NEC电池产热及速率计算

 

对于双电解质电池，忽略混合焓变和相变过程的影响，电池的总产热量可表示为

其中α _sj为单位体积的界面面积，cm ² ·cm ^-3；i _nj为转移电流密度，A·cm ^-2；Ф _s为底物电位，V；Ф _e为溶液电位，V；U _j为平衡电位，V；T为温度，K；σ ^eff为基质的有效电导率，Ω ^-1 ·cm ^-1；ce 为电解质浓度，mol·cm ^-3。

可以看出，上述公式的计算比较复杂。为简化计算，电池的反应热用Q _r表示；电池极化引起的能量损失用_Q p表示；电池存在副反应，典型的副反应是电解液的分解和自放电，副反应引起的能量损失用Q s_表示；电池内有电阻，产生焦耳热Q _j。因此，电池的总热源可以表示为Q=Q _r +Q _p +Q _s +Q _j

电池平均产热率（W）=产生的热量（J）/循环时间（s）

数学上表示为
V=Q/t

式中，V为平均产热量，W；Q为电池在工作时间内的总发热量，J；t为电池的工作时间，s。

电池的发热与自身性能有关，包括以下几个部分：
（1）电池的化学成分和结构。
(2)充电的初始状态和终止状态。
(3)电池的初始温度。
(4)充放电的速率和方式。

当确定电池类型时，需要考察上述（2）至（4）的影响，并设计实验进行测量和计算。例如，电池模组以1C从100%荷电状态（SOC）放电到0%荷电状态，循环时间为3600s。在测量过程释放的热量后，可以计算出热产生率。

电池在充电、放电或充放电循环过程中的能量效率也可以通过测量电池的发热率来确定。
能效=[1-（电池产生的热量/输入或输出的电能）]×100

数学上表示为
H=(1-Q/E)×100

设计热管理系统，除了要知道电池的发热率外，还需要知道电池的热容量。热容量是指加热或冷却1kg电池材料使其升高或降低1℃所需的能量，单位为J·kg-1·℃-1。根据量热法求出电池模组从初始温度T1变化到最终温度T2所损失或获得的热量Q，则电池的热容量为Cp=Q/
m(T ₁ -T ₂ )

其中 m 是电池模块的总质量。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-22 11:48:02 整理发布。
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