Tilpassede batteripakker har sitt eget tempo for lading og utlading, som naturlig nok genererer litt varme. Litt varme er greit, men for mye kan være et problem. Omgivelsestemperaturer spiller også en rolle – varme forhold kan være skadelige, mens kalde reduserer effektiviteten.
Det er derfor termisk styring er viktig i utformingen av disse batteripakkene; den sikrer jevn drift ved å opprettholde riktig temperatur og forhindre overoppheting eller overkjøling under bruk og lading.
Hva er termisk styring?
Termisk styring er prosessen som holder et system innenfor driftstemperaturområdet.
I elektroniske enheter hjelper det med å spre overflødig varme for å forhindre overoppheting. Siden de fleste systemer genererer varme, er det en risiko for å skade ømfintlige komponenter hvis varmen samler seg for mye. Dessuten kan overdreven ekstern varme også forstyrre elektronikken.
Ingeniører bruker varmestyringsløsninger på tvers av ulike bransjer, for eksempel romfart, bilindustri, batterier og datasentre. Å opprettholde optimale temperaturer er avgjørende i design fordi det forbedrer ytelsen og holdbarheten.
For å håndtere varme er de ofte avhengige av verktøy som kjøleribber og vifter for kjøling eller væskekjølte systemer med kryogene væsker for rask avkjøling. I tillegg kan termiske ingeniører bruke isolasjonsmaterialer for å redusere varmeoverføring til sensitive områder.
Hva er forskjellen mellom aktiv og passiv termisk styring?
Ingeniører utvikler termiske styringssystemer ved å bruke både aktive og passive teknologier.
Aktive komponenter, som vifter og pumper, krever en ekstern strømkilde, mens passive elementer, som kjøleribber og rør, ikke gjør det.
Passiv teknologi forbedrer naturlige prosesser som ledning, konveksjon eller stråling i systemet.
Begge typer tar sikte på å forbedre varmeavledningen og opprettholde driftstemperaturer. Siden passive verktøy ikke trenger ekstra energi, er de vanligvis mer budsjettvennlige enn alternativer for aktiv termisk styring.
Eksempler på aktive kjølingsmetoder
Tvunget konveksjon
Mange aktive kjøleenheter bruker vifter eller blåsere for å øke luftstrømmen rundt varme deler, noe som bidrar til å kjøle ned ting. Ved å skyve den varme luften vekk raskere, øker denne metoden virkelig konveksjonen og gjør varmespredningen mye mer effektiv.
Termoelektriske kjølere
Termoelektriske kjølere, eller solid-state varmepumper, er ganske vanlig når du arbeider med halvledere. De er slanke og kompakte, vanligvis klemt mellom en varmeavleder og en varmekilde.
Når du legger spenning på dem, skaper de en temperaturforskjell mellom de to sidene. Dette større temperaturgapet bidrar til å øke ledningshastigheten.
Eksempler på passive kjølingsmetoder
Varmeavledere
Varmeavledere er vanlig i passivt kjøleutstyr.
I hovedsak fester en kjøleribbe, laget av et metall som kobber eller aluminium som leder varme godt, til varmekilden. Termisk energi beveger seg gjennom metallet ved ledning fra den varme delen og slippes ut i luften rundt gjennom naturlig konveksjon fra kjøleribbens overflate.
Varmespredere
Varmespredere er populære passive kjøleenheter som bruker termisk ledende folier eller metallplater for å fordele konsentrert varme over et større område. De fungerer vanligvis som et mellommateriale mellom varmekilden og sekundære varmevekslere.
Termisk styring for forskjellig batterikjemi
Ulike typer batterier fungerer best innenfor visse temperaturområder. Her er en rask oversikt over deres ideelle lade- og utladningstemperaturer:
- Litium-ion: Lading mellom 0°C og 45°C; Utslipp fra -20°C til 60°C
- NiMH/NiCAD: Lading mellom 0°C og 45°C; Utslipp fra -20°C til 65°C
- Blysyre: Både lading og utlading er bra fra -20°C til 50°C
Produsenter er avhengige av tekniske data og datamodeller skreddersydd til kundenes behov for å simulere hvordan batterier yter i ulike situasjoner, inkludert temperaturendringer. Disse modellene hjelper designere med å finne ut de termiske grensene slik at de kan lage effektive termiske styringssystemer, og sørge for at batteripakker fungerer godt under alle slags forhold.
Hva skjer hvis batterier mangler termisk styring
Batterier varmes opp på grunn av motstand i den elektriske strømmen. Når strømmen flyter gjennom deler som koblinger og elektrolytter, genererer den varme. Mer motstand resulterer i mer varme, noe som kan slite ned materialer og redusere batterikapasiteten, noen ganger til og med forårsake termisk løping.
Motsatt reduserer kalde temperaturer ledningsevnen, noe som gjør det vanskelig for elektroner å bevege seg og øker motstanden. Dette kan føre til dårlig ytelse og ladeproblemer med visse typer batterier.
Konklusjon
Termisk løping og redusert produktivitet er viktige termiske styringsproblemer for batterier. Mange selskaper krever at batteripakker skal bestå termisk testing for sertifisering. Å forstå din spesifikke applikasjon og bransje hjelper deg med å designe en kompatibel batteripakke som demonstrerer sikker drift.
