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電池的熱模型用于模擬電池在充放電過程中的發熱和散熱的實時變化。熱力學第二定律的表述之一為:不能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不造成其它影響,即存在溫差的地方都存在熱量從高溫部分向低溫部分傳遞的過程。對電池單體而言,熱量傳遞的方式主要包括電池本身的熱傳導、輻射換熱、電池和周圍流體間的對流換熱三種方式,如圖2.11所示。
在創立熱模型時,作者做了如下假設:
(1)電池內核各種材料材質均勻,而且密度、比熱容和熱導率不受電池溫度和SOC的影響。
(2)電池內核中的電解液流動很小,認為電池內核導熱形式只有熱傳導,不存在對流換熱。
(3)電池是非透明的固體材料,電池內部不存在輻射換熱。
(4)電池內核的電流密度一致。
在笛卡爾坐標系下,根據之前假設創立的三維瞬態換熱數學模型,其能量守恒方程如下所示:
式中:Pb一電池密度,下標b代表電池;T電池溫度;c,一電池定壓比熱容;k熱導率,下標x, y和z代表坐標;q.一電池單位體積的生熱率。
電池模型的求解條件包括此模型的初始條件和邊界條件,其溫度分布是受時間和空間坐標影響的函數。
初始條件為:
式中:h一電池與外界環境的對流換熱系數;T一環境溫度;lb一電池長度;lb一電池寬度;hb一電池高度。
鋰離子動力電池的導熱系數和比熱容己經由2.4節獲得,鋰動力電池密度質量等,都是己知的參數,鋰動力電池的熱物性參數具體見表2.6。