Obliczanie wytwarzania ciepła baterie litowe jest ważną częścią zarządzania termicznego baterii, obejmującą wiele źródeł ciepła. Poniżej przedstawiono szczegółowe metody i kroki obliczeniowe:

1. Główne źródło ciepła
Generowanie ciepła przez baterie litowe pochodzi głównie z następujących części:
Ciepło Joule'a (Qj): Ciepło wytwarzane, gdy prąd przepływa przez wewnętrzny opór baterii.
2. Ciepło reakcji (Qr): Ciepło wytwarzane w wyniku reakcji elektrochemicznej.
3. Ciepło polaryzacji (Qp): Ciepło wytwarzane przez polaryzację elektrody.
Ciepło reakcji ubocznych (Qs): Ciepło wytwarzane przez reakcje uboczne (takie jak rozkład elektrolitu).

2. Ciepło Joule'a (Qj
Ciepło Joule’a jest głównym źródłem ciepła w bateriach litowych. Wzór obliczeniowy jest następujący:
Qj=I²⋅R⋅t
Qj: Ciepło Joule'a (J
I: Prąd (A)
R: Rezystancja wewnętrzna akumulatora (Ω)
t: Czas (s)

3. Ciepło reakcji (Qr)
Ciepło reakcji to ciepło wytwarzane w wyniku reakcji elektrochemicznej, a jego wzór obliczeniowy jest następujący:
Qr = n⋅ΔH
Qr: Ciepło reakcji (J)
n: Liczba molowa (mol) substancji reaktywnej
ΔH: Zmiana entalpii reakcji (J/mol)

4. Ciepło polaryzacji (Qp)
Ciepło polaryzacji powstaje w wyniku polaryzacji elektrody, a wzór obliczeniowy jest następujący:
Qp =I⋅η⋅t
Qp: ciepło polaryzacji (J)
I: Prąd (A)
η : Nadpotencjał (V)
t: Czas (s)

5. Ciepło reakcji ubocznych (Qs)
Ciepło reakcji wtórnej jest zwykle niewielkie, ale nie można go ignorować w warunkach wysokiej temperatury lub przeładowania/nadmiernego rozładowania. Jego obliczenie musi zostać przeprowadzone w oparciu o parametry termodynamiczne konkretnych reakcji ubocznych.

6. Całkowita wartość kaloryczna
Całkowita wartość opałowa jest sumą ciepła wyżej wymienionych części:
Qcałkowita=Qj+Qr+Qp+Qs

7. Przykładowe obliczenia
Hipoteza:
Prąd I=10A
Rezystancja wewnętrzna akumulatora R=0,01Ω
Czas rozładowania t=3600 sekund
Liczba molowa substancji reaktywnej n=0,05mol
Zmiana entalpii reakcji ΔH= -100 kJ/mol
Nadpotencjał η=0,1V
(1) Oblicz ciepło Joule'a
Qj =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0,01⋅3600=3600J
(2) Oblicz ciepło reakcji
Qr = n⋅ΔH=0,05⋅(-100 × 1000)= -5000 J
(Wartość ujemna oznacza absorpcję ciepła)
(3) Oblicz ciepło polaryzacji
Qp =I⋅η⋅t=10⋅0,1⋅3600=3600J
(4) Całkowita wartość kaloryczna
Załóżmy, że ciepło reakcji ubocznej Qs = 0 (ignorowane):
Qcałkowita=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. Konwersja jednostek
1 J = 0,239 kal
1 kal = 4,184 J
Na przykład przelicz całkowitą wartość kaloryczną na kalorie:
Ilość całkowita = 2200 × 0,239 = 525,8 kalorii

9. Środki ostrożności
Zmiany rezystancji wewnętrznej: Rezystancja wewnętrzna akumulatora zmienia się w zależności od takich czynników, jak temperatura i starzenie, i należy ją dostosować do aktualnej sytuacji.
2. Warunki odprowadzania ciepła: Rzeczywista generacja ciepła zależy od warunków odprowadzania ciepła i należy ją analizować w połączeniu z systemem zarządzania ciepłem.
3. Ciepło reakcji wtórnej: W przypadku wysokiej temperatury lub ekstremalnych warunków pracy ciepło reakcji wtórnej może znacznie wzrosnąć.

Streszczenie
Obliczenia wytwarzania ciepła przez baterie litowe obejmują ciepło Joule’a, ciepło reakcji, ciepło polaryzacji i wtórne ciepło reakcji. Za pomocą powyższych wzorów i kroków można oszacować ciepło wytwarzane przez baterię podczas ładowania i rozładowywania, co stanowi podstawę do projektowania zarządzania termicznego.