2025-04-26
在新能源汽车、储能系统等领域，方形锂电池因其高能量密度和结构稳定性占据主导地位，装机量占比超过80%。然而，其复杂的核壳结构导致导热系数测试一直是行业难题。传统方法在不拆解外壳的情况下难以准确测量，使得热管理设计长期依赖经验值。合肥格朗检测引入的“储热-释放”两状态法，通过创新的非均质模型反演技术，为方形锂电池导热系数测试提供了高效精准的解决方案。
方形锂电池的核壳结构（内部卷芯+外部铝壳）带来两大测试难点：一是卷芯与铝壳的导热系数差异悬殊，传统软包电池测试方法（如稳态法、3D热物性分析仪）因壳体热屏蔽效应失效；二是卷芯与壳体间的接触热阻难以量化，而这正是影响电池热传导的关键因素。由于缺乏有效测试手段，热仿真模型的输入参数长期依赖估算，导致热管理系统设计存在安全隐患。
该方法基于红外热像仪非接触测温与非均质传热模型反演技术，通过模拟电池实际工作中的热传递过程，实现四大核心参数的同步测量：卷芯面向导热系数（kin）、纵向导热系数（kcr）、芯体与壳体大面换热系数（hxy）、芯体与壳体冷却面换热系数（hyz）。
将方形电池简化为“金属外壳+内部芯体”的双组分模型（如图1），其中芯体具有正交各向异性热特性，壳体为均质材料且热物性已知。通过该模型，将复杂的三维热传导问题转化为可量化的参数反演问题，有效平衡计算精度与效率。
储热阶段：将电池置于恒温环境（温度T0）中，待芯体与壳体达到热平衡，确保初始温度场均匀稳定。
放热阶段：启动冷板冷却水，使壳体冷却面温度骤降至T1（T1<T0），同时通过红外热像仪实时记录电池外壳最大面的温度场动态变化（如图2）。热像仪以0.1℃的测温精度，捕捉毫米级的温度梯度差异，为参数反演提供关键数据。
实验前需对电池进行预处理，确保表面无污渍干扰红外测温；储热阶段需维持恒温环境2小时以上，直至温度波动小于0.05℃；放热阶段同步采集温度数据，采样频率不低于10Hz。通过自主开发的反演算法，将温度场数据输入非均质模型，迭代计算得到四大热参数，单次实验周期约4小时。
非接触式测量：无需拆解电池外壳，避免破坏样品结构，适用于各类封装形式的方形锂电池。
多参数同步反演：一次实验可获取导热系数与接触热阻共4个关键参数，解决传统方法单一参数测试的局限。
高精度反演算法：基于有限元仿真与智能优化算法，温度预测均方根误差（RMSE）小于0.2℃，参数灵敏度通过误差曲线可视化评估，确保结果可靠性。
以国内某280Ah方形磷酸铁锂电池为例，通过储热-释放法测得：- 卷芯面向导热系数（kin）：17.4 W/(m·K)- 纵向导热系数（kcr）：0.61 W/(m·K)- 芯体与壳体大面换热系数（hxy）：1269 W/(m²·K)- 冷却面换热系数（hyz）：584 W/(m²·K)
误差曲线显示各参数灵敏度良好，无显著相互干扰（如图3）。基于该数据，客户优化了电池包液冷板布局，使电池组温差从12℃降至5℃，热失控风险降低30%。
储热-释放两状态法的应用，为方形锂电池热管理设计提供了从“经验估算”到“精准量化”的技术突破。格朗检测通过该方法，已为新能源汽车厂商、储能集成商提供数百次测试服务，助力优化电池包热阻网络设计、冷却系统选型及BMS温度控制策略。
未来，随着电池能量密度持续提升，热管理精度要求不断提高，储热-释放法将在固态电池、混合电池等新型体系的导热系数测试中发挥更大作用。合肥格朗检测将持续深耕锂电池热物性测试技术，为行业提供更可靠的安全保障与性能优化方案。
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储热-释放法：破解方形锂电池导热系数测试难题
2025-04-26
储热-释放法：破解方形锂电池导热系数测试难题
在新能源汽车、储能系统等领域，方形锂电池因其高能量密度和结构稳定性占据主导地位，装机量占比超过80%。然而，其复杂的核壳结构导致导热系数测试一直是行业难题。传统方法在不拆解外壳的情况下难以准确测量，使得热管理设计长期依赖经验值。合肥格朗检测引入的“储热-释放”两状态法，通过创新的非均质模型反演技术，为方形锂电池导热系数测试提供了高效精准的解决方案。
一、方形锂电池导热系数测试的行业挑战
方形锂电池的核壳结构（内部卷芯+外部铝壳）带来两大测试难点：一是卷芯与铝壳的导热系数差异悬殊，传统软包电池测试方法（如稳态法、3D热物性分析仪）因壳体热屏蔽效应失效；二是卷芯与壳体间的接触热阻难以量化，而这正是影响电池热传导的关键因素。由于缺乏有效测试手段，热仿真模型的输入参数长期依赖估算，导致热管理系统设计存在安全隐患。
二、储热-释放两状态法核心原理
该方法基于红外热像仪非接触测温与非均质传热模型反演技术，通过模拟电池实际工作中的热传递过程，实现四大核心参数的同步测量：卷芯面向导热系数（kin）、纵向导热系数（kcr）、芯体与壳体大面换热系数（hxy）、芯体与壳体冷却面换热系数（hyz）。
1. 非均质等效模型构建
将方形电池简化为“金属外壳+内部芯体”的双组分模型（如图1），其中芯体具有正交各向异性热特性，壳体为均质材料且热物性已知。通过该模型，将复杂的三维热传导问题转化为可量化的参数反演问题，有效平衡计算精度与效率。
2. 双阶段实验设计
储热阶段：将电池置于恒温环境（温度T0）中，待芯体与壳体达到热平衡，确保初始温度场均匀稳定。
放热阶段：启动冷板冷却水，使壳体冷却面温度骤降至T1（T1<T0），同时通过红外热像仪实时记录电池外壳最大面的温度场动态变化（如图2）。热像仪以0.1℃的测温精度，捕捉毫米级的温度梯度差异，为参数反演提供关键数据。
三、测试流程与技术优势
1. 全流程操作要点
实验前需对电池进行预处理，确保表面无污渍干扰红外测温；储热阶段需维持恒温环境2小时以上，直至温度波动小于0.05℃；放热阶段同步采集温度数据，采样频率不低于10Hz。通过自主开发的反演算法，将温度场数据输入非均质模型，迭代计算得到四大热参数，单次实验周期约4小时。
2. 三大核心优势
非接触式测量：无需拆解电池外壳，避免破坏样品结构，适用于各类封装形式的方形锂电池。
多参数同步反演：一次实验可获取导热系数与接触热阻共4个关键参数，解决传统方法单一参数测试的局限。
高精度反演算法：基于有限元仿真与智能优化算法，温度预测均方根误差（RMSE）小于0.2℃，参数灵敏度通过误差曲线可视化评估，确保结果可靠性。
四、实测案例：从数据到应用的价值转化
以国内某280Ah方形磷酸铁锂电池为例，通过储热-释放法测得：
- 卷芯面向导热系数（kin）：17.4 W/(m·K)
- 纵向导热系数（kcr）：0.61 W/(m·K)
- 芯体与壳体大面换热系数（hxy）：1269 W/(m²·K)
- 冷却面换热系数（hyz）：584 W/(m²·K)
误差曲线显示各参数灵敏度良好，无显著相互干扰（如图3）。基于该数据，客户优化了电池包液冷板布局，使电池组温差从12℃降至5℃，热失控风险降低30%。
五、推动锂电池热管理技术升级
储热-释放两状态法的应用，为方形锂电池热管理设计提供了从“经验估算”到“精准量化”的技术突破。格朗检测通过该方法，已为新能源汽车厂商、储能集成商提供数百次测试服务，助力优化电池包热阻网络设计、冷却系统选型及BMS温度控制策略。
未来，随着电池能量密度持续提升，热管理精度要求不断提高，储热-释放法将在固态电池、混合电池等新型体系的导热系数测试中发挥更大作用。合肥格朗检测将持续深耕锂电池热物性测试技术，为行业提供更可靠的安全保障与性能优化方案。
了解更多锂电池导热系数测试技术