锂电池热管理核心参数测试方法与实践
锂电池热管理核心参数测试方法与实践
引言
电池热管理系统（BTMS）的设计高度依赖热仿真分析，而热仿真的精度取决于输入参数的准确性。比热容、导热系数、充放电产热功率和换热系数是BTMS设计中最关键的四大热物性参数。本文基于热安全团队（thermsafe.cn）的测试实践经验，系统地梳理这四类参数的测试方法与典型数据。
一、比热容测试：差示绝热追踪法
比热容的测试采用差示绝热追踪原理：使用已知比热容的6061铝合金标准块作为参考，在相同绝热条件下分别对铝块和电池施加恒定加热功率，通过热平衡方程计算电池比热容。该方法可有效消除系统散热误差。
实测数据显示：方形电池比热容范围约为940-1048 J/(kg·K)，且随温度升高逐渐增大。某392Ah LFP电池在25-70℃区间的平均比热容为1047.95 J/(kg·K)，314Ah电池20-50℃平均值为1006.46 J/(kg·K)。
[图：差示绝热追踪法比热容测试原理示意图]
二、导热系数测试：从软包到硬壳的方法突破
电池导热系数呈现显著的各向异性——面向导热系数(15-30W/(m·K))远高于纵向(0.6-2.3W/(m·K))，这是由卷芯层叠结构决定的。对于软包电池，TCA 3DP三维热物性分析仪基于红外热像仪非接触测温与三维数据反演技术，实现了面向和纵向导热系数的同步获取。与传统Hot Disk法相比，TCA 3DP法的纵向测试结果相对标准差仅4.0%-12.9%，远优于Hot Disk法的61.5%-122.7%。
| 方法 | 纵向Kz相对标准差 | 适用电池 |
|---|---|---|
| TCA 3DP | 4.0%-12.9% | 软包电池 |
| Hot Disk | 61.5%-122.7% | 软包（有局限） |
| TCA 2SC 两状态法 | — | 硬壳电池（唯一有效方法） |
对于硬壳电池，TCA 2SC两状态法基于储热释放动态反演技术，是目前测试硬壳电池导热系数的唯一有效方法。该方法可同时输出芯体面向/纵向导热系数、芯体与壳体换热系数、电池与液冷板换热系数等多维参数。
[图：TCA 2SC两状态法测试流程与红外温度分布图]
三、充放电产热测试：等温vs绝热
充放电产热测试存在两种主流方法。功率补偿等温量热法（BIC-400A）在恒温条件下通过功率补偿直接测量产热功率，量热灵敏度达10mW，控温精度±0.005℃，5组标定相对误差均小于1%。绝热追踪量热法（BAC系列）则在绝热环境中记录温升曲线，通过Q=ΔT×Cp计算总产热量。
两种方法的对比研究表明：当电池最高温度未明显超过正常使用温度时，绝热法测定的产热量小于等温法。例如18650电池1C充电产热量，等温值1323J vs 绝热值1033J。而在低倍率充电等具有明显吸热特征的工况下，绝热法结果可能大于等温法。因此在实际应用中，需根据工况特点选择合适的方法。
[图：等温量热vs绝热量热产热功率曲线对比示意图]
四、换热系数测试
换热系数是BTMS设计中连接电池与冷却系统的关键桥梁参数。两状态法通过模组在恒温箱中热平衡后切换冷却条件，记录各测点温度变化过程，反演得到电芯与导热板换热系数、导热板与冷板换热系数等多级换热参数。实测数据表明，电池与液冷板之间的换热系数可达约30433 W/(m²·K)。
五、结论
精准的热物性参数是电池热管理系统设计的基石。热安全团队（thermsafe.cn）建议在BTMS开发流程中，优先采用标准化测试方法获取电池的比热容、导热系数、产热特性和换热系数，避免使用经验估算值导致仿真偏差。随着电池向大容量、高能量密度方向发展，热物性参数的准确表征将变得更加重要。
参考文献
- 对比等温量热及绝热量热用于锂电池充放电产热测量. 杭州之量科技有限公司
- 熊杰等. 储能锂电池充放电特性和热管理研究. 储能科学与技术. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0788
- 热安全团队内部测试数据