综述：锂离子电池热建模与表征的综合评述

（编辑推荐）本综述系统阐述了锂离子电池（LIB）热管理领域的关键挑战与解决方案，聚焦热模型分类（如等效电路模型ECM、有限元模型FEM）、热参数表征技术（如脉冲电流法、熵热系数EHC测定）及热生成机制（不可逆焦耳热QJ 与可逆熵热QΔS ），为电池安全设计（BTMS）和快充优化提供理论支撑。

　　

锂离子电池热建模与表征的科学全景

1. 热管理的重要性与挑战

锂离子电池（LIB）的性能与寿命高度依赖温度稳定性。工作温度超出15-35°C范围会引发固态电解质界面（SEI）降解、锂枝晶生长等问题，而商用电池包中传感器稀疏分布（平均1:10的传感器-电芯比）导致核心温度监测困难。大尺寸电芯（如800V高压系统）的普及更凸显了分布式热建模的紧迫性。

2. 热模型家族图谱

描述性模型：基于多物理场方程（如P2D模型），通过COMSOL等软件实现三维温度场仿真，但计算复杂度高。
行为模型：

• 等效电路模型（ECM）：Cauer模型（物理参数可解释）与Foster模型（纯数学拟合）分别适用于模块化设计和快速参数辨识。
• 数据驱动模型：神经网络（NN）通过阻抗谱特征（如特定频率虚部）预测温度，进化算法（EA）则用于模型参数优化。

空间维度：

• 0D集总模型（Bi数?1时适用）仅跟踪平均温度，而3D模型可解析径向/轴向热导率差异（如圆柱电芯κ_z
  =30.4 W·m^-1
  ·K^-1
  远高于κ_r
  =0.20 W·m^-1
  ·K^-1
  ）。

3. 热参数表征技术

导热系数κ：

• 激光闪射法（瞬态）与保护热板法（稳态）适用于材料级测量，而电池级原位技术如脉冲电流法通过拟合温升曲线反推κ值。
• 加权平均法（公式κ=∑L_i
  /∑(L_i
  /κ_i
  )）可估算多层结构的等效导热率。

比热容C_p
：

• 绝热量热计直接测量整体电池的C_p
  （如NCA电芯776.59 J·kg^-1
  ·K^-1
  ），而差分扫描量热（DSC）需拆解电芯测量组分材料。

4. 热生成机制解构

不可逆热Q_J
：

• 源于欧姆过电位η=R_η
  I，占主导地位（70%以上）。正极耳附近因铝箔电阻较高成为热点区域。
• 测量技术对比：10ms脉冲测试比2s测试的电阻值低30%，反映扩散过程的时变特性。

可逆热Q_ΔS
：

• 熵变ΔS=nF·?U_OC
  /?T（U_OC
  为开路电压）决定其方向，LFP电池在50%SOC附近存在从吸热到放热的转变。
• 电位法通过控温气候箱测量?U_OC
  /?T，而调制量热计直接捕获热流信号。

5. 未来方向

多物理场耦合模型（如电-热-老化耦合）与嵌入式微型传感器（如光纤布拉格光栅）将推动高精度热监控发展。相变材料（PCM）与液冷系统的协同设计，需结合接触热阻（TCR）模型优化界面传热效率。

（注：全文基于原文实验数据与模型推导，未添加任何虚构结论）