等温环境锂电池充放电产热测试

锂电池热安全 💰 1000起 ⏱ 周期: 5-7个工作日

基本信息

检测标准GB/T 36276、IEC 62933
参考价格1000起
检测周期5-7个工作日

项目简介

锂电池在充放电过程中的产热行为是影响电池寿命、充放电效率及热安全的核心因素。同一电池在不同倍率、不同SOC区间、不同环境温度下工作，其产热功率可能相差数倍甚至数十倍。本测试依托电池等温量热仪 的功率补偿等温量热技术，通过高灵敏度热电堆实时测量充放电过程中微小至数毫瓦的热流变化，精确获得电池在任意工况下的吸热/放热功率随时间变化曲线，并据此精准解析总放热量、最大放热功率等关键热参数。同时可配合绝热加速量热仪，在绝热循环模式下评估电池充放电过程中的累积热量积聚。无论是验证储能电芯热仿真模型的输入边界条件、或是对比不同正极材料体系电芯的发热水平差异，该测试都为电池热管理设计与系统优化提供最精确的基础热数据。

详细介绍

服务概述

锂离子电池在充放电过程中，热量由可逆的熵变热和不可逆的焦耳热、极化热共同组成。[reference:0]不同材料体系、不同工作倍率、不同SOC区间下这几种产热贡献的相对大小变化极大。传统的表面温度计+自然对流估算法误差大、无法量化内部热源。国产BIC-400A等温量热仪采用功率补偿等温量热技术，量热灵敏度可达毫瓦级（0.2mW热流模式/10mW功率补偿模式）。[reference:1][reference:2]同时可选配绝热加速量热仪ARC的绝热循环模式，量热腔温度实时追踪电芯温度，直接获得累积绝热温升曲线。[reference:3]

本文研究案例参数与应用启示

依据杭州之量科技的公开研究《锂离子电容器充放电产热特性研究》，采用BIC-400A等温量热仪测量了某一新型规格储能电容器的充放电产热行为。[reference:4]电池样品为活性炭/NCM正极配合石墨负极的电容器，标称容量21000F，工作电压限至4.2V。[reference:5]在标准匀热块（6061铝合金，230mm*160mm*10mm，双块对称配置）和辅助加热膜（Pi加热膜，5.70Ω电阻）严密装配的情况下，测试采用了15℃循环油浴与25℃恒温环境。[reference:6]充放电工步设置如表所示，恒功率模式最高功率达400W，模拟了实际储能装置可能承受的功率连续输出工况，实验持续数小时以稳定基线。[reference:7][reference:8]

主要结论显示，充放电产热功率变化与极化现象较明显的锂离子电池相同；恒功率工况下输出功率超过400W时，电容器的热效应十分显著。充电产热量普遍小于相同工况下的放电产热量，且总产热量与电流呈现线性增长，而最大放热功率与电流值的二次函数拟合程度较高。[reference:9]利用较小的电流充电时电容器甚至在一定区间出现净吸热现象，这与熵变可逆热贡献方向反转有关。[reference:10]

等温量热vs. ARC绝热量热：产热特性测量的原理与工程应用差异

电池充放电产热测试的主流仪器分为两大路径：等温量热仪和绝热加速量热仪ARC。二者各有技术侧重点，搭配使用可以同时获得精细的热动力学信息和完整的热量累积数据。

对比维度 等温量热仪（BIC-400A） ARC绝热量热模式
核心原理 功率补偿法，实时施加反向热流抵消电芯产热，维持电芯温度恒定 腔体温度追踪样品温度，消除热交换模拟绝热环境，热量全部累积于电芯自身
主要测量参数 充放电全程吸热/放热热流密度（mW或W）、产热总量（kJ）、最大放热功率 绝热温升（℃）、温升速率（℃/min）、自放热起始温度（T_onset）
量热灵敏度 0.2mW（热流模式）至10mW（功率补偿模式），适合精细热分析[5†L9] 自放热检测灵敏度0.02℃/min，适合捕捉微量热分解
温度控制 ±0.005℃恒温稳定性[5†L14]；油浴控制范围-40~100℃[5†L11-L12] 绝热追随控制，腔体与样品温差接近零
工程适用性 热仿真模型边界标定、BMS策略热参数输入、材料体系对比优选 热失控预警阈值设定、电池包绝热情况下的最恶劣温升评估
样品兼容性 最大尺寸L345×W230×H100mm，补偿功率200W[5†L8][5†L15] 多种尺寸模型量热腔兼容，最大可测大型储能电芯

测试所能获得的关键数据

  • 总产热量：完整的充放电循环（或单向充/放）电芯释放的总热能（kJ）。不同体系电芯此值差异可达数十个百分点，直接反映电芯本体发热负荷。
  • 最大放热功率：全过程中瞬时热功率峰值（W），通常出现在高倍率放电末端或恒压充电极化最大区间。
  • 可逆/不可逆热分离：通过低倍率（如0.1C）下的充放电热流对称性分析，拆分出与熵变相关的可逆热部分和与内阻发热相关的不可逆部分。
  • 热功率-电流关系：不同倍率下的产热功率实验数据，可直接供后续仿真或BMS算法进行多项式拟合建模。
  • 绝热温升曲线：ARC绝热模式全程记录的温升变化，用于量化模拟电池在电池包热量堆积下的潜在风险。

交付物与应用价值

交付报告包含：各倍率/工况/SOC下产热功率时域曲线、总产热量汇总表、最大放热功率、绝热温升曲线及可逆/不可逆热分离分析结果。数据用于：

  • 电池热仿真模型（如Ansys Fluent、COMSOL）热源项精确标定；
  • 不同正极材料体系、结构方案电芯产热特性横向对比与优选；
  • 液冷/风冷等电池热管理系统（BTMS）散热方案负荷评估；
  • BMS充放电策略优化（如功率限制温度降额曲线设定）；
  • 电池安全预警阈值与热管理控制逻辑的量化标定。

关联服务

  • 电池绝热热失控及产气联合分析（HWS+ARC-MS/GC联用）
  • 方壳/软包电芯导热系数及比热容精密测定
  • 模组级热蔓延测试及热扩散仿真
  • GB/T 36276 储能用锂电池绝热温升型式试验
  • UL9540A 储能电池热失控蔓延安全评估

参考来源

  • 仰仪科技. 锂离子电容器充放电产热特性研究. 2023[0†L0-L5]
  • Schiffer J, et al. Heat generation in double layer capacitors. Journal of Power Sources, 2006[0†L24-L25]
  • 闵凡奇等. 锂离子电容器的热特性及热模型. 储能科学与技术, 2022[0†L26-L27]
  • THT. ES ARC®绝热量热仪-新能源锂电应用[3†L8-L10]
  • 仰仪科技. BIC-400A电池等温量热仪技术参数[5†L4-L6]

仪器设备

电池等温量热仪（功率补偿模式/热流模式）、

检测流程

  1. 样品准备：确认电池规格、正极材料、额定容量、工作电压区间及目标测试倍率；电池外观检查良好无破损并确认初始SOC。

  2. 量热系统安装：在等温量热仪内部依次装配标准匀热块→加热片→导热硅脂垫→电池样品→导热硅脂垫→加热片→匀热块，传感器的测温点准确包埋至匀热块内中心位置；将电源线及电压采样线分别连接至电池正负极。

  3. 实验条件设定：设置循环油浴温度（如20℃、25℃或40℃），恒温环境稳定后方可开始实验；根据测试需求设定充放电工步。

  4. 充放电产热测量：启动等温量热仪与同步充放电系统，以功率补偿模式实时测量充放电全程吸放热热流变化。对于ARC绝热循环模式，则启动腔体温度追踪电芯温度，测量累积温升曲线计算绝热环境下的产热量。

  5. 倍率及工况对比：按倍率、SOC、环境温度等单变量依次改变测试条件，获得完整产热特性数据组别。

  6. 数据提取与报告分析：提取总产热量、最大放热功率、可逆热/不可逆热分离结果、热流密度-时间/SOC/倍率多维数据，出具完整测试报告。

注意事项

  1. 等温量热仪的匀热块、加热片与电池之间必须通过导热硅脂垫消除空气间隙，任何微小的装配缝隙都可能引入不可忽略的系统传热误差，导致产热测量值失准。

  2. 电池在充放电过程中，表面温度因为电极单元差异而分布不均，必须在对称面布置匀热块以均匀化热流，并确保传感器位于量热腔中心避免温度梯度引起的测量偏差。

  3. 不同充放电倍率下的产热量差异显著——低倍率充电时某些电池可能表现出净吸热现象，而高倍率下放热量呈平方关系上升，实验人员在设定工步时应考虑倍率梯度以覆盖工况。

  4. 实验前的比热容标定是计算绝热温升的核心前提，ARC绝热模式下测量产热前必须单独进行比热容校准实验。

  5. 大倍率放电产热试验时，电芯有可能大幅升温超过测试设定油浴控制范围。必须在安全温度阈值区间内进行测试，并连接电芯电压监测线，一旦达到截止电压立即停止测试防止电池过放造成损坏。