[发明专利]一种不规则样品导热性能测试方法

说明书

本发明公开了一种针对锂电池等不规则样品的导热性能测试方法。本发明让待测样品先后处于恒温T0状态、表面具有强对流换热系数的恒温T1状态、表面绝热等三种状态，构造出待测样品内部与环境之间换热的非稳态传热过程；该测试以待测样品自身储能作为热源或热沉，在不损坏样品情况下实现内外传热测试，可避免不均匀样品表层良导热材料带来的热屏蔽效果，也可解决样品不规则形状带来的加热难题。该方法可用于金属外壳方形锂电池等效导热系数的无损测试，也可用于其它常规方法难以检测的不规则形状样品导热性能无损测试。

技术领域

本发明涉及一种材料导热性能测试方法，更具体的是一种针对方形锂电池等不规则样品的导热性能测试方法。

背景技术

材料导热性能对热设计至关重要，准确测试材料导热性能是系统设计的基础，也是生产品质控制的依据。材料导热性能一般采用导热系数表示，少数时候也使用热扩散率参数表征，在已知密度和比热容的情况下，二者知其一可计算另一个。

导热性能测试目前有很多方法和标准，但这些方法大多针对传统材料，一般要求测试样品是各向同性的均匀材料。随着技术的发展，各种新材料和新工艺出现，一些传统方法出现测试效果不理想的情形。比如锂电池热设计中需要其导热系数，但目前缺乏合适的实验测试方法。锂电池一般包括圆柱、软包、方形等几种封装形式，其中软包锂电池相对较规则，已经有一些无损测试方法见诸文献，而圆柱和方形锂电池的导热系数无损测试方法目前还很欠缺，其主要原因是二者非常不规则。

锂电池的不规则主要体现在三方面。第一，锂电池导热性能具有各向异性，圆柱形锂电池一般在轴向和径向具有不同导热系数，而方形锂电池在平行叠片方向和垂直叠片方向具有不同导热系数。第二，圆柱形和方形锂电池具有非均匀结构，二者内部一般为卷绕或层叠的内芯，而外部有金属外壳；由于金属外壳的导热性能较好，一般远大于圆柱锂电池径向导热系数，也远大于方形锂电池纵向导热系数；常规无损测试方法的加热和测温都布置在锂电池表面，金属外壳会产生类似热屏蔽的效果，导致测试对内芯导热系数不敏感。第三，圆柱形锂电池形状不规则，难以通过外部热源热沉构造一维传热。

对于类似锂电池这样的不规则样品，常规方法难以适用。比如稳态法要求构造一维传热，而锂电池的不规则特征导致传热一般是不均匀的，不符合测试模型要求。非稳态法如闪光法主要适用于薄片，且要求样品是均匀材料；瞬态平面热源法也要求样品是均匀材料，且具有平整表面。

常规导热系数或热扩散率无损测试方法中，加热和观测一般都位于待测样品的表面，因此样品表层材料的性质比内部材料对测试结果影响更大。如果待测样品为非均匀材料，比如具有金属外壳的锂电池，则传热很不均匀，热量主要通过金属外壳从热源传递到热沉，样品内部材料性质对测试结果影响很小。而在实际应用中可能更关心待测样品内部和外部热交换时的导热性能，以致测试得到的等效参数无法对实际应用产生指导价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：对类似于锂电池的具有形状不规则、材质不均匀等特征的不规则样品，如何采用无损的方法对其导热性能进行测试。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种不规则样品导热性能测试方法，测试过程包括如下三个步骤：

步骤1：将待测样品放置在环境Env0中，Env0为恒温环境，温度记为T0；待测样品在环境Env0中保持足够时间，直到待测样品温度为T0且各处温度均匀。

步骤2：将待测样品快速转移到环境Env1中，Env1为恒温强对流环境；Env1的温度与Env0温度不同，记温度为T1；Env1中待测样品表面换热系数hs1应尽量大，一般应大于100；待测样品在环境Env1中保持一段时间并与环境进行热交换，该保持时间timTx的取值应使该时间段中待测样品平均温度变化与T1-T0的绝对值的比值在0.2-0.8间。