锂电池放电曲线的发热功率分析

常佳慧 陈雨 范亚文 李东洪

摘要：锂电池工作过程中，将会伴随着发热现象，对电能的转化率具有一定的影响。基于此，本文将从比热容测试、电压效率、发热功率等方面对锂电池放电曲线的发热功率进行分析，对锂电池的性能参数进行测试，降低供电过程中热量的产生，提高锂电池的节能效果，保障锂电池的放电效果。

关键词：锂电池;放电曲线;发热功率

引言：受到电池内阻的影响，在工作过程中将会造成热量的积累，一旦热量累积到一定程度，将会导致锂电池存在爆炸的风险，需要对发热问题引起重视。发热是锂电池的常见问题，需要对发热功率进行分析，对发热过程进行深入了解，将发热的控制在较低范围，提高锂电池的热管理水平。

1锂电池放电曲线的发热功率概述

锂电池在工作时存在热累积现象，一旦发热过程不受控制，将会导致热损失不断增加，甚至会影响到电池的使用寿命，需要对发热功率问题引起重视。电池放电过程中，需要对电压、比热容等数据进行采集，为锂电池发电过程提供数据支持，在降低锂电池发热的同时提高电能的转化率。温度对于锂电池而言较为重要，需要避免高温发热的情况，对锂电池的内部结构进行改善，提高对锂电池放热的控制效果。锂电池放电过程中，将会产生温度的变化，需要对热量变化进行分析，提高热量检测结果的可靠性，对电池内部的热量进行分析，便于对电池的发热情况情况进行了解。锂电池在连续工作时，发热功率将会逐渐增加，表面电池的损耗程度正逐渐加剧，因而需要对发热功率进行严格控制。

2锂电池放电曲线的发热功率分析

2.1试验样品

为了对锂电池放电发热情况进行探究，需要做好试验样品的准备工作，确保试验数据能够易于测量，提高试验方法的有效性。试验过程中，采用钴酸锂作为正极，石墨作为负极，将其组装成软包电池进行试验，构建完善的电池样本体系。试验样品的额定电压为3.8V，额定容量为15.1Ah，尺寸为150mm×1100mm×8.5mm。试验前，需要对锂电池的基本信息进行了解，便于发热功率测试过程的展开，提高测试方法的有效性[1]。

2.2比热容测试

比热容是对锂电池进行热控制的重要参数，可以确定电池的升温变化情况，对电池的热效应进行判断。锂电池比热容Cp的计算方法如下：

其中，m为锂电池的质量（kg）;P为加热功率（W）;△T为温度变化（℃）;△t为升温时间。通过上述公式，可以确定锂电池的比热容变化情况，得到放电过程中比热容水时间的变化曲线，便于锂电池的热效应进行分析。在测试过程中，需要以电池包的形式进行测量，将两块电池作为一个整体，提高加热功率测量的稳定性，同时构建出Cp与T的变化函数，对比热容的测试范围进行扩宽，电池需要放置在绝热空间进行测量，避免测温过程造成热量损失，使温度测量过程更加的精准。测量前需要对测温仪器进行标准化地校正，确保实测参数的合理性，得出较为准确的锂电池比热容。

2.3热力学效率

热力学由锂电池化学反应过程引起，需要做好化学反应的分析工作，提高热力学分析过程的有效性。热力学效率计算公式如下：

其中，△G为熵变（kJ/mol）;△H为焓变（kJ/mol）。热力学效率关系到电池的放热情况，需要对热力学计算引起重视，确保电池反应能够顺利地进行，促进电池反应的电能转化，同时抑制反应中热量的生成，保障锂电池热力学的稳定性。锂电池体系由Li/Li1-xCoO2构成，通过文献资料可知，该体系对应的参数△G为-389.8kJ/mol，△H为-392.4kJ/mol。所以，热力学效率η=△G/△H=（-389.8）/（-392.4）=99.3%。由此可见，该锂电池具有良好的热力学效率，电池反应能够顺利地进行。

2.4电压效率

随着锂电池的不断使用，有效电压将会出现逐渐降低的情况，将会影响到锂电池的放电效果。电压效率受到发热功率的影响，随着发热过程的不断进行，电池内阻将会逐渐增加，导致电池出现放热情况加剧，使电池无法正常进行使用。电压效率需要通过放电曲线进行分析，使电池能够进行完全放电，确保电压效率测量的准确性。对锂电池放电过程中的容量与电压关系曲线进行构建，其中横轴为容量（Ah）、纵轴为电压（V）。将开路电压与放电电压分别绘制在图像中，对容量-电压曲线进行观察与计算。由容量-电压曲线可知，锂电池开路平均电压为4.08V，放电平均电压为3.41V。放电效率计算公式如下：

其中，U开为开路电压（V）;U放为放电电压（V）。因此，可以得到锂电池的放电效率η=U开/U放=3.41/4.08=83.6%。

2.5发热功率

发热功率是判断锂电池发热情况的重要参数，需要对放电过程中的发热情况展开计算，确保锂电池能够正常发热。锂电池发热过程由化学反应热、内阻热、极化热构成，共同决定着电池的效率，需要做好热量损失的计算，对发热功率进行精准判断。锂电池的发热组成较为复杂，需要采用测量的方法得到热量变化，提高热量测量的准确性。锂电池的温度测量需要在绝热箱中进行，在箱体内部安装温度传感器，实时对箱体内部温度变化进行检测，便于对发热变化情况进行判断。锂电池采用4C恒流放电的方式，使锂电池能够稳定地进行放电。放热功率P热=kP放，其中，P热为放热功率（W）;P放为放电功率。通过上述关系，便可以实现发热功率的计算，同时保证计算结果的精度[2]。

2.6测试结果

为了保证测试结果的准确性，需要对测试结果进行分析，对发热功率的可靠性进行判断。测试结果通过恒流放电绝热温升曲线进行分析，曲线发热功率采用P热=Q/△t进行计算。曲线的横轴为时间（min），纵轴为热量（kJ），由上述公式便可以对测试结果进行检验，提高测试结构的有效性，确保放电测量结果与实际相符。通过上述公式，可以提高计算模型的可靠性，促进恒流放电发热功率测试過程的进行，保证理论计算与实际测量能够形成对比，使测试结果得到精准校验。

结论：综上所述，发热是锂电池工作的常见现象，需要做好放电曲线的分析工作，降低锂电池的发热损耗，使发热功率能够得到有效降低。在锂电池设计过程中，需要对发热功率进行精准计算，使发热功率能够得到严格控制，对锂电池的性能进行完善，保障锂电池能够正常工作。

参考文献：

[1]陈育哲. 锂离子电池能量状态估计研究[D].北京交通大学，2021.

[2]刘建. 钴酸锂电池加速寿命试验及模型研究[D].西南科技大学，2020.