1
УДК 541.136
Исследование теплового состояния аккумулятора
в рабочем цикле
© Г.К. Клименко, А.А. Ляпин, М.К. Марахтанов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Приведены результаты исследования тепловых процессов при заряде и разряде
элемента литий-ионной батареи, выполненного в целях прогнозирования его тем-
пературного состояния. Определены количество теплоты, отдаваемой элемен-
том в окружающее пространство, температурный уровень и электрические ха-
рактеристики элемента в рабочем процессе. Объектом экспериментального ис-
следования стал литий-ионный аккумулятор емкостью 150 А
ч. Созданный для
этих целей испытательный стенд позволяет проводить заряд элемента токами в
диапазоне 20…75 А и разряд токами 30…150 А. Количество отведенной от акку-
мулятора теплоты определялось методом калориметрирования. Температура
стенок аккумулятора при естественном охлаждении измерялась с помощью теп-
ловизора в диапазоне температур 18…65 °С на разных режимах. Получены значе-
ния отводимой тепловой мощности, суммарного количества отведенной тепло-
ты, внутреннего сопротивления аккумулятора в процессах заряда и разряда на
разных токах и при различных начальных температурах процессов.
Ключевые слова:
литий-ионный аккумулятор, заряд, разряд, тепловая мощность,
калориметрирование
.
Одна из острейших проблем современной энергетики — накопле-
ние энергии. В связи с этим ведутся интенсивные работы по созданию
новых химических накопителей, в частности, литий-ионных аккумуля-
торных батарей, обладающих рядом преимуществ [1].
В мощных силовых энергетических установках используют хи-
мические аккумуляторные батареи (АБ), состоящие из большого ко-
личества аккумуляторов. Их количество, электрическое соединение и
компоновка в аккумуляторной батарее определяются емкостью бата-
реи, ее напряжением и размещением в энергоустановке. В эксплуата-
ции АБ реализуется рабочий цикл, включающий процессы заряда и
разряда, при которых через элементы батареи протекают электриче-
ские токи, обычно достаточно большие, сопровождающиеся выделе-
нием теплоты в каждом элементе. Это приводит к нагреву и аккуму-
ляторов, и батареи в целом. Кроме того, в рабочем цикле происходят
химические процессы с выделением или поглощением энергии и со-
ответствующим изменением температуры. Рабочая температура ак-
кумулятора не должна превышать +50 °С при любых режимах рабо-
ты АБ. Для определения допустимых температур при эксплуатации
батареи необходимо знать количество теплоты, выделяющейся в ак-
кумуляторе в процессах рабочего цикла АБ. Тепловое состояние
