锂離子電池熱效應原理解說

TIME: 2022-05-26 锂電池百科

用過電池的朋友相信都感受過電池發熱的情況，當然大多數情況下的電池發熱是在可控且安全的範圍內的，但是也有少部分是不可控的，導致電池自燃爆炸事故的，這個主要是因爲锂離子電池热效应超过了可控范围的原因，那么锂離子電池热效应原理是怎么样的呢？

1、電池熱效應産生的原因

锂離子電池分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次型电池。工作的时候，靠锂离子在正负极之间的移动来实现电池的充放电。目前锂離子電池正极材料主要使用的是L iCo O2，充电时，电池两极间的电压迫使正极的L iC o O 2 释出锂离子，嵌入电池负极排列呈片层结构的锂-碳化合物中；放电时，锂离子则从负极片层结构的锂-碳化合物中析出，重新和正极的化合物结合，锂离子的移动产生了电流，这个过程会产生热量，这些锂离子数量过大的时候，就会开始发生过大的热量，而散热跟不上的时候，那么就会发生发热失控的情况。

2、離子電池的熱效應模型

锂離子電池从外形分类一般分圆柱形和方形，而聚合物锂离子还可制成任意形状。根据锂电池热效应的基本原理，建立一个直角坐标系内的空间锂離子電池热效应数学模型，用数学的方式描述锂離子電池热效应的基本状态。数学模型的建立通常实在理想的情况下进行的，锂电池的热效应数学模型也不例外，这就要求我们对电池进行必要的简化，具体简化如下：

( 1 ) 因为我们分析的是液态锂離子電池，其内部电解液几乎不流动,可以将电解液的对流散热效应忽略。

(2)锂電池在工作過程的輻射熱影響非常小，可以忽略不計。

(3)因爲數學模型是在理想情況下建立的，假定電池的各種參數不變，忽略溫度對其的影響。

(4)電池的正負極及電解液的材料是各項同性的。

(5)熱量在電池內部是均勻分布的。

(6)锂電池在各個方向上具有相同的導熱系數。

离子电池在充、放电的时候,会发生极化反应,平均电压与开路电压在这种情况下会产生偏差,由于这种电压偏差而产生的热量就叫做极化热, 极化热在锂離子電池充放电的时候都为正值。

锂離子電池的电极存在着自放电的现象从而会引起电极的分解,由于电极自放电而产生的热量叫分解热,这部分热量在充放电的时候都很小,可以忽略不计。锂離子電池内部的电阻在充放电过程中因为发热而产生的热量称为焦耳热，这部分热量都为正值。

通常情况下，锂離子電池在放电的时候产生的热量要大于锂離子電池在充电的时候产生的热量,根据情况，该文只探讨电池在充放电过程中产生的热量,并根据热量产生的状态采取一定的散热措施, 从而对电池充放电起到保护的作用。

新能源汽车使用的动力锂離子電池对快速充电和大电流放电有较高要求, 在汽车各种工况行驶中必须要考虑锂離子電池在各种工况下所过放电是产生的巨大热量,基于这种情况，有效降低锂離子電池产生的热量和及时将锂離子電池产生的热量散发出去是当前新能源汽车使用锂離子電池必须面对的一个难题。该文中通过对锂电池加载一个有效的近似于真实充放电的变化，模拟电池在真实使用环境中的温度变化情况，对比了在距离冷却液较劲和较远两种状态下电池板的温度状况，电池中冷却液流速情况及冷却液通过冷却通道时的流速等情况，进一步分析了锂电池在工作过程中产生的热量情况，从而为研究解决电动汽车用锂电池的热效应问题提供可靠地参考。

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