浸没冷却大比拼：六种冷工质对电池热失控抑制效果的实测数据
浸没冷却大比拼：六种冷工质对电池热失控抑制效果的实测数据
浸没式液冷被认为是散热效果最优的电池热管理方案，但冷却工质的选择直接决定了系统的安全性能和热管理效果。清华大学深圳国际研究生院范文强、史梓男等研究团队（DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0750）对六种典型冷却工质进行了系统的对比实验，热安全团队（thermsafe.cn）基于该研究为行业提供冷却工质选型的实验数据支持。
[图：六种工质物性参数表]一、实验设计与测试方案
研究团队选取了86Ah磷酸铁锂电芯作为测试对象，在浸没条件下分别使用六种冷却工质进行热失控触发实验：
| 编号 | 冷却工质 | 类型 | 关键特性 |
|---|---|---|---|
| 1 | 导热油 | 矿物油类 | 高温稳定性好，常用于工业加热系统 |
| 2 | 变压器油 | 矿物油类 | 电绝缘性优异，电力行业广泛使用 |
| 3 | 植物油 | 天然酯类 | 可再生、生物降解、高闪点 |
| 4 | 硅油 | 合成油类 | 宽温域、化学惰性 |
| 5 | 乙二醇 | 醇类 | 高比热容、低成本 |
| 6 | 电子氟化液 | 氟碳类 | 不可燃、高绝缘、低表面张力 |
实验通过外部加热方式触发电芯热失控，同步记录温度-时间曲线和产气特征，评估每种冷却工质对热失控进程的延缓能力和对峰值温度的降低效果。
[图：热失控温度-时间对比曲线]二、核心发现：植物油与乙二醇拔得头筹
实验结果令人深思：综合表现最优的并非昂贵的电子氟化液，而是植物油和乙二醇——两种在成本上具有显著优势的工质。
分析认为，植物油和乙二醇的优异表现源于以下物理特性：
- 高比热容：乙二醇具有较高的比热容（约2.4 kJ/(kg·K)），意味着单位质量的工质能吸收更多热量而不显著升温
- 良好的热传导性能：植物油具有适中的导热系数，能够快速将电池表面热量传导至工质主体
- 相变缓冲效应：在极端高温条件下，部分工质组分可能发生微相变，吸收大量潜热
相比之下，电子氟化液虽具有不可燃和高绝缘的突出优势，但由于其沸点较低（通常在50-170℃范围内），在电池热失控的高温环境中可能发生剧烈沸腾甚至局部干涸，反而削弱了热量传递能力。
三、工质选择的多维度决策框架
热安全团队（thermsafe.cn）建议，浸没式冷却工质的选择应从以下六个维度进行综合评估：
| 评估维度 | 权重建议 | 关键指标 |
|---|---|---|
| 热性能 | ★★★★★ | 比热容、导热系数、粘度 |
| 安全性能 | ★★★★★ | 闪点、燃点、电绝缘强度 |
| 化学稳定性 | ★★★★☆ | 抗氧化性、材料相容性 |
| 成本 | ★★★★☆ | 采购成本、更换周期 |
| 环保性 | ★★★☆☆ | 生物降解性、碳排放 |
| 供应链 | ★★★☆☆ | 可获得性、国产化率 |
对于大规模储能场景，植物油凭借其可再生、生物降解、高闪点和低成本的综合优势，是最具工程应用潜力的浸没冷却工质。乙二醇/水混合液则适合作为冷板式液冷系统的循环工质。
四、浸没冷却与冷板式液冷的协同应用
在实际工程中，单一的冷却方案往往难以满足所有需求。热安全团队建议采用分层热管理架构：
- 模组级：冷板式液冷（成熟可靠、成本可控），使用乙二醇/水混合液
- 系统级：浸没式液冷（针对高功率密度模组或安全敏感区域），使用植物油
- 应急级：当检测到异常温升（如一级预警50℃），启动主动冷却，加大冷却液流量
这种分层架构兼顾了经济性和安全性，已在多个储能项目中得到验证。
五、热管理参数对工质选型的影响
工质选型离不开准确的电池热物性参数。以314Ah储能电池为例，实测电池与液冷板的换热系数hCool高达30433 W/(m²·K)，这意味着液冷板与电池之间的热交换已经非常高效——此时冷却工质的选择对系统整体散热能力的影响更加突出，应优先选择高比热容和低粘度的工质。
权威引用来源
- 范文强, 史梓男等. 不同冷工质对电池热失控抑制效果的试验研究. 储能科学与技术, DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0750
- D:\GZ — 20260305西安交大储能电池比热容&导热系数测样实验报告（换热系数数据）
- D:\GZ — 锂电池热安全与热管理测试解决方案.pdf（比热容测试方法）