Aangepaste batterijpakketten hebben hun eigen tempo voor het opladen en ontladen, wat natuurlijk wat warmte genereert. Een beetje warmte is prima, maar teveel kan een probleem zijn. Milieutemperaturen spelen ook een rol – Warme omstandigheden kunnen schadelijk zijn, terwijl koude de efficiëntie verminderen.
Daarom is thermisch beheer belangrijk bij het ontwerpen van deze batterijen; Het zorgt voor een soepele werking door de juiste temperatuur te handhaven en oververhitting of overkoeling te voorkomen tijdens gebruik en opladen.
Wat is thermisch beheer?
Thermisch beheer is het proces dat een systeem binnen het bedrijfstemperatuurbereik houdt.
In elektronische apparaten helpt het overtollige warmte af te voeren om oververhitting te voorkomen. Aangezien de meeste systemen warmte genereren, bestaat er een risico om delicate componenten te beschadigen als warmte te veel ophoopt. Bovendien kan overmatige externe warmte ook de elektronica verstoren.
Ingenieurs gebruiken thermische managementoplossingen in verschillende industrieën, zoals ruimtevaart, automotive, batterijen en datacenters. Het handhaven van optimale temperaturen is cruciaal in ontwerp omdat het de prestaties en duurzaamheid verbetert.
Om warmte te beheren, vertrouwen ze vaak op gereedschappen zoals koellichamen en ventilatoren voor koeling of vloeistofgekoelde systemen met cryogene vloeistoffen voor snelle koeling. Bovendien kunnen thermische ingenieurs isolerende materialen gebruiken om warmteoverdracht naar gevoelige gebieden te verminderen.
Wat is het verschil tussen actief en passief thermisch beheer?
Ingenieurs ontwikkelen thermische beheersystemen met behulp van zowel actieve als passieve technologieën.
Actieve componenten, zoals ventilatoren en pompen, vereisen een externe stroombron, terwijl passieve elementen, zoals koellichamen en leidingen, dat niet doen.
Passieve technologie verbetert natuurlijke processen zoals geleiding, convectie of straling binnen het systeem.
Beide typen zijn gericht op het verbeteren van de warmtedissipatie en het handhaven van de bedrijfstemperaturen. Omdat passieve tools geen extra energie nodig hebben, zijn ze meestal budgetvriendelijker dan actieve thermische managementopties.
Voorbeelden van actieve koelmethoden
Gedwongen convectie
Veel actieve koelapparaten gebruiken fans of blazers om de luchtstroom rond hete delen te stimuleren, wat helpt om dingen af te koelen. Door de hete lucht sneller weg te duwen, verhoogt deze methode echt het convectie en maakt warmtedissipatie veel effectiever.
Thermo -elektrische koelers
Thermo-elektrische koelers, of warmtepompen vaste toestand, zijn vrij gebruikelijk bij het werken met halfgeleiders. Ze zijn slank en compact, meestal ingeklemd tussen een koellichaam en een warmtebron.
Wanneer u spanning op hen aanbrengt, creëren ze een temperatuurverschil tussen de twee zijden. Deze grotere temperatuurspleet helpt de snelheid van geleiding te stimuleren.
Voorbeelden van passieve koelmethoden
Koellichamen
Koelputjes komen veel voor in passieve koeluitrusting.
In wezen is een koellichaam, gemaakt van een metaal zoals koper of aluminium dat goed warmtegeharend is, aan de warmtebron bevestigt. Thermische energie beweegt door het metaal door geleiding van het hete deel en wordt in de omringende lucht losgelaten door natuurlijke convectie van het oppervlak van de koellichaam.
Warmteverspreiders
Warmteverspreiders zijn populaire passieve koelapparaten die thermisch geleidende folies of metalen platen gebruiken om geconcentreerde warmte over een groter gebied te verdelen. Ze fungeren meestal als een tussenliggend materiaal tussen de warmtebron en secundaire warmtewisselaars.
Thermisch beheer voor verschillende batterijchemie
Verschillende soorten batterijen werken het beste binnen bepaalde temperatuurbereiken. Hier is een snelle overzicht van hun ideale lading- en ontslagtemperaturen:
- Lithium-ion: lading tussen 0 ° C en 45 ° C; Afvoer van -20 ° C tot 60 ° C
- NIMH/NICAD: laden tussen 0 ° C en 45 ° C; Afvoer van -20 ° C tot 65 ° C
- Loodzuur: zowel opladen als ontladen zijn goed van -20 ° C tot 50 ° C
Fabrikanten vertrouwen op technische gegevens en computermodellen die zijn afgestemd op de klant, moeten simuleren hoe batterijen in verschillende situaties presteren, waaronder temperatuurveranderingen. Deze modellen helpen ontwerpers de thermische limieten te achterhalen, zodat ze effectieve thermische beheersystemen kunnen maken, waardoor batterijpakketten goed werken in allerlei omstandigheden.
Wat gebeurt er als batterijen geen thermisch beheer hebben
Batterijen opwarmen op als gevolg van weerstand in de elektrische stroom. Terwijl de stroom door onderdelen zoals verbindingen en elektrolyten stroomt, genereert deze warmte. Meer weerstand resulteert in meer warmte, die materialen kunnen slijten en de batterijcapaciteit kan verminderen, soms zelfs veroorzaakt thermische vluchteling.
Omgekeerd verlagen koude temperaturen de geleidbaarheid, waardoor het voor elektronen moeilijk is om de weerstand te verplaatsen en te vergroten. Dit kan leiden tot slechte prestaties en oplaadproblemen met bepaalde soorten batterijen.
Conclusie
Thermische wegloper en verminderde productiviteit zijn belangrijke problemen met thermische beheer voor batterijen. Veel bedrijven hebben batterijpakketten nodig om thermische testen voor certificering te doorstaan. Inzicht in uw specifieke applicatie en industrie helpt bij het ontwerpen van een conforme batterij die een veilige werking aantoont.
