Le calcul de la production de chaleur de piles au lithium Il s'agit d'un élément important de la gestion thermique des batteries, impliquant de multiples sources de chaleur. Voici les méthodes et étapes de calcul détaillées :

1. Principale source de chaleur
La génération de chaleur des batteries au lithium provient principalement des parties suivantes :
Chaleur Joule (Qj) : La chaleur générée lorsque le courant traverse la résistance interne d'une batterie.
2. Chaleur de réaction (Qr) : La chaleur générée par une réaction électrochimique.
3. Chaleur de polarisation (Qp) : La chaleur causée par la polarisation de l'électrode.
Chaleur de réaction secondaire (Qs) : La chaleur générée par les réactions secondaires (telles que la décomposition de l'électrolyte).

2. Chaleur Joule (Qj
La chaleur Joule est la principale source de chaleur générée par les batteries au lithium. La formule de calcul est la suivante :
Qj=I²⋅R⋅t
Qj : Chaleur Joule (J
I : Courant (A)
R : Résistance interne de la batterie (Ω)
t : Temps (s)

3. Chaleur de réaction (Qr)
La chaleur de réaction est la chaleur générée par une réaction électrochimique, et sa formule de calcul est :
Qr =n⋅ΔH
Qr : Chaleur de réaction (J)
n : nombre molaire (mol) de la substance réactive
ΔH : Variation d'enthalpie de réaction (J/mol)

4. Chaleur de polarisation (Qp)
La chaleur de polarisation est causée par la polarisation des électrodes et la formule de calcul est :
Qp = I⋅η⋅t
Qp : Chaleur de polarisation (J)
I : Courant (A)
η : Surtension (V)
t : Temps (s)

5. Chaleur de réaction latérale (Qs)
La chaleur dégagée par la réaction secondaire est généralement faible, mais elle ne peut être ignorée en cas de température élevée ou de surcharge/décharge excessive. Son calcul doit être effectué en fonction des paramètres thermodynamiques des réactions secondaires spécifiques.

6. Valeur calorifique totale
La valeur calorifique totale est la somme de la chaleur des parties mentionnées ci-dessus :
Qtotal=Qj+Qr+Qp+Qs

7. Exemple de calcul
Hypothèse:
Le courant I=10A
La résistance interne de la batterie R=0,01Ω
Le temps de décharge t=3600 secondes
Le nombre molaire de la substance réactive n = 0,05 mol
Le changement d'enthalpie de la réaction ΔH= -100 kJ/mol
Surtension η=0,1V
(1) Calculer la chaleur Joule
Qj =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0,01⋅3600=3600J
(2) Calculer la chaleur de réaction
Qr =n⋅ΔH=0,05⋅(-100 ×1000)= -5000 J
(Une valeur négative indique une absorption de chaleur)
(3) Calculer la chaleur de polarisation
Qp =I⋅η⋅t=10⋅0,1⋅3600=3600J
(4) Valeur calorifique totale
Supposons que la chaleur de la réaction secondaire Qs = 0 (ignorée) :
Qtotal=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. Conversion d'unités
1 J = 0,239 cal
1 cal = 4,184 J
Par exemple, convertissez la valeur calorifique totale en calories :
Qtotal = 2200 × 0,239 = 525,8 cal

9. Précautions
Variation de la résistance interne : La résistance interne de la batterie varie en fonction de facteurs tels que la température et le vieillissement, et doit être ajustée en fonction de la situation réelle.
2. Conditions de dissipation thermique : La génération de chaleur réelle est affectée par les conditions de dissipation thermique et doit être analysée en combinaison avec le système de gestion thermique.
3. Chaleur de réaction secondaire : Dans des conditions de travail à haute température ou extrêmes, la chaleur de réaction secondaire peut augmenter considérablement.

Résumé
Le calcul de la génération de chaleur des batteries au lithium prend en compte l'effet Joule, la chaleur de réaction, la chaleur de polarisation et la chaleur de réaction secondaire. Grâce aux formules et étapes ci-dessus, la chaleur générée par la batterie pendant les processus de charge et de décharge peut être estimée, fournissant ainsi une base pour la conception de la gestion thermique.