鋰電池放電曲線的發熱功率分析

常佳慧 陳雨 范亞文 李東洪

摘要：鋰電池工作過程中，將會伴隨著發熱現象，對電能的轉化率具有一定的影響。基于此，本文將從比熱容測試、電壓效率、發熱功率等方面對鋰電池放電曲線的發熱功率進行分析，對鋰電池的性能參數進行測試，降低供電過程中熱量的產生，提高鋰電池的節能效果，保障鋰電池的放電效果。

關鍵詞：鋰電池;放電曲線;發熱功率

引言：受到電池內阻的影響，在工作過程中將會造成熱量的積累，一旦熱量累積到一定程度，將會導致鋰電池存在爆炸的風險，需要對發熱問題引起重視。發熱是鋰電池的常見問題，需要對發熱功率進行分析，對發熱過程進行深入了解，將發熱的控制在較低范圍，提高鋰電池的熱管理水平。

1鋰電池放電曲線的發熱功率概述

鋰電池在工作時存在熱累積現象，一旦發熱過程不受控制，將會導致熱損失不斷增加，甚至會影響到電池的使用壽命，需要對發熱功率問題引起重視。電池放電過程中，需要對電壓、比熱容等數據進行采集，為鋰電池發電過程提供數據支持，在降低鋰電池發熱的同時提高電能的轉化率。溫度對于鋰電池而言較為重要，需要避免高溫發熱的情況，對鋰電池的內部結構進行改善，提高對鋰電池放熱的控制效果。鋰電池放電過程中，將會產生溫度的變化，需要對熱量變化進行分析，提高熱量檢測結果的可靠性，對電池內部的熱量進行分析，便于對電池的發熱情況情況進行了解。鋰電池在連續工作時，發熱功率將會逐漸增加，表面電池的損耗程度正逐漸加劇，因而需要對發熱功率進行嚴格控制。

2鋰電池放電曲線的發熱功率分析

2.1試驗樣品

為了對鋰電池放電發熱情況進行探究，需要做好試驗樣品的準備工作，確保試驗數據能夠易于測量，提高試驗方法的有效性。試驗過程中，采用鈷酸鋰作為正極，石墨作為負極，將其組裝成軟包電池進行試驗，構建完善的電池樣本體系。試驗樣品的額定電壓為3.8V，額定容量為15.1Ah，尺寸為150mm×1100mm×8.5mm。試驗前，需要對鋰電池的基本信息進行了解，便于發熱功率測試過程的展開，提高測試方法的有效性[1]。

2.2比熱容測試

比熱容是對鋰電池進行熱控制的重要參數，可以確定電池的升溫變化情況，對電池的熱效應進行判斷。鋰電池比熱容Cp的計算方法如下：

其中，m為鋰電池的質量（kg）;P為加熱功率（W）;△T為溫度變化（℃）;△t為升溫時間。通過上述公式，可以確定鋰電池的比熱容變化情況，得到放電過程中比熱容水時間的變化曲線，便于鋰電池的熱效應進行分析。在測試過程中，需要以電池包的形式進行測量，將兩塊電池作為一個整體，提高加熱功率測量的穩定性，同時構建出Cp與T的變化函數，對比熱容的測試范圍進行擴寬，電池需要放置在絕熱空間進行測量，避免測溫過程造成熱量損失，使溫度測量過程更加的精準。測量前需要對測溫儀器進行標準化地校正，確保實測參數的合理性，得出較為準確的鋰電池比熱容。

2.3熱力學效率

熱力學由鋰電池化學反應過程引起，需要做好化學反應的分析工作，提高熱力學分析過程的有效性。熱力學效率計算公式如下：

其中，△G為熵變（kJ/mol）;△H為焓變（kJ/mol）。熱力學效率關系到電池的放熱情況，需要對熱力學計算引起重視，確保電池反應能夠順利地進行，促進電池反應的電能轉化，同時抑制反應中熱量的生成，保障鋰電池熱力學的穩定性。鋰電池體系由Li/Li1-xCoO2構成，通過文獻資料可知，該體系對應的參數△G為-389.8kJ/mol，△H為-392.4kJ/mol。所以，熱力學效率η=△G/△H=（-389.8）/（-392.4）=99.3%。由此可見，該鋰電池具有良好的熱力學效率，電池反應能夠順利地進行。

2.4電壓效率

隨著鋰電池的不斷使用，有效電壓將會出現逐漸降低的情況，將會影響到鋰電池的放電效果。電壓效率受到發熱功率的影響，隨著發熱過程的不斷進行，電池內阻將會逐漸增加，導致電池出現放熱情況加劇，使電池無法正常進行使用。電壓效率需要通過放電曲線進行分析，使電池能夠進行完全放電，確保電壓效率測量的準確性。對鋰電池放電過程中的容量與電壓關系曲線進行構建，其中橫軸為容量（Ah）、縱軸為電壓（V）。將開路電壓與放電電壓分別繪制在圖像中，對容量-電壓曲線進行觀察與計算。由容量-電壓曲線可知，鋰電池開路平均電壓為4.08V，放電平均電壓為3.41V。放電效率計算公式如下：

其中，U開為開路電壓（V）;U放為放電電壓（V）。因此，可以得到鋰電池的放電效率η=U開/U放=3.41/4.08=83.6%。

2.5發熱功率

發熱功率是判斷鋰電池發熱情況的重要參數，需要對放電過程中的發熱情況展開計算，確保鋰電池能夠正常發熱。鋰電池發熱過程由化學反應熱、內阻熱、極化熱構成，共同決定著電池的效率，需要做好熱量損失的計算，對發熱功率進行精準判斷。鋰電池的發熱組成較為復雜，需要采用測量的方法得到熱量變化，提高熱量測量的準確性。鋰電池的溫度測量需要在絕熱箱中進行，在箱體內部安裝溫度傳感器，實時對箱體內部溫度變化進行檢測，便于對發熱變化情況進行判斷。鋰電池采用4C恒流放電的方式，使鋰電池能夠穩定地進行放電。放熱功率P熱=kP放，其中，P熱為放熱功率（W）;P放為放電功率。通過上述關系，便可以實現發熱功率的計算，同時保證計算結果的精度[2]。

2.6測試結果

為了保證測試結果的準確性，需要對測試結果進行分析，對發熱功率的可靠性進行判斷。測試結果通過恒流放電絕熱溫升曲線進行分析，曲線發熱功率采用P熱=Q/△t進行計算。曲線的橫軸為時間（min），縱軸為熱量（kJ），由上述公式便可以對測試結果進行檢驗，提高測試結構的有效性，確保放電測量結果與實際相符。通過上述公式，可以提高計算模型的可靠性，促進恒流放電發熱功率測試過程的進行，保證理論計算與實際測量能夠形成對比，使測試結果得到精準校驗。

結論：綜上所述，發熱是鋰電池工作的常見現象，需要做好放電曲線的分析工作，降低鋰電池的發熱損耗，使發熱功率能夠得到有效降低。在鋰電池設計過程中，需要對發熱功率進行精準計算，使發熱功率能夠得到嚴格控制，對鋰電池的性能進行完善，保障鋰電池能夠正常工作。

參考文獻：

[1]陳育哲. 鋰離子電池能量狀態估計研究[D].北京交通大學，2021.

[2]劉建. 鈷酸鋰電池加速壽命試驗及模型研究[D].西南科技大學，2020.