高温平板电池夹具在储能电站电池性能评估中的应用与优化

引言

       储能电站作为新能源电力系统的 “稳定器"，其核心设备电池的长期可靠性、环境适应性直接决定电网安全。随着储能电站向高容量、长循环、户外工况（夏季高温 50℃+、昼夜温差 20℃+）升级，高温环境下电池的容量衰减、内阻变化、热失控风险等问题愈发突出。高温平板电池夹具作为电池性能评估的核心设备，能够精准模拟储能电站实际高温工况，为电池选型、寿命预测及安全防护提供关键数据支撑。本文结合储能电站测试需求，系统梳理高温平板电池夹具的核心应用场景，剖析当前技术瓶颈，并提出针对性优化方案，为储能行业高质量发展提供技术参考。

一、储能电站电池性能评估的核心需求与夹具应用场景

（一）核心评估需求

       储能电站电池性能评估需围绕 “实用性、安全性、长效性" 三大核心，重点关注四项指标：一是高温循环寿命（50℃-65℃下循环 1000 次以上容量保持率）；二是热稳定性与热失控临界参数；三是电池模组一致性（电压、温度极差）；四是高温下的能量转换效率。这些指标需符合 GB/T 36276—2023、UL 9540A 等国内外标准要求。

（二）关键应用场景

       高温循环性能测试：模拟储能电站夏季高温工况（50℃-55℃），通过夹具实现 0.1C-1C 倍率充放电循环，评估电池容量衰减规律与库仑效率。例如采用夹具对磷酸铁锂电池进行 55℃、1C 循环测试，500 次循环后容量保持率需≥85% 方可满足电站使用要求。

      热稳定性与热失控评估：配合高温老化房，以 5±2℃/min 升温速率加热至 130℃±2℃，通过夹具集成的温度、压力传感器，实时监测热失控起始温度、气体释放量等关键参数，为电站热管理系统设计提供依据。

     模组一致性测试：针对储能电站多电芯串并联模组，利用夹具的多通道同步测试功能，监测不同电芯在高温环境下的电压极差、温度极差，确保模组运行均衡性。

     工艺验证测试：用于电池电极制备、封装工艺的优化验证，通过高温环境下的性能测试，筛选适配储能场景的优工艺参数，避免电解液泄漏、结构变形等问题。

二、当前高温平板电池夹具的技术瓶颈

（一）多参数协同控制精度不足

      高温与高压、高倍率工况耦合时，夹具温度均匀性易恶化，部分产品温度波动超过 ±3℃，远超储能测试要求的 ±1℃精度标准。同时，接触压力与温度变化不同步，导致电池界面接触电阻波动，影响容量、内阻测试数据准确性。

（二）长效测试可靠性欠缺

       储能电池测试周期常达 48-72 小时，部分夹具在长期高温（60℃以上）环境下，密封材料老化加速，出现电解液泄漏（泄漏率超 0.1mL/min）、结构蠕变等问题，导致测试中断或数据失真。

（三）模组化适配能力有限

      传统夹具多针对单体电池设计，难以适配储能电站常用的大容量模组（如 100Ah 以上），且换型效率低，无法满足多规格电池的批量测试需求，制约电站选型效率。

（四）安全防护体系不完善

      热失控测试中，夹具缺乏高效的气体排放通道与防爆防护设计，可燃气体积聚易引发安全风险。同时，温度、压力数据采样频率不足（低于 10Hz），难以捕捉热失控瞬间的参数突变。

三、高温平板电池夹具的优化方案

（一）结构设计优化：提升协同控制与适配性

      采用 “蜂窝状加热 + 分区控温" 结构，通过多物理场仿真优化加热元件布局，将温度均匀性提升至 ±1.5℃以内，满足储能测试高精度要求。

      设计弹性补偿式压紧机构，选用碳纤维复合材料（热膨胀系数 < 1×10⁻⁶/℃）作为支撑基体，补偿高温下的结构形变，使接触压力波动控制在 ±0.05MPa 以内。

      推行模块化设计，支持 20-100Ah 不同容量单体及小型模组测试，通过快速换型组件将换型时间缩短至 30 分钟以内，适配批量测试需求。

      增设专用气体导流通道与防爆泄压阀，配合每小时不少于 10 次的换气效率设计，降低热失控测试中的安全风险。

（二）材料与密封系统升级：强化长效可靠性

      结构材料选用 Inconel 625 耐高温合金与碳纤维增强复合材料组合，兼顾高强度与轻量化，在 65℃高温下长期使用变形量降低 80%。

      密封系统采用 “氟橡胶 + 石墨垫片" 双层结构，配合纳米氮化硅涂层界面处理，将泄漏率控制在 0.1mL/min 以下，提升耐电解液腐蚀能力。

      接触层选用钯合金等耐腐蚀材料，降低高温下的氧化损耗，使夹具使用寿命延长至 5000 次循环以上。

（三）智能测控系统集成：提升数据精准度

     集成高速 ADC（1MSPS）与多通道同步记录模块，将电压、温度采样频率提升至 1kHz，精准捕捉热失控等瞬态过程的参数变化。

     搭载 PID 智能温控算法与压力反馈调节系统，实现温度、压力的实时联动控制，适配储能电站动态温度环境下的测试需求。

    新增模组一致性分析功能，自动计算电压极差、温度极差等关键指标，生成符合 T/CPSS 1007—2025 标准的综合评价报告。

（四）安全防护强化：适配测试场景

    采用防火阻燃材料制作夹具外壳，集成烟雾报警器与七氟丙烷灭火接口，构建全流程安全防护体系。

    设计独立的热失控隔离腔，避免单个电池热失控蔓延至其他测试样品，保障测试过程安全可控。

    优化电气系统绝缘设计，使绝缘电阻≥10¹⁰Ω，杜绝高温下的短路风险。

四、优化效果验证与应用前景

（一）优化效果验证

     高温循环测试：在 55℃、1C 倍率条件下，对 100Ah 磷酸铁锂储能电池进行 500 次循环测试，夹具温度均匀性稳定在 ±1.2℃，测试数据重复性误差≤2%，电池容量保持率测试结果与标准设备偏差 < 1%。

     长效可靠性测试：65℃高温下连续运行 72 小时，夹具无泄漏、无变形，接触电阻波动≤3%，满足储能电站长期测试需求。

     热失控测试：成功捕捉到电池在 128℃时的热失控起始信号，气体排放效率提升 40%，未出现安全风险。

（二）应用前景

    优化后的高温平板电池夹具可适配锂离子电池、钠离子电池等多种储能电池体系，不仅能满足储能电站电池选型、寿命评估的核心需求，还可支撑新型储能电池的研发迭代。随着 “双碳" 目标推进，其在电网侧、用户侧储能项目中的应用将持续扩大，为储能电站安全高效运行提供关键技术保障。

结语

     高温平板电池夹具是储能电站电池性能评估的核心设备，其技术水平直接影响测试数据的可靠性与测试过程的安全性。当前夹具在协同控制精度、长效可靠性等方面的瓶颈，制约了储能电池性能的精准评估。通过结构优化、材料升级、智能集成与安全强化等多维度改进，可有效提升夹具的适配性、精准度与安全性，满足储能电站高要求测试需求。未来，需进一步推动夹具技术与储能电池技术的协同迭代，强化标准化设计，降低使用成本，为储能行业的规模化、高质量发展提供更有力的支撑。

产品展示

    SSC-SOFCSOEC80系列高温平板电池夹具，适用于固体氧化物电池测试SOFC和电热催化系统评价SOEC。其采用氧化铝陶瓷作为基本材料，避免了不锈钢夹具在高温下的Cr 挥发，因此可以排除Cr挥发对于阴极性能的影响；采用铂金网作为电流收集材料，不需要设置筋条结构，因此可以认为气体的流动、扩散基本没有“死区"，可以尽可能地释放出电池的性能；夹具的流场也可以根据需要调整为对流或顺流，可以考察流动方式的影响。对于电池的寿命可以更加准确地进行测试和判断，特别是电池供应商，表征产品在理想情况(即排除不合理流场干扰等)下的性能，所以多采用此类夹具。

产品优势：

SOFC 平板型评价夹具可对应 20*20mm，30*30mm，耐温900℃。

全陶瓷制可避免金属内不良元素的影响,适合耐久性实验。

高温弹簧构造排除了构成材料内热应力的影响。

可定制客户要求的尺寸。

气体密闭采用了高温弹簧压缩电池的方法，

更换及电炉里的装配电流端子，电压端子，热电偶端子，输气和排气口，气体流量Max 2L/min；

铂金集流体和铂金电压、电流线。