电动赛车设计：电池能量分析

如图9－32所示，从电化学角度可知，在充、放电过程中，电池的生热量主要由四部分组成，包括反应热Qr、欧姆内阻焦耳热QJ、极化热Qp和副反应热Qs。记锂离子电池的生热量为Qt，则有

图9－32　电池单体热力学分析

（1）反应热：是指锂离子电池在充放电时，锂离子在两个电极之间嵌入和脱嵌过程中发生电化学反应时生成的热量。在可逆条件下，这部分热量在充电时为负值，在放电时为正值。

反应热可通过以下公式计算，即

式中，n为电池数量；m为电极质量；Q为电池正、负极电化学反应产生热量的代数和；I为充、放电电流（A）；M为摩尔质量（g／mol）；F为法拉第常数，值为96 484.5 C／mol。

（2）欧姆内阻产生的焦耳热：电池充放电时，内部材料的欧姆电阻通过电流的作用而持续一段时间产生的热量，这部分热量是标量，在放电过程中为正值。(www.xing528.com)

式中，QJ为焦耳热（W）；I为充、放电电流（A）；Re为欧姆内阻（Ω）。

（3）极化热Qp：当电池有电流通过时，在锂离子电池的电极表面发生极化现象，电池的平均端电压与开路电压有所差异，由这部分压降产生的热量是电池的极化热。依照Bernardi等建立的电池生热一般模型，将极化热同反应热一起处理为不可逆的反应热，可以获得电池生热量的简化形式，即

式中，Q′r为将极化热计算在内的反应热。

（4）副反应热Qs：由自放电现象引起的电极材料分解产生的热量，其值很小，可忽略。

一般情况下，副反应产生的热量小于总量的5%，因此可以忽略不计。综上所述，电芯生热量的计算公式可以简化为

式中，Rp为电池极化内阻。