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方壳/硬壳电池导热系数测定（两状态法无损测试）

锂离子电池的导热系数（Thermal Conductivity）是设计高效电池热管理系统（BTMS）的关键基础物性参数。由于方壳电池内部叠片结构与电解液分布呈现高度各向异性，其面向（In-plane）与纵向（Through-plane）导热能力差异巨大，直接决定了电芯内部的生热、传热路径及热点分布。本测试服务采用先进的TCA 2SC-080 两状态法热参数测试仪，可在不破坏电池外壳的前提下，通过高精度红外热像仪与多维传热模型反演算法，一次性精确测定电芯内部叠片的面向/纵向导热系数、接触换热系数，并输出整芯的等效工程导热系数。结合不同荷电状态（如0%、25%、50%、100% SOC）的定制化测试，可帮助研发人员精准标定热仿真模型，优化散热结构设计，有效规避热失控风险。

¥待定
测试周期3-5个工作日

使用仪器

TCA 2SC-080 两状态法热参数测试仪

项目介绍

服务概述

方壳锂离子电池导热系数测试是电芯热管理设计与热失控仿真建模的核心前置环节。本服务采用先进的TCA 2SC-080两状态无损检测技术，在不拆解电芯的前提下，直接通过红外热像高精度测温与传热模型反演计算，精确获取电池的各向异性热物性参数。该方案完美解决了传统稳态法“测试周期长、破坏样品、无法区分方向”的痛点，特别适用于大容量280Ah及以上磷酸铁锂、三元等动力电池以及储能电池。

为什么必须实测电池导热系数？

在BTMS（电池热管理系统）仿真中，导热系数的设置直接影响最高温度、温差及温升速率预测。然而，数据显示电芯内部叠片结构导致：

  • 纵向导热系数（Through-plane）：仅在1.2 ~ 1.8 W/(m·K)左右，散热面积大但热阻极高。
  • 面向导热系数（In-plane）：高达22 ~ 27 W/(m·K)，是纵向的十倍以上，导致热量主要沿铜铝箔传导至极耳。

实测价值：部分研究人员直接采用查表值或仿真等效估算值进行仿真，温升仿真误差可能达到数摄氏度。准确的实测数据能显著提升热仿真模型标定精度，优化液冷板/风道设计，防止木桶效应导致电芯内部局部热点，从而引发容量过快衰减或潜在热失控。

两状态法无损测试原理

区别于需要恒定热流的稳态平板法，两状态法通过“加热升温”与“底面散热”两种瞬态工况，在电芯内部构建叠加温度场：

  1. 红外高灵敏度捕捉：记录大面温度分布的时空演变规律（空间分辨率优于1mm，温度分辨率优于0.03℃）。
  2. 最优化反演求解：结合壳体传热模型，利用反问题算法拟合误差函数，一次性解耦出内部卷/叠片的各向异性导热系数以及界面的接触换热系数。
  3. 模型验证实例：以280Ah磷酸铁锂（LFP）电池实测为例（参考文档《方壳电池导热系数与SOC关系研究》），反演计算各SOC的误差函数收敛性表现良好，验证了该模型在求解方程电池热参数时的高精度及良好的抗噪能力。

280Ah磷酸铁锂电池实测案例数据

我们对同型号的两颗280Ah样件（01#和02#）进行了从0%至100% SOC的全范围测试，结果表明：

  • 稳定性极佳：01#和02#电池数据保持了高度的一致性，体现了仪器优良的复现性。
  • SOC特性：磷酸铁锂（LFP）方壳电池的面向及纵向导热系数在不同荷电状态下（0%至100% SOC）数值无明显趋势性变化，稳定性良好。
  • 等效工程参数速查：该规格LFP电池的等效面向导热系数大致范围为23 ~ 25 W/(m·K)，等效纵向导热系数范围为4.6 ~ 5.2 W/(m·K)。

测试条件及交付标准

  • 环境温度控制：(20 ± 2) ℃，环境湿度控制：30% ~ 60% RH。
  • 样品基本要求：方壳/硬壳锂离子电池，外壳平整无包覆绝缘膜/蓝膜（或必须提前去除）。
  • 交付报告：包含电芯内部叠片/整体电芯的面向与纵向导热系数、叠片与底部冷却面的接触换热系数的详细数据表。
  • 增值图件：高分辨率温度分布云图、反演计算误差函数收敛及不同SOC下导热系数的动态趋势曲线。

关联服务

  • 锂电池比热容测定（DSC/绝热量热法）
  • 动力电池充放电产热功率测试（BIC等温量热）
  • 电池热失控绝热温升测试（ARC）
  • 模组/电池包级热管理仿真与散热方案优化

参考标准与研究文献

  • GB 38031-2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求
  • 崔喜风等.方形硬壳锂离子动力电池的热物性参数.中国有色金属学报, 2019.
  • Kovachev G, et al. Thermal conductivity in aged Li-ion cells. Batteries, 2021.

测试流程

  1. 样品准备与标记：电池表面清洁预处理，在指定大面及底面喷涂均匀黑体漆（确保红外测温发射率一致），记录尺寸、质量及当前开路电压。

  2. 工况与装置装夹：根据需求设定SOC调节点（如0%→100%阶梯），利用治具将电池以特定姿态固定，接触面施压模拟实际模组预紧力。

  3. 两状态热激励：启动测试仪，执行“电池本体加热升温”和“底部液冷散热”两种状态，构建异向温度梯度场。

  4. 红外热场采集：红外热像仪实时动态捕捉电池表面温度分布云图，获取不同时段的热扩散数据。

  5. 多参数反演计算：软件同步基于传热反问题模型进行迭代计算，最小化误差函数，一次性解算出四个关键热参数。

  6. 等效参数输出：电芯整体的等效面向导热系数与等效纵向导热系数，生成随SOC变化的关系曲线与数据报表。

注意事项

  1. 为提高红外测温精度，电池壳体表面需进行黑体漆喷涂处理（不影响电芯内部化学性能）。

  2. 测试前务必确认电池无物理鼓包、漏液及电气异常。

  3. 需提供电池的额定容量、正负极及隔膜基材类型、壳体材质（如铝壳）、电芯厚度、单体电压等基本信息。

  4. 不同SOC点的测试需由专业人员在合规充电条件下进行阶梯调节，测试过程需静置稳定。

  5. 本方法测试结果为工程等效导热系数，非单一材料的本征导热系数，不可直接等同于电极涂层的微观导热率。

  6. 测试过程涉及加热与降温，需确保环境温湿度恒定，避免气流扰动干扰红外测温精度。

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