Benutzerdefinierte Batteriepackungen Haben Sie ein eigenes Tempo für das Laden und Ablösen, was natürlich etwas Wärme erzeugt. Ein bisschen Wärme ist in Ordnung, aber zu viel kann ein Problem sein. Umwelttemperaturen spielen ebenfalls eine Rolle – Heiße Bedingungen können schädlich sein, während kalte die Effizienz verringern.
Aus diesem Grund ist das thermische Management wichtig für die Gestaltung dieser Batteriepackungen. Es sorgt für einen reibungslosen Betrieb, indem die richtige Temperatur aufrechterhalten und eine Überhitzung oder Überkühlung während des Gebrauchs und des Aufladens verhindert wird.
Was ist das thermische Management?
Das thermische Management ist der Prozess, der ein System innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs aufbewahrt.
In elektronischen Geräten hilft es bei der Ablassung von überschüssiger Wärme, um eine Überhitzung zu verhindern. Da die meisten Systeme Wärme erzeugen, besteht das Risiko, empfindliche Komponenten zu beschädigen, wenn sich Wärme zu stark ansammelt. Darüber hinaus kann übermäßige externe Wärme auch die Elektronik beeinträchtigen.
Ingenieure verwenden thermische Managementlösungen in verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Batterien und Rechenzentren. Die Aufrechterhaltung optimaler Temperaturen ist im Design von entscheidender Bedeutung, da sie die Leistung und Haltbarkeit verbessert.
Um die Wärme zu bewältigen, verlassen sie sich häufig auf Werkzeuge wie Kühlkörper und Ventilatoren für Kühlung oder flüssiggekühlte Systeme mit kryogenen Flüssigkeiten zur schnellen Abkühlung. Darüber hinaus können Wärmeingenieure Isoliermaterialien verwenden, um die Wärmeübertragung auf empfindliche Bereiche zu reduzieren.
Was ist der Unterschied zwischen aktivem und passivem thermischem Management?
Ingenieure entwickeln thermische Managementsysteme mit aktiven und passiven Technologien.
Aktive Komponenten wie Lüfter und Pumpen erfordern eine externe Stromquelle, während passive Elemente wie Kühlkörper und Rohre dies nicht tun.
Passive Technologie verbessert natürliche Prozesse wie Leitung, Konvektion oder Strahlung innerhalb des Systems.
Beide Typen zielen darauf ab, die Wärmeableitung zu verbessern und die Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten. Da passive Tools keine zusätzliche Energie benötigen, sind sie in der Regel budgetfreundlicher als aktive thermische Managementoptionen.
Beispiele für aktive Kühlmethoden
Zwangskonvektion
Viele aktive Kühlgeräte verwenden Lüfter oder Gebläse, um den Luftstrom um heiße Teile zu steigern, was hilft, die Dinge abzukühlen. Indem diese Methode die heiße Luft schneller wegschieben, wird die Konvektion wirklich gesteigert und die Wärmeabteilung viel effektiver.
Thermoelektrische Kühler
Thermoelektrische Kühler oder Festkörperwärmepumpen sind bei der Arbeit mit Halbleitern ziemlich häufig. Sie sind schlank und kompakt, normalerweise zwischen einem Kühlkörper und einer Wärmequelle eingeklemmt.
Wenn Sie eine Spannung auf sie auftragen, erzeugen sie einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Seiten. Diese größere Temperaturlücke steigert die Leitungsrate.
Beispiele für passive Kühlmethoden
Kühlkörper
Kühlkörper sind im passiven Kühlrad üblich.
Im Wesentlichen ist ein Kühlkörper aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium, das Wärme gut leitet, an der Wärmequelle befestigt. Die Wärmeenergie bewegt sich durch Leitung aus dem heißen Teil durch das Metall und wird durch natürliche Konvektion von der Oberfläche des Kühlkörpers in die umgebende Luft freigesetzt.
Wärmespreizner
Wärmespreader sind beliebte passive Kühlgeräte, die thermisch leitfähige Folien oder Metallplatten verwenden, um konzentrierte Wärme über einen größeren Bereich zu verteilen. Sie fungieren typischerweise als Zwischenmaterial zwischen der Wärmequelle und Sekundärwärmeaustauschern.
Wärmemanagement für verschiedene Batteriechemie
Verschiedene Arten von Batterien funktionieren in bestimmten Temperaturbereichen am besten. Hier finden Sie einen kurzen Überblick über ihre idealen Ladung und Entladungstemperaturen:
- Lithium-Ionen: Ladung zwischen 0 ° C und 45 ° C; Entladung von -20 ° C bis 60 ° C
- NIMH/NICAD: Ladung zwischen 0 ° C und 45 ° C; Entladung von -20 ° C bis 65 ° C
- Bleisäure: Sowohl das Ladungen als auch die Entladung sind von -20 ° C bis 50 ° C gut
Hersteller verlassen sich auf technische Daten und Computermodelle, die auf den Kunden zugeschnitten sind, muss simulieren, wie Batterien in verschiedenen Situationen, einschließlich Temperaturänderungen, abschneiden. Diese Modelle helfen Designern, die thermischen Grenzwerte herauszufinden, damit sie effektive thermische Managementsysteme erstellen können, um sicherzustellen, dass Akku unter allen möglichen Bedingungen gut funktioniert.
Was passiert, wenn Batterien das thermische Management fehlen?
Die Batterien erhitzen aufgrund des Widerstands im elektrischen Strom. Wenn der Strom durch Teile wie Anschlüsse und Elektrolyte fließt, erzeugt er Wärme. Mehr Widerstand führt zu mehr Wärme, die Materialien abnutzen und die Batteriekapazität verringern kann, manchmal sogar verursacht thermisches Durchgehen.
Umgekehrt senken die kalten Temperaturen die Leitfähigkeit, was es für Elektronen schwierig macht, sich zu bewegen und den Widerstand zu erhöhen. Dies kann zu einer schlechten Leistung und Ladeproblemen mit bestimmten Arten von Batterien führen.
Abschluss
Thermische Ausreißer und reduzierte Produktivität sind wichtige thermische Managementprobleme für Batterien. Viele Unternehmen benötigen Batteriepackungen, um thermische Tests zur Zertifizierung durchzuführen. Das Verständnis Ihrer spezifischen Anwendung und Branche hilft bei der Gestaltung eines konformen Akkus, der einen sicheren Betrieb demonstriert.
