电池等温产热功率测试目的及方法

　　等温产热功率测试(Isothermal Heat Generation Power Test)是评估电池(尤其是锂离子电池)在恒温条件下充放电过程中热生成速率的关键方法，广泛应用于电池热管理设计、安全评估、老化机理研究及快充策略开发。

　　与绝热量热法(如 ARC)不同，等温测试强调环境温度恒定，通过高灵敏度量热系统实时监测电池的产热功率(单位：W 或 mW)，从而获得精确的热行为数据。

　　测试目的：

　　热模型标定与验证：为电池热模型(如Bernardi模型)提供关键的实验数据，校准熵热系数和欧姆内阻等参数。

　　热失控预警与安全性评估：识别危险工况(如过充、大倍率放电)下的产热峰值，评估热失控风险。

　　电池体系与材料对比：比较不同化学体系(如NCM vs LFP)、不同结构电池的产热特性。

　　热管理系统设计：为液冷板、风道设计提供准确的散热负荷数据。

　　工况优化：确定特定温度下电池的安全工作窗口(SOC范围、充放电倍率)。

　　主要测试方法与原理

　　核心思想是精确测量为维持电池恒温所需补偿或移走的热量，该热量等于电池自身的产热量。

　　方法一：等温量热法(Isothermal Calorimetry)

　　这是经典、准确的方法。

　　原理：

　　将电池置于一个高精度的等温量热仪腔体内。

　　腔体通过精密的帕尔贴元件(热电制冷片)和加热器维持绝对恒温(温度波动可达±0.001°C)。

　　当电池工作时产生热量，会扰动腔体的热平衡。

　　量热仪的控制系统会实时调整补偿功率(加热或制冷)，以抵消电池产热带来的温度变化，使腔体恢复并维持设定温度。

　　这个补偿功率就等于电池的实时产热功率。

　　设备：专业等温量热仪(如法国Setaram， 美国TA Instruments的TAM IV)。

　　优点：精度极高，可直接测量绝对产热功率，是行业“金标准”。

　　缺点：设备极其昂贵，测试周期长，样品尺寸通常有限(多为小型圆柱或软包电池)。

　　方法二：加速量热仪法(Accelerating Rate Calorimetry, ARC)的等温模式

　　ARC通常用于绝热测试，但其等温模式(HWS模式) 也可用于产热测量。

　　原理：

　　将电池放入ARC样品腔。

　　设定目标温度，腔体加热至该温度并保持。

　　电池工作时，其产热会导致样品自身温度有上升趋势。

　　ARC检测到微小温升(如0.02°C/min)后，会启动腔体加热器，使腔体温度紧紧跟随样品温度，营造一个“准等温”环境。

　　通过计算维持腔体与样品同温所需的加热器功率，可以推算出电池产热功率。

　　设备：绝热加速量热仪(如英国THT， 美国NETZSCH)。

　　优点：可测试更大尺寸电池(如大圆柱、方壳)，设备在热安全测试中更普及。

　　缺点：精度略低于专用等温量热仪，且对低产热功率的测量灵敏度相对较低。

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