NEC電池產(chǎn)熱及速率計(jì)算

 

對(duì)于雙電解質(zhì)電池，忽略混合焓變和相變過(guò)程的影響，電池的總產(chǎn)熱量可表示為

其中α _sj為單位體積的界面面積，cm ² ·cm ^-3；i _nj為轉(zhuǎn)移電流密度，A·cm ^-2；Ф _s為底物電位，V；Ф _e為溶液電位，V；U _j為平衡電位，V；T為溫度，K；σ ^eff為基質(zhì)的有效電導(dǎo)率，Ω ^-1 ·cm ^-1；ce 為電解質(zhì)濃度，mol·cm ^-3。

可以看出，上述公式的計(jì)算比較復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，電池的反應(yīng)熱用Q _r表示；電池極化引起的能量損失用_Q p表示；電池存在副反應(yīng)，典型的副反應(yīng)是電解液的分解和自放電，副反應(yīng)引起的能量損失用Q s_表示；電池內(nèi)有電阻，產(chǎn)生焦耳熱Q _j。因此，電池的總熱源可以表示為Q=Q _r +Q _p +Q _s +Q _j

電池平均產(chǎn)熱率（W）=產(chǎn)生的熱量（J）/循環(huán)時(shí)間（s）

數(shù)學(xué)上表示為
V=Q/t

式中，V為平均產(chǎn)熱量，W；Q為電池在工作時(shí)間內(nèi)的總發(fā)熱量，J；t為電池的工作時(shí)間，s。

電池的發(fā)熱與自身性能有關(guān)，包括以下幾個(gè)部分：
（1）電池的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。
(2)充電的初始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)。
(3)電池的初始溫度。
(4)充放電的速率和方式。

當(dāng)確定電池類(lèi)型時(shí)，需要考察上述（2）至（4）的影響，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。例如，電池模組以1C從100%荷電狀態(tài)（SOC）放電到0%荷電狀態(tài)，循環(huán)時(shí)間為3600s。在測(cè)量過(guò)程釋放的熱量后，可以計(jì)算出熱產(chǎn)生率。

電池在充電、放電或充放電循環(huán)過(guò)程中的能量效率也可以通過(guò)測(cè)量電池的發(fā)熱率來(lái)確定。
能效=[1-（電池產(chǎn)生的熱量/輸入或輸出的電能）]×100

數(shù)學(xué)上表示為
H=(1-Q/E)×100

設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)，除了要知道電池的發(fā)熱率外，還需要知道電池的熱容量。熱容量是指加熱或冷卻1kg電池材料使其升高或降低1℃所需的能量，單位為J·kg-1·℃-1。根據(jù)量熱法求出電池模組從初始溫度T1變化到最終溫度T2所損失或獲得的熱量Q，則電池的熱容量為Cp=Q/
m(T ₁ -T ₂ )

其中 m 是電池模塊的總質(zhì)量。

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本文由日本NEC鋰電池中國(guó)營(yíng)銷(xiāo)中心于2023-04-22 11:48:02 整理發(fā)布。
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