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1、文章编号:1006-2467(2007)03-0457-04镍氢电池充放电传热过程模拟1122楼英莺,王文,娄豫皖,夏保佳(1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;2.中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海200050)摘要:结合实验数据和理论分析,建立了D型镍氢电池的传热模型.用该模型对电池的充放电过程进行模拟,并且给出了电池内部的温度分布.与实验测量值比较,两者结果吻合较好.该模型和相应的模拟为进一步研究电池的发热特性、改善其温度性能提供了有益参考.关键词:镍氢电池;充放电;热分析;模拟中图分
2、类号:TB61文献标识码:ATheThermalSimulationofNi/MHBatteryintheProcessofChargeandDischarge1122LOUYing-ying,WANGWen,LOUYu-wan,XIABao-jia(1.SchoolofMechanicalEng.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200240,China;2.ShanghaiInst.ofMicrosystemsandInformationTechnology,ChineseAcade
3、myofSciences,Shanghai200050,China)Abstract:AtheoreticalmodelforthecharginganddischargingprocessesofD-typeNi/MHbatterywasbuilt.Thesimulationresultswerecomparedwiththeexperimentaldata.Itshowsthattheyarewellfitted,however,thesimulatedresultcandisplaymoredetailtem
4、peraturedistributioninthebattery.Themodelandthecorrespondingsimulationcouldprovidehelpfulreferencesforthedesignandcontrolofbatteriestoimprovetheirperformance.Keywords:Ni/MHbattery;charginganddischargingprocess;thermalanalysis;simulation由于电化学反应的热效应差异,不同种类的电中电池温
5、度的变化范围为-30~60bC.在很多电池[4]池具有不同最佳温度范围,而电池性能将受到其工应用领域中,都需要对电池进行散热.要进行有效作温度的影响.高温会加速电池电化学反应,损坏极的散热,首先需要对电池的传热过程有一个比较全板,易产生过充电现象,严重影响其使用寿命.在高面的了解.倍率充电时,每5bC的温升会导致电池寿命减半.在在考察充放电过程中电池的发热情况时,比起低温环境下,电池的反应电阻大大增加,放电容量显表面温度,人们更加关心单体内部的温度分布.表面[1]著降低.铅酸电池的最佳温度范围为25~45温度的变化
6、在某种程度上表现了电池内部温度的变[2][3]bC,而镍氢电池的最佳工作温度为20bC.同时,化,但仅依靠表面温度,不能够完全反映电池的发热由于环境温度波动、导热条件不佳等原因,电池的工特征.例如:在电池爆炸时,电池表面的温度为100作温度可能远远超出该范围,如在混合动力车应用bC,而内部的温度可能达到200bC以上.丰田公司将收稿日期:2006-03-27作者简介:楼英莺(1982-),女,浙江金华人,硕士生,主要从事混合动力车电池热管理设计方面研究.王文(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021
7、-34206096;E-mail:wangwen@sjtu.edu.cn.热电偶置于电池内部测温,但是该方法对电池结构法拉第常数;i,j=1,2,,.具有一定的破坏性,操作不易.本文利用数值模拟的电池在反应过程中产生的总热量还应包含极化[7]方法,从理论上研究了电池的发热机理.热Qp和焦耳热Qj,即Q=QH+QS+Qp+Qj(12)1电池发热的机理假设电池极化内阻为Rp,欧姆内阻为Rj,则极镍氢电池是一种正极为氧化镍、负极为金属氢化热和焦耳热可以表示为2化物的室温电池.其充放电过程中包含的化学反应Qp=IRp(13
8、)2有主反应和副反应,从左往右为充电反应,方程式如Qj=IRj(14)下:2电池相关热物性参数的确定(1)正极主反应-Ni(OH)2+OH←→NiOOH+H2O+e+$H1(1)电池内部与表面间存在温度差异,差异的大小式中:e为电子;$H1为该反应的焓差.除了和电池的充放电状态有关,在很大程度上受比(2)负极主反应分别由充电、氢溶解、扩散和化热容和导热系数等
