3. 电池产热与传热基础
要理解热失控，先要理解电池在正常与异常工况下“热从哪里来、又往哪里去”。锂离子电池的总产热并不是单一来源，而是由欧姆热、极化热、反应热和熵变热四部分叠加而成；这些热量在电芯内部产生后，又通过导热、对流和辐射三条路径向外部传递。产热与传热的相对强弱，决定了电芯温升速率、模组内部温度梯度，以及是否会出现局部热点触发连锁反应。
一、四类产热的物理来源
欧姆热来自电子与离子在导体和电解液中的迁移阻力。电子流过集流体、极耳、连接片时遇到电子电阻，锂离子穿过电解液、隔膜和电极涂层时遇到离子电阻，二者都会以 I²R 的形式发热。欧姆热与电流平方成正比，因此大倍率充放电时增长极快。例如某电芯直流内阻约 1.5 mΩ，以 100 A 放电时欧姆热约为 100²×0.0015 = 15 W，而 50 A 时仅约 3.75 W，可见倍率对产热影响显著。
极化热来自电化学反应偏离平衡态所需的过电位。当电流通过时，电极电位会偏离开路电位，产生活化极化、浓差极化和欧姆极化。极化热可近似表示为 I·η，其中 η 为总过电位。低温、高倍率或电解液传输受限时，极化过电位增大，极化热随之上升。它与欧姆热的区别在于：欧姆热是纯电阻效应，极化热则与界面反应动力学和传质过程相关。
反应热主要出现在热失控阶段，包括 SEI 膜分解、负极与电解液反应、正极释氧、电解液分解等放热副反应。这些反应一旦启动，往往自身加速：温度升高使反应速率按阿伦尼乌斯规律增大，放热又进一步推高温度，形成正反馈。反应热是热失控中最危险的热源，其量级可远高于正常工况下的欧姆热和极化热。
熵变热来自锂离子嵌入/脱出过程中电极材料的熵变，可表示为 I·T·(dE/dT)，其中 dE/dT 是开路电压随温度的变化率。熵变热可为正也可为负：某些材料在特定荷电状态下吸热，另一些则放热。它通常比欧姆热和极化热小，但在低倍率、高精度热管理中不可忽略，且与荷电状态密切相关。
二、产热在电芯内部的分布
四类产热并非均匀分布。欧姆热在极耳、集流体和电解液中都有贡献，极化热集中在正负极界面附近，反应热则优先出现在 SEI 膜、正极颗粒表面等位置。因此电芯内部天然存在温度梯度：中心区域散热路径长、热量易积聚，表面和极耳附近散热较快。卷绕或叠片结构还会使导热具有明显的各向异性——沿极片平面方向导热率较高，垂直方向因隔膜和电解液存在而较低。
三、传热三路径在电芯与模组中的表达
导热是电芯内部和电芯与冷板之间最主要的热传递方式。电芯内部，热量沿极片平面方向通过铝箔、铜箔和活性物质传导，导热系数较高；垂直方向则需穿过隔膜和电解液，导热系数明显偏低。模组层面，电芯底部与液冷板之间通常涂覆导热垫或导热胶，其导热系数、厚度和接触压力直接决定界面热阻。若导热垫存在气泡或压紧力不足，界面热阻会显著增大，导致电芯底部热量无法有效导出。
对流主要发生在电芯表面与空气或冷却液之间。风冷模组中，风扇驱动空气流过电芯间隙，对流换热系数通常在 10～100 W/(m²·K) 量级；液冷模组中，冷却液在冷板流道内流动，对流换热系数可达 1000～5000 W/(m²·K)，散热能力远高于风冷。对流换热的关键参数包括流速、流道结构、冷却液温度和接触面积。流速过低会导致冷却液温升过大，沿程电芯温度不一致。
辐射在常温下贡献较小，但当电芯表面温度超过 80～100 ℃ 时，辐射换热按斯特藩-玻尔兹曼定律以 T⁴ 增长，逐渐不可忽略。在热失控传播场景中，相邻电芯之间通过辐射交换热量，是火焰蔓延和连锁触发的重要途径之一。模组内部若缺乏辐射屏蔽或隔热层，高温电芯会通过辐射加热邻近电芯，加速热失控扩散。
四、产热与传热的平衡判断
实际分析中，常用集总参数法估算电芯温度变化：m·c·(dT/dt) = Q_gen − Q_dis，其中 m 为电芯质量，c 为比热容，Q_gen 为总产热功率，Q_dis 为散热功率。当 Q_gen 大于 Q_dis 时，电芯温度持续上升；当二者相等时达到热平衡。以某 50 Ah 方形电芯为例，质量约 0.9 kg，比热容约 1000 J/(kg·K)，若 1C 放电时总产热约 8 W，液冷散热约 6 W，则净热功率约 2 W，温升速率约为 2/(0.9×1000) ≈ 0.0022 K/s，即每分钟约 0.13 ℃。若散热失效，净热功率全部用于升温，温升速率将成倍增加。
五、工程中的关键控制点
从产热侧看，降低欧姆热和极化热的核心是减小内阻、优化极耳和连接片设计、改善电解液浸润和低温预热策略。从传热侧看，关键是缩短导热路径、增大对流换热面积、控制界面热阻，并在模组中设置隔热和泄压结构以抑制辐射传播。实际设计中，产热与传热必须联合评估：仅降低产热而不改善散热，或仅加强散热而不控制产热，都难以从根本上抑制热失控。
理解这四类产热与三条传热路径的物理本质和数量级关系，是后续分析热失控触发条件、传播速度和防护措施的基础。只有把产热源、传热路径和温度响应放在同一框架下观察，才能准确判断电芯与模组在不同工况下的热行为。