绝热量热仪

内外腔均压绝热跟踪 · 低热惰性 · 大容量样品池

绝热量热仪(Adiabatic Calorimeter,俗称绝热加速量热仪/ARC)是在样品与环境近乎零热交换的条件下,测定放热反应自放热速率、绝热温升与压力演化的热安全量热仪器。eChemStore自研绝热量热仪采用内外腔均压技术路线(与国际主流VSP2同类原理),温度范围室温~500℃,检测灵敏度0.005~0.02℃/min,可测定锂电池热失控特征温度T1/T2/T3,并为DIERS应急泄放设计提供可直接放大的数据。

产品概述

热失控是锂电池火灾爆炸与化工反应器超压事故的根本原因。绝热量热仪通过消除样品与环境之间的热交换,让实验室小样品复现出与工业规模装置一致的失控过程,回答两个关键问题:体系在什么温度下开始自我放热?失控后温度和压力会涨多快、涨多高?

eChemStore绝热量热仪采用内外腔均压绝热跟踪技术:外腔加热层与样品池温度同步升降,内外腔压力同步平衡,使薄壁大容量样品池(百毫升级)在低热惰性(Phi因子1.05~1.15)下安全运行。测试获得的Onset温度、绝热温升ΔTad、自放热速率、压升速率、TMRad(绝热条件下最大反应速率到达时间)与SADT(自加速分解温度)等参数,是电池热失控研究、化工工艺安全分析(HAZOP/LOPA支撑数据)和应急泄放系统设计的直接输入。

作为国产化自研设备,我们在保持国际同类设备(如VSP2)测试能力的同时,提供更具性价比的采购成本、更快的定制响应与更完善的本地化技术支持。

工作原理

加热-等待-搜寻(HWS)模式:设备按设定步幅循环执行"加热→等待热平衡→搜寻放热信号"。当检测到温升速率超过灵敏度阈值(如0.02℃/min)时,判定自放热启动;控制系统随即驱动外腔与样品同步升温,使内外温差趋近于零,完整追踪从放热起始到失控峰值的全过程。

内外腔均压控制:样品池与外腔之间通过均压联动,压力同步跟随,配合薄壁大容积样品池设计,将体系热惰性因子(Phi)降至约1.05~1.15——意味着测试结果无需大幅修正即可外推至工业规模,这是绝热量热数据区别于普通量热的核心价值。

eChemStore绝热量热仪整机系统 - 内外腔均压绝热跟踪 绝热量热仪不锈钢测试腔体细节

锂电池热失控特征温度:T1 / T2 / T3

对锂电池样品,绝热量热仪按HWS模式追踪可获得业界通用的三个特征温度:

  • T1(自产热起始温度):电池开始自发性放热的温度,此时产热微弱但不可逆,是安全性设计的首要判据
  • T2(热失控触发温度):温度骤升、电压骤降的拐点,链式放热反应自此不可遏制
  • T3(热失控峰值温度):失控过程最高温度,决定热蔓延与热扩散的剧烈程度

三个参数是GB 38031-2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(2026年7月1日实施,要求热失控后不起火、不爆炸)热扩散评估,以及GB/T 36276《电力储能用锂离子电池》热失控测试的核心基础数据,也是电芯材料体系改进与热管理设计的效果量化依据。

核心技术优势

内外腔均压技术

内外腔温度压力同步平衡追踪,温差趋近于零,真实复现绝热失控环境

低热惰性设计

Phi因子低至1.05~1.15,测试结果可直接放大至工业规模,支撑泄放设计

大容量样品池

最高百毫升级多种规格,316L不锈钢/哈氏合金材质,兼容固液气与电芯样品

全程安全防护

超温超压双重联锁、爆破片与紧急泄放设计,危险样品测试全程无忧

技术路线对比:内外腔均压 vs 内外腔差压

绝热量热仪按内外腔同步控制方式可分为均压式与差压式两类。国际上应用最广的VSP2采用内外腔均压路线,国内代表机型如杭州仰仪科技TAC-500则采用内外腔差压路线。本设备采用内外腔均压路线并完成国产化。

对比维度 内外腔均压式(VSP2 / 本设备) 内外腔差压式(如TAC-500)
同步控制原理 内外腔直接均压联动,腔体温度/压力同步跟随样品 通过高灵敏度差压传感器反馈,控制内外腔压差趋近于零
热惰性(Phi因子) 低,典型1.05~1.15,修正量小 与样品池规格及装样量相关
样品池规格 薄壁大容积(可达百毫升级),利于两相流泄放研究 结构相对紧凑,常规容积
典型应用侧重 热失控全程追踪、DIERS应急泄放系统设计与放大 电池热失控与化学品热稳定性常规筛查
数据外推能力 低Phi数据可直接外推工业规模情形 一般需结合Phi因子修正使用

注:以上为两类技术路线的一般性特点对比,实际性能与具体机型配置、装样条件相关。

产品规格参数

以下为本设备典型配置参数,可根据研究或产线需求定制温度、压力与样品池规格。

产品参数 典型配置(可定制)
绝热控制方式 内外腔均压绝热跟踪
温度范围 室温 ~ 500℃(可按需扩展)
温度分辨力 0.001℃
温度检测灵敏度 0.005 ~ 0.02℃/min
温度跟踪速率 0.005 ~ 40℃/min
压力范围 0 ~ 10 MPa(可选20 MPa量程)
样品池容积 最高可达百毫升级,多种规格可选
样品池材质 316L不锈钢(标配),哈氏合金/钛合金(选配)
热惰性因子(Phi) 约1.05 ~ 1.15(视样品池与装样量而定)
测试模式 加热-等待-搜寻(HWS)、等温老化、斜率升温、绝热跟踪
气氛环境 空气/N₂/Ar/O₂,支持抽真空与初始加压
数据采集 温度、压力、温升速率、压升速率实时采集与曲线显示
数据分析 Onset/T1-T2-T3判定、Phi因子修正、TMRad、SADT估算、动力学参数拟合
安全配置 超温超压双重联锁、爆破片、紧急排空管路、异常自动停机
整机形式 分体式柜装结构:气路控制柜 + 绝热腔体 + 测控机柜

应用标准与法规

本设备测试数据可支撑以下标准与规范中的热安全评价工作:

电池安全标准

  • GB 38031-2025:电动汽车用动力蓄电池安全要求(热扩散测试的基础数据由绝热量热提供)
  • GB/T 36276:电力储能用锂离子电池(加热/过流触发热失控测试)
  • UN 38.3:锂电池运输安全试验的热失控行为研究支撑

化学品热稳定标准

  • GB/T 21613:危险品 自加速分解温度(SADT)试验方法
  • 联合国《试验和标准手册》:自反应物质/有机过氧化物H.1~H.4类试验
  • 化工工艺安全:为HAZOP/LOPA分析提供反应热与失控速率数据

泄放系统设计

  • DIERS方法学:两相流应急泄放系统设计(泄放面积计算输入)
  • API 520/521:炼化装置泄压阀与泄放系统设计的数据支撑
  • 反应器放大:从实验室绝热数据到工业装置安全操作边界的推导

标准配置详情

硬件标准

  • 绝热主体:内外腔均压绝热腔体与加热系统
  • 测控系统:高精度温度/压力传感器与采集控制器
  • 气路系统:吹扫、真空与加压气路,配减压与安全阀
  • 安全系统:超温超压联锁、爆破片与紧急泄放管路

软件功能

  • 自动实验:HWS等测试程序自动执行与判据设定
  • 实时监控:温度、压力、速率曲线实时显示与记录
  • 数据分析:Phi修正、TMRad/SADT计算与报告输出
  • 数据导出:实验数据一键导出,便于二次分析

质保服务

  • 质保期:整机质保与终身有偿维保
  • 技术支持:专业工程师团队远程与现场支持
  • 培训服务:安装调试、操作培训与测试方法指导
  • 定制开发:温度、压力、腔体规格按需求定制