Тепловой режим и защита батарей

Генерация тепла в аккумуляторных батареях обусловлена поляризационными, омическими и электролитными факторами. Мощность тепловыделения (W3) в цикле заряда можно определить по формуле

(2.14)

В соответствии с выражением (2.6)

перепишем формулу (2.14) в виде

(2.15)

Учитывая что , уравнение (2.15) можно записать в виде

(2.16)

Для негерметичных водных систем, когда побочные продукты в виде газов выделяются вне аккумулятора, с точки зрения тепловыделения равно единице и мощность тепловыделения определяется выражением

(2.17)

Для герметичных аккумуляторов тепловая нагрузка, определяемая выражением (2.16), существенно выше, поскольку имеет место поглощение побочных продуктов внутри аккумулятора с выделением дополнительного тепла, равного

При разряде мощность тепловыделения определяется по формуле

Как правило , следовательно

Поле температур для аккумулятора прямоугольной конструкции определяется выражением:

(2.18)

причём направление координатных осей совпадает с рёбрами параллелепипеда.

Для аккумулятора цилиндрической формы аналогичное уравнение имеет вид

(2.19)

где – коэффициент температуропроводности, причём а = /(Cpp); – коэффициент теплопроводности; Ср, р – удельная теплоёмкость и плотность аккумулятора.

Решение уравнений (2.18) и (2.19) при знании одного начального и двух граничных условий, зависящих от конкретных условий эксплуатации, даёт распределение поля температур в виде сходящихся рядов. На практике часто бывает, что передача тепла внутри аккумулятора реализуется существенно быстрее, чем конвективная теплоотдача от стенки аккумуляторного сосуда. Тогда уравнение при отсутствии градиента температур внутри аккумулятора запишется в виде

(2.20)

где Т – температура стенки аккумулятора; Т₀ – температура окружающей среды.

Интенсификация теплообмена возможна при увеличении коэффициента теплоотдачи а, т. е. за счёт создания принудительного обдува батареи встречным потоком воздуха при движении электромобиля. В этом случае значение коэффициента теплоотдачи возрастает приблизительно на два порядка в сравнении с естественной конвекцией. Интенсивность теплообмена ещё более увеличивается, если теплоносителем является жидкость (как это принято в системе охлаждения никель-железных батарей фирмы «Вестингауз»).