حساب توليد الحرارة بطاريات الليثيوم يُعدّ جزءًا مهمًا من إدارة حرارة البطارية، ويشمل مصادر حرارة متعددة. فيما يلي طرق وخطوات الحساب التفصيلية:

1. المصدر الرئيسي للحرارة
توليد الحرارة من بطاريات الليثيوم يأتي بشكل أساسي من الأجزاء التالية:
حرارة جول (Qj): الحرارة المتولدة عندما يمر التيار عبر المقاومة الداخلية للبطارية.
2. حرارة التفاعل (Qr): الحرارة الناتجة عن التفاعل الكهروكيميائي.
3. حرارة الاستقطاب (Qp): الحرارة الناتجة عن استقطاب القطب.
حرارة التفاعل الجانبي (Qs): الحرارة الناتجة عن التفاعلات الجانبية (مثل تحلل الإلكتروليت).

2. حرارة جول (Qj
حرارة الجول هي المصدر الرئيسي لتوليد الحرارة في بطاريات الليثيوم. صيغة الحساب هي:
Qj=I²⋅R⋅t
Qj: حرارة جول (J
أنا: الحالي (أ)
R: المقاومة الداخلية للبطارية (Ω)
ت: الوقت (ثانية)

3. حرارة التفاعل (Qr)
حرارة التفاعل هي الحرارة الناتجة عن التفاعل الكهروكيميائي، وصيغة حسابها هي:
Qr =n⋅ΔH
Qr: حرارة التفاعل (جول)
ن: العدد المولي (مول) للمادة المتفاعلة
ΔH: التغير في المحتوى الحراري للتفاعل (جول/مول)

4. حرارة الاستقطاب (Qp)
تنتج حرارة الاستقطاب عن استقطاب القطب الكهربي، وصيغة الحساب هي:
Qp = I⋅η⋅t
Qp: حرارة الاستقطاب (J)
أنا: الحالي (أ)
η : الجهد الزائد (V)
ت: الوقت (ثانية)

5. حرارة التفاعل الجانبي (Qs)
عادةً ما تكون حرارة التفاعل الثانوي صغيرة، ولكن لا يمكن تجاهلها في ظل درجات الحرارة العالية أو ظروف الشحن/التفريغ الزائد. يجب حسابها بناءً على المعايير الديناميكية الحرارية للتفاعلات الجانبية المحددة.

6. القيمة الحرارية الكلية
القيمة الحرارية الكلية هي مجموع حرارة الأجزاء المذكورة أعلاه:
المجموع الكلي=Qj+Qr+Qp+Qs

7. حساب العينة
فرضية:
التيار I=10A
المقاومة الداخلية للبطارية R=0.01Ω
زمن التفريغ t=3600 ثانية
العدد المولي للمادة التفاعلية n=0.05mol
التغير في المحتوى الحراري للتفاعل ΔH= -100 kJ/mol
الجهد الزائد η=0.1 فولت
(1) احسب حرارة جول
Qj =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0.01⋅3600=3600J
(2) احسب حرارة التفاعل
Qr =n⋅ΔH=0.05⋅(-100 ×1000)= -5000 جول
(القيمة السلبية تشير إلى امتصاص الحرارة)
(3) احسب حرارة الاستقطاب
Qp = I⋅η⋅t=10⋅0.1⋅3600=3600J
(4) القيمة الحرارية الكلية
افترض أن حرارة التفاعل الجانبي Qs = 0 (متجاهلة):
Qtotal=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. تحويل الوحدات
1 جول = 0.239 سعر حراري
1 سعر حراري = 4.184 جول
على سبيل المثال، قم بتحويل القيمة الحرارية الإجمالية إلى سعرات حرارية:
إجمالي الكمية = 2200 × 0.239 = 525.8 سعر حراري

9. الاحتياطات
اختلاف المقاومة الداخلية: تختلف المقاومة الداخلية للبطارية باختلاف عوامل مثل درجة الحرارة والشيخوخة، وتحتاج إلى تعديل وفقًا للوضع الفعلي.
2. ظروف تبديد الحرارة: يتأثر توليد الحرارة الفعلي بظروف تبديد الحرارة ويجب تحليله بالاشتراك مع نظام الإدارة الحرارية.
3. حرارة التفاعل الثانوي: في ظل درجات الحرارة العالية أو ظروف العمل القاسية، قد تزيد حرارة التفاعل الثانوي بشكل كبير.

ملخص
يتضمن حساب توليد الحرارة لبطاريات الليثيوم حرارة جول، وحرارة التفاعل، وحرارة الاستقطاب، وحرارة التفاعل الثانوي. من خلال الصيغ والخطوات المذكورة أعلاه، يمكن تقدير الحرارة التي تولدها البطارية أثناء عمليتي الشحن والتفريغ، مما يوفر أساسًا لتصميم إدارة الحرارة.