全球首創——“儲熱-釋放”兩狀態法用于方形鋰電池導熱系數測定

       本文簡要介紹了仰儀科技與泰默檢測聯合開發的一種全新的“儲熱-釋放”兩狀態法在方形電池熱參數測試中的應用。本方法有望填補該測試領域的行業空白，促進新能源汽車、儲能、消費電子、航空航天等行業鋰電池熱管理與安全設計技術的發展。 

1、背景介紹

為您提供精確、高效、安全的鋰電池熱測試體驗

鋰電池熱管理系統是提升電池穩定性、安全性和有效使用生命周期的重要保障。熱管理設計與優化離不開熱仿真分析技術，而熱仿真的可靠性不僅依賴于合理的模型，更需要準確的熱物性參數(導熱系數、比熱容、換熱系數等)作為輸入，導熱系數是其中最重要的參數之一。

由于缺乏有效測試方法與儀器，電池單體導熱系數測試尚未形成通用標準。其中，軟包電池測試存在一些可行的方法，如3D熱物性分析儀、穩態法等[1]；而對于結構更復雜的方形電池，在不拆解外殼的前提下仍然沒有有效測試手段，業內大多使用經驗值或原理模型進行估計。由于在新能源車、儲能等領域，方形電池的裝機量遠超軟包和圓柱電池，占比超過80%，因此開發方形電池導熱系數測試技術對于行業發展具有更重要的意義。

圖1 方形電池模組（簡化）溫度變化過程CFD仿真

2、測試原理

方形電池為具有典型核殼結構的非均質樣品。一方面，內部卷芯與外部鋁殼之間的導熱系數差異巨大。殼體的熱屏蔽效應將導致上文提及的幾種軟包測試方法失效；另一方面，卷芯與殼體之間的接觸熱阻也是影響單體傳熱的關鍵參數，需同時進行測試評估。

為解決不拆解狀態方形電池熱參數測量的問題，杭州泰默檢測技術有限公司開發了基于紅外熱像儀非接觸式測溫與非均質傳熱模型反演的“儲熱-釋放”兩狀態測試方法，可通過一次實驗同時得到卷芯縱向與面向導熱系數，以及卷芯與殼體間的接觸熱阻。以下對測試方法做簡要介紹：

1）計算模型

為了在不改變電池傳熱規律的前提下簡化計算，如圖2所示，可將方形電池簡化為金屬外殼和內部芯片兩部分組成的非均質等效模型。其中芯體熱特性為正交各向異性；殼體為均質，且已知其熱物性參數。

該非均質模型的四個關鍵參數為：

芯體導熱系數：面向導熱系數kin、縱向導熱系數kcr；

接觸面換熱系數：芯體和殼體（大面）換熱系數hxy、芯體與殼體（冷卻面）換熱系數hyz；