3. 电池包热安全与温度限值体系
🔋 电池热物性参数
比热容 · 导热系数 · 密度 · 熵热系数
各向异性 · 测试与获取
课程 · 从零到一
Cₚ
比热容
~ 700 – 1200 J/(kg·K)
单位质量电池材料温度升高1K所需热量。影响温升速率与热容量设计。
J·kg⁻¹·K⁻¹λ
导热系数
面内 15~30 / 厚度 0.5~3 W/(m·K)
各向异性：卷绕/叠片结构导致面内导热远高于厚度方向。关键热扩散路径。
W·m⁻¹·K⁻¹ρ
密度
~ 1800 – 2800 kg/m³
活性材料、集流体、电解液等综合密度。影响重量能量密度与热质量。
kg·m⁻³∂U/∂T
熵热系数
±0.1 ~ ±0.5 mV/K
可逆热效应 (熵变) 系数。充放电吸放热，影响低温/高温性能。
V·K⁻¹ (mV·K⁻¹)| 参数 | 典型范围 | 各向异性 | 测试方法 (标准) |
|---|---|---|---|
| 比热容 Cₚ | 800 – 1100 J/(kg·K) | 各向同性 (近似) | DSC (差示扫描量热法) · 混合定律 |
| 导热系数 λ | 面内 18~28 / 法向 0.8~2.5 W/(m·K) | 显著各向异性 (2~20倍) | 激光闪射法 (LFA) · 热流计 · 稳态热板 |
| 密度 ρ | 1900 – 2600 kg/m³ | 各向同性 | 阿基米德排水法 · 气体比重瓶 |
| 熵热系数 ∂U/∂T | -0.3 ~ +0.4 mV/K (随SOC变化) | 标量 (方向无关) | 电位温度系数法 · 恒流间歇滴定 (GITT) |
📐 比热容
- 差示扫描量热法 (DSC) — ASTM E1269
- 混合定律 (质量加权平均)
- 绝热量热计 (ARC) 间接
- 保护热板法 (辅助)
🔥 导热系数 (各向异性)
- 激光闪射法 LFA (ISO 22007-4)
- 稳态热板法 (ASTM C177)
- 热流计法 (ASTM E1530)
- 瞬态平面热源法 (Hot Disk)
- 各向异性分离：不同方向取样测试
⚖️ 密度 & 熵热系数
- 密度：阿基米德排水法 / 气体比重瓶
- 熵热系数：开路电位温度系数 (∂U/∂T)
- 恒电流间歇滴定 (GITT) 分析
- 电化学-热耦合拟合
# 电池热物性参数获取示例 (Python / 伪代码)
# 1. 比热容 (DSC 数据拟合)
Cp = dsc.heat_flow / (mass * ramp_rate) # J/(kg·K)
# 2. 各向异性导热系数 (LFA 测试)
alpha_inplane = lfa.measure(sample_dir='inplane') # mm²/s
alpha_through = lfa.measure(sample_dir='through')
lambda_inplane = alpha_inplane * rho * Cp
lambda_through = alpha_through * rho * Cp
# 3. 熵热系数 (电位温度斜率)
dUdT = np.gradient(OCV, temperature) # mV/K, 随SOC变化
# 4. 密度 (阿基米德)
rho = (dry_mass / (dry_mass - submerged_mass)) * rho_water