การคำนวณการเกิดความร้อนของ แบตเตอรี่ลิเธียม เป็นส่วนสำคัญของการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับแหล่งความร้อนหลายแหล่ง ต่อไปนี้คือวิธีการคำนวณโดยละเอียดและขั้นตอน:

1. แหล่งความร้อนหลัก
การสร้างความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียม ส่วนใหญ่มาจากส่วนต่อไปนี้:
ความร้อนจูล (Qj) : ความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านความต้านทานภายในของแบตเตอรี่
2. ความร้อนของปฏิกิริยา (Qr) : ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี
3. ความร้อนจากการโพลาไรเซชัน (Qp) : ความร้อนที่เกิดจากการโพลาไรเซชันของอิเล็กโทรด
ความร้อนจากปฏิกิริยาข้างเคียง (Qs) : ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง (เช่น การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์)

2. ความร้อนจูล (Qj
ความร้อนจูลเป็นแหล่งความร้อนหลักในแบตเตอรี่ลิเธียม สูตรการคำนวณคือ:
Qj=I²⋅R⋅t
Qj: จูล ความร้อน (J
ฉัน: กระแสไฟฟ้า (A)
R: ความต้านทานภายในแบตเตอรี่ (Ω)
ต: เวลา

3. ความร้อนของปฏิกิริยา (Qr)
ความร้อนจากปฏิกิริยา คือ ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี และมีสูตรการคำนวณดังนี้
คิว = n⋅ΔH
Qr: ความร้อนของปฏิกิริยา (J)
n: เลขโมลาร์ (mol) ของสารที่มีปฏิกิริยา
ΔH: การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของปฏิกิริยา (J/mol)

4. ความร้อนจากการโพลาไรเซชัน (Qp)
ความร้อนจากการเกิดโพลาไรเซชันเกิดจากการเกิดโพลาไรเซชันของอิเล็กโทรด และมีสูตรการคำนวณดังนี้:
Qp = ฉัน⋅η⋅t
Qp: ความร้อนจากโพลาไรเซชัน (J)
ฉัน: กระแสไฟฟ้า (A)
η : ศักย์เกิน (V)
ต: เวลา

5. ความร้อนของปฏิกิริยาข้างเคียง (Qs)
ความร้อนของปฏิกิริยาที่สองมักจะน้อย แต่ไม่สามารถละเลยได้ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงหรือสภาวะการเติม/ปล่อยประจุเกิน การคำนวณความร้อนจะต้องดำเนินการตามพารามิเตอร์ทางเทอร์โมไดนามิกของปฏิกิริยาข้างเคียงที่เฉพาะเจาะจง

6. มูลค่าความร้อนรวม
ค่าความร้อนรวมคือผลรวมความร้อนของส่วนต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้น:
รวมทั้งหมด=Qj+Qr+Qp+Qs

7. ตัวอย่างการคำนวณ
สมมติฐาน:
กระแส I=10A
ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ R=0.01Ω
เวลาการระบายประจุ t=3600 วินาที
เลขโมลาร์ของสารที่มีปฏิกิริยา n=0.05โมล
การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของปฏิกิริยา ΔH= -100 kJ/mol
ศักย์เกิน η=0.1V
(1) คำนวณความร้อนจูล
คิวเจ =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0.01⋅3600=3600J
(2) คำนวณความร้อนของปฏิกิริยา
Qr =n⋅ΔH=0.05⋅(-100 ×1000)= -5000 เจ
(ค่าลบ หมายถึง การดูดซับความร้อน)
(3) คำนวณความร้อนจากการโพลาไรเซชัน
Qp =I⋅η⋅t=10⋅0.1⋅3600=3600J
(4) มูลค่าความร้อนรวม
สมมติว่าความร้อนของปฏิกิริยาข้างเคียง Qs = 0 (ละเว้น):
จำนวนรวม=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. การแปลงหน่วย
1 จูล = 0.239 แคลอรี
1 แคลอรี = 4.184 จูล
เช่น แปลงค่าแคลอรี่รวมเป็นแคลอรี่:
รวม = 2200 × 0.239=525.8 แคลอรี่

9. ข้อควรระวัง
ความแปรผันของความต้านทานภายใน: ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันตามปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิและอายุการใช้งาน และจะต้องได้รับการปรับตามสถานการณ์จริง
2. เงื่อนไขการกระจายความร้อน: การเกิดความร้อนจริงได้รับผลกระทบจากเงื่อนไขการกระจายความร้อนและจำเป็นต้องได้รับการวิเคราะห์ร่วมกับระบบการจัดการความร้อน
3. ความร้อนจากปฏิกิริยาที่สอง: ภายใต้สภาวะการทำงานที่มีอุณหภูมิสูงหรือรุนแรง ความร้อนจากปฏิกิริยาที่สองอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก

สรุป
การคำนวณความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นเกี่ยวข้องกับความร้อนจูล ความร้อนจากปฏิกิริยา ความร้อนจากโพลาไรเซชัน และความร้อนจากปฏิกิริยาทุติยภูมิ โดยใช้สูตรและขั้นตอนข้างต้น เราสามารถประมาณความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่ในระหว่างกระบวนการชาร์จและการปล่อยประจุได้ ซึ่งถือเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบการจัดการความร้อน