随着全球能源结构转型与碳中和目标的深入推进，电动汽车正以前所未有的速度重塑交通领域格局。作为电动汽车的“心脏”，动力电池的性能直接决定了整车的续航里程、安全可靠性与使用寿命。在众多电池技术路线中，磷酸铁锂刀片电池凭借其高安全、长寿命、低成本的显著优势，已成为当前市场的主流选择之一。然而，伴随着电池系统能量密度与功率密度的持续提升，其内部的热行为变得愈发复杂且关键。

电池在工作过程中，尤其是大倍率充放电时，由于电池结构与极化等因素的影响，内部产生的焦耳热与反应热在空间与时间上存在显著差异。若热量无法及时、均匀地耗散，将导致电池内部温度升高、温度梯度增大，进而诱发一系列连锁问题：局部过热可能加速副反应，引起活性物质衰退和容量衰减；严重的温度不均将加剧内应力，影响机械结构稳定性，甚至埋下热失控的安全隐患。因此，精准把握电池内部产热在时间与空间两个维度的分布特性，一方面是深入理解电池的电-热耦合特性的关键手段，同时也是优化电池热管理系统设计、提升电池包整体性能与安全性的基石。

热衡科技创新研发的电池产热时空分布分析仪BSA，可以快速、准确测量工作状态下电池的产热时空分布与温度时空分布，实现了更高维度、更多工况下电池热特性的全面表征。

刀片电池产热时空分布特性

使用BSA对某刀片电池进行25℃下的1C放电过程测试，空间分辨率为10mm，时间分辨率为1s，刀片电池正极坐标为0，负极坐标为57。测量得到的表面温度如下：

可以看到放电过程中电池表面温度存在显著的差异：放电初期正负极处的温度高于电池中间部位，且正极温度高于负极温度。放电末期，电池中部的温度显著升高，超过了正负极的温度。温度的时空分布差异，反映出电池的内部温度与产热也存在时间与空间上的分布特性。仅使用表面温度分布，只能定性或半定量地进行电池热特性在时间与空间上的分析，难以得到准确的规律性结果。

使用BSA计算得到电池的产热时空分布如下：

可以看到与表面温度测量结果相比，产热时空分布的测量结果，直接反映出电池的产热特性在空间与时间上的分布特征：在绝大部分放电过程中，正负极处的产热明显高于电池中间部位，且正极处产热高于负极产热；在放电末端，电池中部、特别是靠近负极一侧，产热显著增加。

将电池不同位置的产热随时间变化整理如下：

可以看到，在放电过程中，电池正极处产热比负极产热高出44%左右；电池中间位置（15，29，43）之间的产热差异不大，但是在放电末端，p29与p43产热显著增加，最终超过了正极与负极处的产热。

进一步地，将电池均匀分为三部分：

在3000s前，产热规律为p1-19>p39-57>p20-38，即正极一侧产热最高，负极一侧产热次之，中间区域产热最低，三者之间的比例约为10:8:7。在3000s后，正极一侧产热略有增加，负极一侧与中间区域产热显著增加，放电终止时比正极一侧产热高出70%-80%。

总结

本文通过应用热衡科技创新研发的电池产热时空分布分析仪（BSA），对刀片电池在1C放电过程中的热行为进行了高时空分辨率（空间10mm，时间1s）的原位测量与深入分析，揭示了传统方法难以捕捉的内部产热时空演化规律，并获得以下核心结论：

1. 刀片电池内部产热具有显著的非均匀性与动态时变特性。

研究结果表明，电池的产热在空间上并非均匀分布，在时间上亦非恒定。在整个放电过程中，产热主要集中于正、负极耳附近区域，且正极侧产热始终高于负极侧，在放电中期二者相差约44%。电池中间区域的产热在大部分时间内维持在较低水平，但在放电末期（SOC较低时）会急剧上升，尤其是靠近负极一侧，其最终产热速率可超过极耳区域70%-80%。这一现象与表面温度监测结果相互印证，但BSA提供的直接产热数据更具前瞻性和机理揭示能力。

2. BSA提供的直接产热分布信息，超越了传统表面温度测量的局限。

尽管表面温度分布也能反映出一定的空间差异（如初期正负极温度高、末期中部温度高），但其作为产热的间接和滞后信号，难以准确量化内部热源的强度与演变。本工作通过BSA直接测量并计算得到的产热率时空分布图，清晰地区分了不同区域（正极区、中间区、负极区）在整个时间轴上的贡献比例变化（从约10:7:8演变为末期的高度不均），为理解电-热耦合机理提供了直观、定量的数据基础。

3. 研究结论对电池热管理设计与安全预警具有明确指导意义。

• 热管理设计优化：

发现正极区域是持续的高产热源，而放电末期的产热焦点会向电池中部转移。这提示传统的、侧重于整体或端面冷却的方案可能不足，未来的热管理系统（如液冷板设计、导热路径优化）需要针对这种动态的非均匀产热进行针对性强化，例如加强对正极区域的持续冷却能力，并对电池体中后部在放电末期的散热予以特别关注。

• 电池状态评估与安全预警：

放电末期电池内部产热的剧烈变化与重新分布，是电化学极化加剧等内部状态的直接反映。监测此类产热时空分布的特征拐点，可作为电池健康状态（SOH）评估和极端工况（如快充、低温放电）安全预警的新兴关键参数，为实现基于电池内部真实状态的智能热管理控制策略提供了新的输入维度。

热衡科技致力于新能源、新材料的创新热测试分析方法研究与设备研发，在电池热特性测试方面具有完整的先进解决方案，具有突出的科学性、原创性与应用价值，并且测试结果可验证、可溯源、可靠性高。欢迎大家与我们一同交流、沟通，共同推动电池热管理与热安全的发展与进步。

电池资料

2022-03-30

2022-06-15

2022-03-07

2021-01-07

2021-01-02

2020-12-29

2020-12-26

2020-11-10

2020-10-14

2020-12-08