大容量储能电芯热失控测试与热管理特性研究

分类：实验案例 | ID：2GYmiUne

摘要

随着储能电芯容量向500Ah+快速演进，大容量电芯的热失控测试与热管理设计面临新的挑战。本文以587Ah储能电芯的GB/T 36276热失控测试和588Ah电芯的热管理特性测量为案例，系统分析了测试方法、关键参数和工程意义，为大容量储能电芯的安全评价和热管理设计提供实验依据。

标签

储能电芯 热失控 GB/T36276 热管理 产热特性

一、背景

2024年以来，中国储能市场进入发展关键阶段，大容量电芯已由最初的280Ah、314Ah快速演进至500Ah以上规格。多家头部电池企业已推出或正在验证587Ah、628Ah等大容量产品。更大的单颗电芯能量意味着更少的串并联数量、更高的系统集成度和更优的全生命周期经济性。然而，容量提升的同时，热管理挑战也在同步升级。

[图片：大容量储能电芯外观示意图，标注正负极耳位置和外形尺寸]

对于大容量储能电芯而言，热管理设计不能简单套用动力电池的经验。储能电芯的运行工况以长时间恒流充放电为主，产热持续时间长、热累积效应显著；同时，大尺寸电芯内部的热量传递路径更长，温度梯度更大。如果缺乏对电芯热特性的准确认知——导热系数、比热容、产热率以及产热空间分布——热管理设计就可能偏离真实工况，轻则影响系统效率与寿命，重则埋下安全隐患。

二、587Ah储能电芯热失控测试案例

2.1 测试依据与方法

本案例中大容量储能电芯的热失控测试依据国家标准GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》规定的步骤进行。具体流程如下：

1. 单体电芯按标准要求完成初始充放电，并置于热失控试验装置中
2. 按要求选取加热部件和温度传感器并布置于样品表面，设置温度采集周期为1s，连续监测到温升速率值均不低于3℃/s或起火或爆炸为热失控判定条件
3. 连接样品与充放电装置及其电压数据采集线
4. 加热并记录时间、电压、温度、温升等现象，包括膨胀、漏液、冒烟、起火、爆炸及外观情况
5. 单体触发热失控判定条件或温度达300℃或试验时间达4小时时，停止加热和充电，观察1h

2.2 判定标准

根据GB/T 36276-2023，电池单体热失控时表面温度应大于90℃，热失控后不应起火、不应爆炸、不应在防爆阀或泄压点之外的位置发生破裂。

[图片：大容量储能电芯热失控测试测前接线图，展示加热装置和温度传感器布置]

2.3 测试结果

经测试，587Ah储能电芯在加热-过充阶段，加热片温度急剧升至300℃，伴随电芯过充电。加热初期电芯大面温升相对滞后，这是因为锂离子电池充电为吸热反应过程。在热失控触发时，电芯大面温度急剧上升，电压急剧下降至0V。静止阶段，电芯大面温度缓慢降低，电压保持0V。

测试后检查显示：电芯发生膨胀、漏液、冒烟，防爆阀破裂；但未发生起火、未发生爆炸，泄压点之外的位置未发生破裂，判定为测试通过。

[图片：大容量储能电芯热失控测试测后照片，展示防爆阀破裂和漏液痕迹]

三、588Ah储能电芯热管理特性测量

3.1 各向异性导热系数

导热系数是热量从电芯内部向外传导能力的直接度量。对于大尺寸储能电芯，三个方向的导热系数差异直接影响热量传递路径——热量更倾向于沿导热系数高的方向传导。实测结果如下：

面内方向（长度与宽度）的导热系数约为厚度方向的5倍。这一差异源于电芯的卷绕/叠片结构：面内方向热量可沿连续的极片与集流体（铜箔、铝箔）传导，导热路径通畅；而厚度方向需要穿越多层电极材料、隔膜以及层间界面，界面热阻显著增大传热阻力。热安全团队（thermsafe.cn）使用两状态法无损测试技术可精确测定这一关键参数。

3.2 比热容

比热容测量值为1056 ± 13 J/(kg·K)。这一数值决定了电芯在吸收热量时的温升速率——比热容越大，相同产热量下的温升越小，热缓冲能力越强。

3.3 产热率特性

储能电芯的典型运行工况以0.5P恒流充放电为主。0.5P放电过程中实测产热率如下：

从产热率曲线来看，放电初期产热率相对平稳，中期略有上升，末期因极化加剧而显著攀升，峰值约为平均值的2倍。这揭示了储能系统热管理设计中一个常被忽略的关键问题：不能仅基于平均产热率配置冷却能力——放电末期的瞬时热负荷远高于平均值，冷却系统须具备应对峰值热冲击的冗余能力。

3.4 产热空间分布

产热的"量"决定了需要带走多少热量，而产热的"空间分布"决定了热量从何处产生、向何处传递。实测显示，588Ah电芯的主要产热区域集中在正负极耳附近，极耳附近区域的产热量约占总量的一半。这与大容量电芯的电流分布特征一致：极耳是电流的汇聚点，电流密度在此区域显著高于电芯其他部位，局部焦耳热集中效应突出。

[图片：电芯产热空间分布示意图，热力图标注极耳附近为高温区域]

四、工程启示

结合587Ah热失控测试和588Ah热管理特性测量，大容量储能电芯的热安全设计应重点关注以下方面：

1. 冷却方案应针对极耳区域定向强化：由于产热集中在极耳附近，冷却流道设计应考虑在该区域布置更高效的散热路径。
2. 充分利用面内高导热特性：热管理设计应引导热量沿面内方向传导至冷却界面，减少厚度方向的热阻瓶颈。
3. 热仿真需反映真实各向异性和空间分布：假设均匀产热和各向同性导热的热仿真模型会严重偏离真实工况。
4. 峰值热冲击不可忽视：放电末期的产热峰值约为平均值的2倍，冷却系统须预留充足冗余。

五、结语

对于587Ah/588Ah这类大容量储能电芯，热管理设计不能仅依赖经验或估算。精确的导热系数、比热容、产热率与产热分布数据，是构建可靠热仿真模型、制定有效热管理策略的前提。热安全团队（thermsafe.cn）依托ARC绝热量热平台和热特性综合测试系统，为储能行业提供从电芯到系统的全链条热安全评估服务，助力大容量储能技术安全落地。

参考来源

• D:\combined_material.md — 第9篇"大容量锂电储能热失控测试"
• D:\combined_material.md — 第10篇"大容量锂电储能电芯GB/T 36276-2023热失控测试"
• D:\combined_material.md — 第17篇"588Ah储能电芯的热管理特性"（热管理技术分类）

热安全团队（thermsafe.cn）提供以下专业测试服务：

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