大容量磷酸铁锂动力电池作为电动汽车的理想储能装置，但存在高产热速率和放电不均匀等问题，这些安全问题亟待解决。电池的电化学反应机理、产热机制以及电热耦合特性是热管理研究的关键。研究电池放电过程中反应物和生成物的扩散动力学，以及它们与温度场、电场之间的相互作用，对提高电池安全性能和实现内部温度均匀性至关重要。
本研究建立了磷酸铁锂动力电池的电化学-热耦合模型，该模型整合了质量守恒、电荷守恒和能量守恒原理，并包含了电化学反应过程。通过该模型，我们研究了电池在恒流放电过程中的温度场和生热速率，并通过实验验证了模型的合理性。研究结果表明，在低倍率放电时，可逆生热速率占总生热速率的比例较高；而在高倍率放电时，欧姆热生热速率占据主导地位。在大电流放电条件下，由于产热速率较高，必须采用电池热管理系统。
在锂离子动力电池放电过程中，电势分布和电化学反应速度分布对电池的产热特性有显著影响。我们建立了38120型圆柱形磷酸铁锂电池的二维轴截面模型，该模型采用了锂离子浓度和温度的相关性参数，并考虑了正、负集流体的影响。通过实验测试平台，模型计算结果与实验数据具有较好的一致性。我们还分析了集流体内电势分布对反应速度分布、产热速率分布和温度分布的影响，并阐释了单体电池的放电机理。
单体电池电芯内部由多个电化学电芯单元组成，这些单元的电化学特性和热行为对电池性能有重大影响。为了研究电芯单元与单体电池之间的相互作用，我们建立了LP2770120型方形磷酸铁锂电池的三维电芯模型，该模型考虑了方形电池正、负极耳的作用。模型计算结果与实验数据一致性良好。通过引入一维电芯单元参数，我们分析了三维方形电芯中一维电芯单元的工作机制。此外，我们还引入了电池放电均匀性指数，分析了放电倍率和极耳位置对电池放电均匀性的影响。
