基于锂化学原理，系统设计者与电池之间存在着分歧关系。一方面，它们需要这些细胞提供的高能量密度(重量和体积)。另一方面，他们也知道这些电池需要非常谨慎的管理，以及由于内部缺陷导致的热失控(TR)、火灾甚至爆炸的潜在风险。
为了更好地理解锂离子电池的动态特性，美国宇航局的一个多组织团队开发了一种量热计，它远远超出了测量化学反应或物理变化的热流的基本功能。NASA的量热计能够测量特定类型的锂离子电池被故意推入失控状态时产生的总热量，并在分析热细节和有形碎片(称为“喷出物”)的同时包含由此产生的物理损伤。
通过理解锂离子电池在这种模式下的行为，设计者可以大大提高与电池性能相关的建模和统计置信度。此外，它们还可以加强电池和电池组的外壳，以遏制或减少热失控过程中的损坏。
对量热计的需求最初是由NASA对带电的锂离子电池问题的兴趣引起的波音787梦幻客机(2013)，停飞了几个月的飞机系列(与当前的737 MAX飞行控制问题完全无关，该问题已使所有737 MAX飞机停飞一年)。梦幻客机的问题通过设计和安装一种特殊的电池密封盒和排烟系统等策略得以解决在这里)．当然，美国宇航局对锂离子电池的使用远远超出了梦幻客机的问题，因为许多航天器都使用了锂离子电池。
设置指南
首先，NASA团队建立了用来定义成功的标准，并假设热失控(TR)最终会发生。设计应该确保TR事件不是灾难性的，并证明不会发生向周围非TR单元的传播。
接下来，他们确定了多个目标:
- 热管理系统应该减轻TR的影响，并防止细胞间的传播，假设没有两个失控事件是相同的，并且有一系列可能的结果——即使是来自相同制造商和充电状态的电池。
- 起始温度、加速温度、触发温度、触发细胞峰值温度、邻细胞峰值温度均为变量。
- 他们应该考虑电池失效的类型(如侧壁与顶部)，系统压力增加，气体释放和喷出。
因此，一个成功的设计优化需要知道三件事:单个锂离子电池TR期间的总能量输出范围;通过电池壳传递TR能量的比例;以及通过细胞出口/爆发路径发射TR能量的比例。
最后，NASA团队确定理想的量热计需要具备三个主要特征:
- 热失控快速触发，代表现场故障(如在室温下发生的故障)。
- 以最小的周转时间对多个单元进行快速测试，以便收集具有统计意义的数据集(每天许多测试)。
- 一种分别计算由排出的废水和从电池壳中传导和/或对流和辐射的热量贡献的方法。
一项综述显示，每一种领先的可用量热法方法——包括加速量热法(ARC)、弹状量热法和铜块量热法——都有一个或多个缺点，以至于它们不能提供所需的评估。
FTRC方法
因此，设计了一种新的分级TR量热法(FTRC)，用于流行的、广泛使用的18650大小的锂离子电池(直径18毫米，长65毫米，略大于标准AA电池)。(图1)．量热计至少有两个室:一个用于被测电池，一个(或多个)用于接收热失控产生的排放物。两个房间都是结构坚固和隔热。
当测试单元故意进入热失控状态时，碎片爆炸进入喷射室并减速收集。热传感器战略性地放置在整个舱室中，以在测试期间收集热数据。定制软件分析热数据和确定关键的量热计参数具有很高的准确性。
量热计室本身是一个复杂的组件(图2)．
每个内部facet旨在解决TR考虑的特定方面(图3)．
他们使用了一种内部短路(ISC)装置，该装置利用低熔点的蜡按需在铝正电流集电极和石墨负电极表面之间产生内部短路。这种触发方式被认为优于更明显的方法，如使用指甲穿刺或表面加热。
在第一种情况下，钉子作为一个散热器，将短路扩展到一大片区域，并创建一个额外的路径来减压。第二，表面加热很难精确控制热失控发生的位置，需要额外的空间和布线，影响套管的结构完整性，需要几分钟的加热才能达到热失控的临界温度，为电极组件提供更多的时间来干燥。
在他们的测试中，他们将ISC装置植入三种18650电池设计中:一种是标准电池，一种是底部通气孔，另一种是较厚的外壳。在他们对228个细胞的广泛研究中，发现热失控的起始位置极大地影响细胞破裂和在特定位置引起侧壁破裂的趋势。除了显而易见的测试仪器外，他们还使用了2000帧/秒的高速同步x射线成像;基于图像的三维热逃逸计算模型可以解耦从喷射和非喷射内容物的热量。
NASA的测试设置(图4)启用的数据收集和分析产生了跨多个维度的洞察力。这些特性包括总能量释放;理解电化学储能与总释放能之间的非线性关系，即电池物理变量的函数;并且热能释放馏分(材料，方向，等等)被确定为每一个电池配置测试。
他们的测试结果包含了太多的参数，以至于不能简单地归纳总结出来，并对细胞中被喷射和未喷射的内容物所产生的热量提供了特别的见解。然而，该项目的细节包括理论基础、现有方法的局限性、量热计的设计、测试方法和结果可通过发表的论文获得，如:
- 电源杂志”,为测试锂离子电池的安全性，建模和实验来识别高风险的失效场景”
- 电源杂志”,用统计方法解耦18650格式锂离子电池的弹射和非弹射内容物产生的热量”
- 美国国家航空航天局(NASA)”用分数热失控量热法提高电池安全性(出色的ppt演示);然后按“查看文件”按钮
