锂电池热参数测试原理大揭秘：导热系数、界面换热系数与总热阻的深度剖析

2025-04-28

锂电池热参数测试原理大揭秘：导热系数、界面换热系数与总热阻的深度剖析

在新能源行业蓬勃发展的当下，锂电池作为核心储能元件，广泛应用于电动汽车、储能系统以及各类电子设备中。锂电池的热参数，如导热系数、界面换热系数和总热阻，对于电池的热管理、热设计以及热安全至关重要，直接影响着电池的性能、寿命和安全性。合肥格朗检测科技有限公司专注于锂电池检测领域，在热参数测试方面拥有丰富的经验和专业的技术，接下来为大家详细介绍这些热参数的测试原理。想了解更多相关内容，可点击合肥格朗检测科技有限公司官网查看。

一、锂电池热参数测试的重要性

锂电池在充放电过程中会产生热量，若不能有效管理这些热量，电池的性能会受到严重影响，比如容量衰减、充放电效率降低，甚至可能引发热失控等安全问题。准确获取锂电池的导热系数、界面换热系数和总热阻等热参数，是实现高效热管理的关键。通过这些参数，工程师们能够优化电池的散热结构，确保电池在不同工况下都能稳定运行。例如，在电动汽车的快速充电过程中，精确的热参数可以帮助工程师设计出更合理的冷却系统，避免电池过热，保障充电安全和电池寿命 。

二、常规测试方法原理及局限性

（一）稳态法

稳态法是一种常见的热参数测试方法，其测试导热系数的原理基于傅里叶定律。公式为

在测试时，需要在电芯两侧建立等温边界，通过均匀加热电芯，测量中部温度Thot和等温边界温度Tcool，进而利用公式计算出导热系数 。

然而，稳态法在测试锂电池热参数时存在诸多局限性。对于软包电池，厚度方向虽可测试，但往往需要定制特殊的工装和电热片，操作复杂且成本较高；平面方向由于软包电池边缘不规则，很难保证热量均匀传递，导致无法准确测试导热系数。方形电池由于外壳的存在，会造成热短路现象，使得传热不均匀，而且外壳和卷芯纵向导热系数相差可达百倍，严重干扰测试结果的准确性。圆柱形电池因自身外形特殊，测试操作难度较大，不过如果是钢壳，热短路效应的影响相对会小一些 。

（二）HOT - DISK法

HOT - DISK法的测试原理是基于导热系数会影响散热速率，进而影响探头测温的变化规律。通过加热测温探头，获取实验数据并拟合理论模型，从而计算出导热系数 。

但该方法对测试样品有一定要求，更适用于均质材料且表面平整的样品。锂电池具有非均质、结构复杂的特点，使用HOT - DISK法测试时会面临诸多问题。比如，锂电池严重的各向异性会导致测试参数难以合理设置；单个温度测量难以区分不同方向热性能差异的影响；同时，接触热阻也会对测试结果产生干扰。实验室间比对结果显示，使用HOT - DISK法对锂电池进行测试时，不同机构得到的结果差异很大，这进一步证明了该方法在锂电池热参数测试中的局限性 。

三、基于热成像的测试方法原理

鉴于常规测试方法的不足，基于热成像的测试方法逐渐成为锂电池热参数测试的重要手段。该方法采用复杂模型、热像测温以及3D非稳态传热反演技术，更贴合实际电池结构，能有效解决锂电池热参数测试难题 。

（一）软包锂电池测试原理

针对软包锂电池，通常采用均质或各向异性模型（kin、kcr）进行测试。测试过程中，利用热像仪进行测温，通过局部宽脉冲加热引发电池的热响应。面向温度分布对kin（面向导热系数）更为敏感，而温度随时间的演变则对kcr（纵向导热系数）更敏感 。

具体来说，在局部宽脉冲加热后，热像仪捕捉电池表面的温度变化，这些温度数据包含了丰富的热传递信息。通过传热反演程序，结合预先建立的电池模型，利用优化搜索算法不断调整模型参数，使得模型预测的温度与热像仪测量的温度尽可能吻合，最终得到kin和kcr的准确值。多次实验数据表明，该方法对软包锂电池热参数的测试具有较高的灵敏度，拟合误差较小，能够有效获取软包锂电池的热参数 。

（二）方形和圆柱形锂电池测试原理

方形和圆柱形锂电池一般采用非均质模型（卷芯 + 外壳）进行测试，涉及4个关键参数：kin（面向导热系数）、kcr（纵向导热系数）、hBot（卷芯和外壳底面换热系数）、hz（卷芯和外壳最大面换热系数，圆柱形电池中为卷芯和圆柱面外壳换热系数） 。

测试基于储热释放法（两状态法），模拟电池实际工作时的散热过程。首先使电池处于储热状态，达到均温T0；然后进入散热状态，将冷却面温度设置为T1 。在这个过程中，利用热像仪记录电池表面温度的空间分布和时间演变数据。

通过建立数学模型来描述电池内部的热传递过程，包括卷芯和铝壳的接触面换热、内部固体热传导以及电池与环境的换热等。

利用热像仪获取的温度数据，结合上述数学模型，通过求解复杂的方程，最终得到方形和圆柱形锂电池的热参数。实际测试数据显示，该方法对不同类型的方形和圆柱形锂电池热参数测试效果良好，拟合误差较小，能够准确获取电池的热参数，为电池热管理设计提供可靠依据 。

四、测试有效性评估

测试有效性是衡量热参数测试方法可靠性的重要指标，主要从重复性、标准样品测试、实验室比对以及拟合误差和灵敏度等方面进行评估。

重复性测试用于检验测试方法在多次测量中的稳定性。以软包锂电池为例，对多个电芯进行多次测试，计算得到的修正面向导热系数和修正纵向导热系数的相对标准差一般小于5%，表明该测试方法重复性良好。方形锂电池的重复性测试结果显示，对传热影响大的参数，测试灵敏度更高，重复性更好，但部分参数（如hz）在一定取值范围外影响较小，只能确定其取值范围 。

标准样品测试通过对已知热参数的标准样品进行测试，与理论值或其他可靠方法的测试结果进行对比，验证测试方法的准确性。对于软包锂电池，使用特定结构的标准样品（如0.2mm不锈钢片 + 0.1mm胶膜层叠热压成型）进行测试，将基于热成像测试方法得到的结果与稳态法测试结果对比，相对偏差较小，证明了该方法的准确性。方形锂电池同样采用相应的标准样品进行测试，进一步验证了测试方法的可靠性 。

实验室比对则是将不同实验室或不同测试方法的测试结果进行对比，评估测试方法的一致性和可靠性。软包锂电池的实验室比对结果显示，不同机构使用不同仪器和方法测试纵向和面向导热系数时存在一定差异，但整体仍在可接受范围内。由于方形锂电池缺乏其他有效的测试方法，目前尚未广泛开展实验室比对，但随着技术的发展，这方面的研究将不断完善 。

合肥格朗检测科技有限公司在锂电池热参数测试领域拥有专业的技术团队和先进的设备，采用基于热成像的先进测试方法，为客户提供精准的测试服务。无论是软包、方形还是圆柱形锂电池，都能准确测量其导热系数、界面换热系数和总热阻等热参数。如果您有锂电池热参数测试的需求，欢迎联系我们，了解更多服务详情可点击合肥格朗检测科技有限公司官网服务页面 。

锂电池热参数测试技术的不断发展，为锂电池的研发、生产和应用提供了有力支持。未来，合肥格朗检测科技有限公司将继续紧跟行业发展趋势，不断提升测试技术水平，为锂电池行业的安全和发展贡献力量。