O cálculo da geração de calor de baterias de lítio é uma parte importante do gerenciamento térmico da bateria, envolvendo múltiplas fontes de calor. A seguir, os métodos e etapas de cálculo detalhados:

1. Principal fonte de calor
A geração de calor das baterias de lítio vem principalmente das seguintes partes:
Calor Joule (Qj): O calor gerado quando a corrente passa pela resistência interna de uma bateria.
2. Calor de Reação (Qr): O calor gerado por uma reação eletroquímica.
3. Calor de polarização (Qp): O calor causado pela polarização do eletrodo.
Calor de reação lateral (Qs): O calor gerado por reações laterais (como decomposição de eletrólitos).

2. Calor Joule (Qj
O calor Joule é a principal fonte de geração de calor em baterias de lítio. A fórmula de cálculo é:
Qj=I²⋅R⋅t
Qj: Calor Joule (J
I: Atual (A)
R: Resistência interna da bateria (Ω)
t: Tempo(s)

3. Calor de Reação (Qr)
Calor de reação é o calor gerado por uma reação eletroquímica, e sua fórmula de cálculo é:
Qr = n⋅ΔH
Qr: Calor de Reação (J)
n: Número molar (mol) da substância reativa
ΔH: Variação de entalpia da reação (J/mol)

4. Calor de polarização (Qp)
O calor de polarização é causado pela polarização do eletrodo, e a fórmula de cálculo é:
Qp =I⋅η⋅t
Qp: Calor de polarização (J)
I: Atual (A)
η : Sobrepotencial (V)
t: Tempo(s)

5. Calor da Reação Lateral (Qs)
O calor da reação secundária é geralmente pequeno, mas não pode ser ignorado em condições de alta temperatura ou sobrecarga/sobredescarga. Seu cálculo precisa ser realizado com base nos parâmetros termodinâmicos das reações secundárias específicas.

6. Valor calórico total
O poder calorífico total é a soma do calor das partes acima mencionadas:
Qtotal=Qj+Qr+Qp+Qs

7. Cálculo amostral
Hipótese:
A corrente I=10A
A resistência interna da bateria R=0,01Ω
O tempo de descarga t=3600 segundos
O número molar da substância reativa n = 0,05mol
A variação de entalpia da reação ΔH= -100 kJ/mol
Sobrepotencial η=0,1V
(1) Calcule o calor Joule
Qj =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0,01⋅3600=3600J
(2) Calcule o calor da reação
Qr =n⋅ΔH=0,05⋅(-100 ×1000)= -5000 J
(Um valor negativo indica absorção de calor)
(3) Calcule o calor de polarização
Qp =I⋅η⋅t=10⋅0,1⋅3600=3600J
(4) Valor calorífico total
Suponha que o calor da reação lateral Qs = 0 (ignorado):
Qtotal=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. Conversão de unidades
1 J = 0,239 cal
1 cal = 4,184 J
Por exemplo, converta o valor calórico total em calorias:
Qtotal = 2200 × 0,239 = 525,8 cal

9. Precauções
Variação da resistência interna: A resistência interna da bateria varia com fatores como temperatura e envelhecimento, e precisa ser ajustada de acordo com a situação real.
2. Condições de dissipação de calor: A geração real de calor é afetada pelas condições de dissipação de calor e precisa ser analisada em combinação com o sistema de gerenciamento térmico.
3. Calor de reação secundário: sob altas temperaturas ou condições extremas de trabalho, o calor de reação secundário pode aumentar significativamente.

Resumo
O cálculo da geração de calor de baterias de lítio envolve calor Joule, calor de reação, calor de polarização e calor de reação secundária. Por meio das fórmulas e etapas acima, é possível estimar o calor gerado pela bateria durante o processo de carga e descarga, fornecendo uma base para o projeto de gerenciamento térmico.