背景介绍

锂电池热管理系统是∮提升电池稳定性、安全性和有效使用生命周期的重要保障。热管理设计与优化离不开热仿真分析技术，而热仿真的可靠性不仅依赖于☆合理的模型，更需要准●确的热物性参数(导热系数、比热容、换热』系数等)作为输入，导热系数是其中最重要的参数之一。

由于缺乏有效测试方法与〓仪器，电池单体导热系数测试尚未形成通用标准。其中，软包电池测试存在一些可行的方法，如3D热物性分析仪、稳态法等[1]；而对于结构更复杂的方形电池，在不拆解外壳的前提下仍然没∏有有效测试手段，业内大多使用经验Ψ 值或原理模型进行估计。由于在新能源车、储能等领域，方形电池的装机量远超软包和圆柱电池，占比超过80%，因此开发方形电池导热系数测试技术对于行业发展↓具有更重要的意义。

图1 方形电池模组（简化）温度变化过程CFD仿真

测试原理

方形电池为具有典型核壳结构的非均质样品。一方面，内部卷芯与外部铝壳之间的导热系数差异巨ξ　大。壳体的热屏蔽效应将导致上文提及的几种软包测试方法【失效；另一方面，卷芯与壳体之间的接触热阻也是影响单体传热的关键参数，需同时进行测试◇评估。

为解决不拆解状态方形电池热参数测量︽的问题，杭州泰默检测技术有限公司开发了基于红外热像仪〖非接触式测温与非均质传热模型反演的“储热-释放”两状态测试方法，可通过一次实※验同时得到卷芯纵向与面向导热系数，以及卷芯与壳体间的接触热阻▅。以下对测试方法做简要介绍：

为了在不改变电池传热规律◣的前提下简化计算，如图2所示，可将方形电池简化为金属外壳和内部芯片两部分组成的非①均质等效模型。其中芯体热特性为正交各向异性；壳体为→均质，且已知其热物性参数。

该非均质模型的四个♀关键参数为：

• 芯体导热系数：面向导热系数kin、纵向※导热系数kcr；

• 接触面换热系数：芯体和壳体（大面）换热系数hxy、芯体︾与壳体（冷却面）换热系数hyz；

图2 锂电池非〓均质等效模型

核心思想：模拟电池工作时电芯自发热，并向壳体及冷板散热的过程。壳体的散热速率取决于芯体导热¤系数与接触热阻，可通过观测壳体温度分布及动态变化计算待测◤热参数。

如图3a所示，实验主要分■为“储热”和“放热”两个阶段。

（1）储热阶段：将电池放置于温度为T0的恒温环境中，直至样品达到热平▓衡；

（2）放热阶段：开启冷板内冷却水，使壳体冷却面温度从T0阶跃№变化为T1（T1<T0）, 同时利用红外热像仪记录电池外壳最大面温度场演变过程（如图3b）。

将热像仪记录的空间与时间分布的温度数→据输入非均质传热模型进行反演，可计算得到方形锂电池的4个热参数（kin、kcr、htcx、htcz）。另外，利╱用上述参数，并基于仿真结果设定均质模↑型等效评估条件，也可以∞计算得到方形电池等效面向导热系数kin-uni与等效纵向导热系数kcr-uni。

图3 (a)测量系统结构示意图; (b)电池最大面温度场演变过程→示意图

测试案例

以国内某厂家提供的方形锂电池作为样品，按上文所述方法对试样进行测试，实验结∑　果如图4所示。

图4 (a)方形锂电█池样品；(b)非均质传热模型仿真与测试温度预测误差；(c- f)电池热参数误差曲线与测试结果

根据反□演结果，该方形电池kin =17.4 W/(mK)、kcr=0.61 W/(mK)、htcx=1269 W/(m2K)、htc=584 W/(m2K), 同时误差曲线表明本次反演方法对上述4个∏参数的灵敏度均较好，未出∮现明显的彼此抵消影响问题（图4c-f）；另一方面，根据预测误差结果（图4b），电池在10分钟冷却过程中纵向温度分布的均方根误差小于0.2℃，且大部分区域实时误差在0.2℃之内，表明测得参数的准确性较高。

结论