件，为今后开展锂离子电池火灾危险性分级 工作提供指导和依据。 本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到相关专利“一种锂离子电池火灾危险 性等级分级试验检测方法”（专利申请号202010466696.2）的使用。 本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。 该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下， 就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联 系方式获得 专利持有人姓名中国科学技术大学 地址安徽省合肥市包河区金寨路96号 请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利 的责任。 T/CNESA 10042021 1 锂离子电池火灾危险性通用试验方法 警示组织和参观本试验的所有人员需注意可能存在的危险。试验过程中可能出现锂离子电池 鼓胀、漏液、有毒气体释放、起火、爆燃、爆炸等危险，试验后电池处理过程中也可能存在一定危险。 因此，实验室需配备安全防护装备和相应的灭火设施，并做好应急处置预案。试验人员需进行必要的培 训，以确保按照规定的安全规程进行操作。 1 范围 本文件规定了锂离子电池火灾危险性通用试验方法的术语、原理、试验条件、仪器设备、样品、试 验步骤、试验数据处理和试验报告要求。 本文件适用于容量不超过500Ah的锂离子电池及电池模组，其他容量的锂离子电池可参考执行。 本文件可用于锂离子电池着火可能性评价以及锂离子电池及电池模组火灾破坏力评价。 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。 GB/T 16172 建筑材料热释放速率试验方法 GB/T 25207 火灾试验 表面制品的实体房间火试验方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 锂离子电池火灾 fire of lithium ion battery 在时间和空间上失去控制的锂离子电池燃烧。 3.2 锂离子电池火灾危险性 fire hazards of lithium ion battery 由锂离子电池火灾导致的可能危及人身、财产安全的危险事件或情形的严重性与发生可能性的综 合。 3.3 荷电状态 state of charge 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。 T/CNESA 10042021 2 3.4 热失控 thermal runaway 电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控上升的现象。 3.5 热失控临界环境温度 initial ambient temperature of thermal runaway 触发锂离子电池发生热失控的最低环境温度。 3.6 热释放速率 heat release rate 在规定的试验条件下，在单位时间内电池燃烧所释放的热量。 注本标准中根据耗氧法进行测量。 3.7 标准化热释放速率 normalized heat release rate 在规定的试验条件下，热释放速率除以电池的总表面积标准化处理后的值。 4 符号、代号和缩略语 下列符号适用于本文件。 C 1 1小时率额定容量，Ah HRR热释放速率，W I 1 1小时率放电电流，其数值等于C 1 ，A I 3 3小时率放电电流，其数值等于1/3C 1 ，A q peak 热释放速率峰值，W 标准化热释放速率峰值，W/m 2 SOC荷电状态， T 0 热失控临界环境温度，℃ 5 原理 本试验方法是在现有其他危险品火灾危险性分级及试验方法的基础上，从电池起火难易程度和火 灾强度两个角度，依据锂离子电池热箱试验和燃烧试验所得出的热失控临界环境温度和标准化热释放 速率峰值，来综合评价锂离子电池的火灾危险性。 锂离子电池火灾危险性试验方法基本流程见图1。 T/CNESA 10042021 3 开始 将锂离子电池充电至100 荷电状态 火灾危险性分级 结束 燃烧试验 依次设定热箱温度为T140、 160、180 ℃，等待电池达到该 温度台阶并保持30分钟 电池热失控、 起火爆炸或温升速 率1℃/s持续3s以 上且温度200 ℃ 记录热失控临界环境温度T 0 上一温度台阶T 否 计算电池标准化热释放 速率峰值， peak q 注热箱温度设置依据（T140℃、 160℃和 180℃）PE 隔膜熔点 135℃； PP隔膜熔点、电解液分解 165℃； 电极与电解液反应温度180℃。 图1 锂离子电池火灾危险性试验方法基本流程 6 试验条件 6.1 环境条件 除另有规定外，热箱试验应在温度为20℃5℃，燃烧试验应在温度为5℃35℃，相对湿度为50 30，大气压力为86 kPa106 kPa的环境中进行。 6.2 试验准备 电池充放电环境温度为20℃5℃。 电池先以制造商规定且不小于1 I 3 的电流放电至制造商技术条件 中规定的放电终止电压，搁置1h（或制造商提供的不高于1h的搁置时间），然后按制造商家提供的充电 方法进行充电，充电后搁置1h（或制造商提供的不高于1h的搁置时间）。 若制造商未提供充放电方法，则按以下方法进行充电 以制造商规定且不小于1 I 3 的电流恒流充电至制造商技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电， 至充电电流降为0.05 I 1 时停止充电。充电后搁置1h（或制造商提供的不高于1h的搁置时间）。 T/CNESA 10042021 4 7 仪器设备 测量设备、仪器及精度应满足下列要求 热箱内部容积宜不小于1m 3 ，控温精度2℃，温度应可读可调，最高可调节温度应不低于 250℃，应具有一定的抗爆强度，宜具有观察窗； 热电偶精度0.5℃，测温范围0℃～1000℃； 温度采集、变送、显示系统系统精度为0.5℃； 热释放速率测量系统电池容量＜5Ah，可采用锥形量热仪；电池容量在5Ah 500Ah之间，宜 采用大尺度热释放速率测量系统，测量系统可根据GB/T 25207、GB/T 16172标准设计建造。 8 样品 锂离子电池单体测试可采用金属壳或软包外包装的方形、圆柱形电池。 电池模组测试动力电池模组测试，宜采用实际模组样品；储能电池模组测试，宜采用实际有外壳 的模组。 9 试验步骤 9.1 热箱试验 热箱试验按下列步骤进行 a 单体电池应按 6.2 充电，电池模组应拆解为单体电池后按 6.2 充电进行试验； b 电池表面至少布置一个测温点，圆柱形电池测温点应布置在电池中部，方形电池测温点应布置 在长侧面中心； c 将电池固定于热箱中心； d 将热箱按 2℃/min 的速率由试验环境温度升至 140℃，待电池测温点温度达到 140℃后，保持 30min； e 观察电池是否发生热失控、起火、爆炸，或电池温升速率超过 1℃/s（持续 3s 以上）且电池 温度超过 200℃，若达到，记录该热箱温度为热失控临界环境温度 T0，试验结束；若未达到， 则执行步骤 f）； f 将热箱温度分别加热至 160℃和180℃， 等待电池测温点温度达到对应温度后， 保持30min 后， 执行步骤 e）； g 试验共进行 3 次，取3 次试验的最小值作为试验结果。 9.2 燃烧试验 燃烧试验按下列步骤进行 a 单体电池或电池模组按 6.2 方法充电； b 在热释放速率测量系统的燃烧室内按下列要求布置试验，并在受热电池安全阀上方 5cm15cm 处放置点火器 1 对于圆柱形电池，加热棒应紧贴电池表面并固定，至少在电池表面中部布置一个测温点； 2 对于方形电池（含软包电池），应采用夹板固定加热板和电池，电池和夹板之间放置厚度 不小于 5mm的不燃隔热材料，至少在电池非受热面中心布置一个测温点。 c 按表 1 方式进行加热，开启点火器； d 记录电池热释放速率曲线并视频记录电池燃烧现象，直至电池完全熄灭； T/CNESA 10042021 5 e 试验共进行 3 次，取 3 次试验的最大值作为试验结果。 表1 燃烧试验电池加热方式和加热功率 电池类型 加热方式 加热功率 方形电池 （含软包电 池） 加热板单面紧贴电池长侧面（表面积最大 面） ，接触面积不低于电池侧面的 80 宜采用与电池长侧面同样大小的加热板紧贴电池加热，加 热板功率为 500W 圆柱形电池 圆柱形加热棒紧贴电池侧面加热 宜采用与电池形状同样大小的加热棒，电池容量小于等于 50Ah时， 加热棒功率宜为 100500W； 电池容量大于 50Ah 时，加热棒功率宜为 6001200W a 方形电池 b 圆柱形电池 说明 加热装置； 电池； 夹板； 隔热材料。 图2 锂离子电池燃烧试验加热方式示意图 10 试验数据处理 10.1 热失控临界环境温度 热失控临界环境温度T 0 可由9.1热箱试验得到。 10.2 标准化热释放速率峰值 热释放速率峰值q peak 可由9.2燃烧试验得到，标准化热释放速率峰值 按式（1）计算。 （1） 式中 q peak 热释放速率峰值，单位为瓦（W）； T/CNESA 10042021 6 S电池总表面积，单位为平方米（m 2 ）； 标准化热释放速率峰值，单位为瓦每平方米（W/m 2 ）。 方形、圆柱形电池总表面积分别按式（2）、式（3）计算，不计入极耳面积。 a）方形电池 方形 ℎ ℎ . （2） 式中 S方形方形电池总表面积，单位为平方米（m 2 ）； l方形电池长度，单位为米（m）； w方形电池宽度，单位为米（m）； h方形电池高度，单位为米（m）。 b）圆柱形电池 圆柱 ℎ （3） 式中 S圆柱圆柱形电池总面积，单位为平方米（m 2 ）； h圆柱形电池高度，单位为米（m）； r圆柱形电池底面半径，单位为米（m）。 10.3 火灾危险性分级 锂离子电池火灾危险性分级宜根据电池热失控临界环境温度T 0 和标准化热释放速率峰值 综合 确定，可参见附录A进行分级。 11 试验报告 锂离子电池火灾危险性试验报告应包括下列内容 a 试验基本信息 1 试验日期和环境条件； 2 电池厂家名称和电池型号； 3 电池形状和尺寸大小，若是电池模组，应注明电池模组内单体电池的数目及连接方式； 4 电池电压和荷电状态。 b 热箱试验报告主要内容 1 随时间变化的电池温度； 2 热失控临界环境温度； 3 电池是否发生爆炸； 4 测试开始和结束后的照片； 5 试验视频。 c 燃烧试验报告主要内容 1 电池热失控的启动方式； 2 随时间变化的热释放速率数据； 3 随时间变化的电池温度； 4 标准化热释放速率峰值； 5 抛掷物或释放的气体的爆炸现象； T/CNESA 10042021 7 6 电池燃烧火焰位置、强度和持续时间； 7 电池是否发生爆炸； 8 测试开始和结束后的照片； 9 试验视频。 d 试验结论。 T/CNESA 10042021 8 附 录 A （资料性） 锂离子电池火灾危险性分级 锂离子电池火灾危险性分为I、II、III和IV级，分级方法见表A.1，分级矩阵图如图A.1所示。 表 A.1 锂离子电池火灾危险性分级方法 火灾危险性级别 分级量值 分级说明 I级 T 0 ≤140℃； 或 peak MW/m 2 极度（含爆炸）危险 II级 140℃160℃，0.5MW/m 2 ≤ peak MW/m 2 严重危险 III级 160℃180℃，0.2MW/m 2 ≤ peak MW/m 2 中度危险 IV级 T 0 180℃， peak 0.2 MW/m 2 轻度危险 图 A.1 锂离子电池火灾危险性等级划分矩阵图 IIII II II II I II II I II I I II II I II V T 0 o C q peak MW/m 2 140 160 ∞ 180 1.0 0.5 0.2 ∞T/CNESA 10042021 9 参考文献 [1] GB/T 5907.1 消防词汇 第1部分通用术语 [2] GB/T 50016 建筑设计防火规范 [3] GA/T 34402 汽车产品安全 风险评估与风险控制指南 [4] GA/T 536（所有部分） 易燃易爆危险品火灾危险性分级及试验方法 [5] IEC 60695-8-1 Fire hazard testing - Part 8-1 Heat release - General guidance [6] IEC 60695-8-2 Fire hazard testing - Part 8-2 Heat release - Summary and relevance of test methods [7] IEC 62660-2 Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 2 Reliability and abuse testing [8] SAE J2464 Electric and hybrid electric vehicle rechargeable energy storage system RESS safety and abuse testing [9] UL 2580 Batteries for use in electric vehicles [10] UL 9540A Test method for evaluating thermal runaway fire propagation in battery energy storage systems ________________________________