铜铝排专题：温升

电池包内铜排和铝排的温升控制与电芯安全考量

一、概述

在电池包系统中，铜排和铝排作为关键导电部件，其温升控制直接关系到电芯安全与系统可靠性，目前行业尚未出台针对电池包内铜铝排温升的专项国标或行标。

部分参考《GB/T 37133—2025 电动汽车用高压连接系统》中 “高压连接系统各点温升不应大于 55K” 进行温升不超过55K的要求，但这个标准有些不适合电池包内的环境工况。

铜铝排在电池包内，需要满足电池包内的安全和环境要求，避免电池包内温度过高，造成电芯安全风险。

二、温升的产生机制

1. 焦耳热效应主导发热

电流通过铜排和铝排时，依据焦耳定律 Q=I²Rt（Q 为热量，I 为电流，R 为电阻，t 为时间），导体因自身电阻产生热量。尽管铜、铝导电性能优良，电阻值较小，但在电池包大电流充放电场景下（如电动汽车快充时瞬间电流可达数百安培），热量积累显著。若散热不及时，导体温度升高后，会通过热传导影响周边电芯。

电池包内存在三层温度关系：包外环境温度、包内环境温度、发热体（铜排、铝排、电芯等）表面温度。其中，包内温度 = 包外环境温度 + 发热体引发的包内温升；发热体表面温度 = 包内温度 + 发热体自身温升。当发热与散热达到平衡时，温度与温升趋于稳定。

2. 接触电阻引发额外温升

铜排、铝排与电池极柱、端子等部件的连接部位存在接触电阻，若连接松动、表面氧化或沾染杂质，接触电阻会急剧增大。根据功率公式 P=I²R，接触电阻增大将导致局部产热激增，形成热点。这些热点温度通常远高于导体本体，极易通过热辐射和热传导传递给附近电芯，使其温度逼近甚至超过 60℃的安全上限，直接威胁电芯寿命与安全。

三、温升的考虑因素

1. 对电芯安全的直接威胁

电芯的安全工作温度范围为 – 20℃-60℃，铜排和铝排的过高温升是破坏这一平衡的安全风险源之一：

当电芯温度超过 60℃时，内部化学反应速率骤增，导致容量衰减加速、自放电率上升，循环寿命大幅缩短，极端情况下，高温会触发热失控；

2. 对铜排、铝排自身性能的破坏

高温会加速铜排和铝排的老化与性能劣化：

铜排：高温下表面易生成氧化铜，其电阻为纯铜的数倍，会进一步加剧发热，形成恶性循环。长期温度过高（接近 105K 温升对应的 145℃）还会导致铜材退火，硬度和强度下降，可能引发变形、断裂，破坏电池包结构稳定性。

铝排：铝的化学活性更高，高温高湿环境下表面氧化速度远快于铜，生成的氧化铝绝缘层会显著降低导电能力。同时，铝的机械强度对温度更敏感，温升超过 55K 后，易发生蠕变（高温下缓慢塑性变形），导致连接松动，进一步增大接触电阻。

以上来源：《GBT 7251.1-2023低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则》的附录 L (资料性)温升试验指南中：

三、铜排和铝排的温升限制要求

1. 基于电芯保护温升要求

铜排和铝排的温升限制需以电芯安全为核心，结合材料特性制定：

铜排：温升控制在40K，以环境温度 25℃为例，铜排表面温度≤65℃（温升 < 40K），这是因为热量从铜排传递到电芯的过程中会有一定衰减，若铜排温度超过 70℃，即使经过空气衰减，仍可能导致电芯温度突破 60℃。同时，40K 以内的温升可避免铜排因过热发生退火，保障其机械与导电性能稳定，（当然，具体项目以电芯和热管理要求为准，预留一定冗余温度）。

铝排：由于铝的导电率仅为铜的 70%，相同电流下产热更多，且热传导特性更易影响电芯，因此温升限制更严格，比如要求 < 40K，温升控制在55K 内防止铝排缓慢塑性变形。

2. 不同场景下的要求

因频繁经历急加速、快充等大电流工况，加上铜铝排外裹绝缘和防火材料不利于散热，铜排和铝排的瞬时温升控制更严苛。

电池包内应用的铜铝排温升不高于30-40K，以应对瞬时大电流产热高峰，确保电芯温度稳定在安全区间，保障续航与充电效率。

四、温升控制的关键措施

截面积选择：导体电阻与截面积成反比，增大截面积可有效降低产热。设计时需根据最大工作电流计算合理截面积，铜的电流密度通常取 3-5A/mm²，铝取 2-3A/mm²。例如，当电流为 500A 时，铜排截面积需≥100mm²（500A÷5A/mm²），以将温升控制在 40K 以内。

表面处理技术：

铜铝排接触面镀镍可减缓氧化，降低接触电阻 30%-50%，相同载流下温升降低 5-10K。

连接方式优化：

焊接（如激光焊、超声波焊）可实现低接触电阻（通常 < 10μΩ），减少局部产热，但需控制工艺参数避免损伤导体。

采用铜铝复合排减少铜铝过渡产生的接触电阻。