Niestandardowe zestawy akumulatorów mają własne tempo ładowania i rozładowywania, co w naturalny sposób generuje ciepło. Trochę ciepła jest w porządku, ale jego nadmiar może stanowić problem. Temperatury otoczenia również odgrywają rolę – gorące warunki mogą być szkodliwe, a zimne zmniejszają wydajność.
Dlatego też zarządzanie temperaturą jest ważne przy projektowaniu tych akumulatorów; zapewnia płynną pracę, utrzymując odpowiednią temperaturę i zapobiegając przegrzaniu lub przechłodzeniu podczas użytkowania i ładowania.
Co to jest zarządzanie ciepłem?
Zarządzanie temperaturą to proces utrzymujący system w zakresie temperatur roboczych.
W urządzeniach elektronicznych pomaga rozproszyć nadmiar ciepła, aby zapobiec przegrzaniu. Ponieważ większość systemów generuje ciepło, istnieje ryzyko uszkodzenia delikatnych komponentów, jeśli ciepło zgromadzi się za dużo. Co więcej, nadmierne ciepło zewnętrzne może również zakłócać działanie elektroniki.
Inżynierowie korzystają z rozwiązań do zarządzania temperaturą w różnych branżach, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny, akumulatory i centra danych. Utrzymanie optymalnej temperatury ma kluczowe znaczenie w projektowaniu, ponieważ zwiększa wydajność i trwałość.
Aby zarządzać ciepłem, często korzystają z narzędzi takich jak radiatory i wentylatory do chłodzenia lub systemów chłodzonych cieczą z płynami kriogenicznymi do szybkiego chłodzenia. Ponadto inżynierowie zajmujący się termoizolacją mogą używać materiałów izolacyjnych, aby zmniejszyć przenoszenie ciepła do wrażliwych obszarów.
Jaka jest różnica między aktywnym i pasywnym zarządzaniem ciepłem?
Inżynierowie opracowują systemy zarządzania ciepłem, wykorzystując zarówno technologie aktywne, jak i pasywne.
Komponenty aktywne, takie jak wentylatory i pompy, wymagają zewnętrznego źródła zasilania, natomiast elementy pasywne, takie jak radiatory i rury, nie.
Technologia pasywna wzmacnia naturalne procesy, takie jak przewodzenie, konwekcja lub promieniowanie w systemie.
Obydwa typy mają na celu poprawę odprowadzania ciepła i utrzymanie temperatury roboczej. Ponieważ narzędzia pasywne nie wymagają dodatkowej energii, są zazwyczaj bardziej przyjazne dla budżetu niż opcje aktywnego zarządzania temperaturą.
Przykłady aktywnych metod chłodzenia
Wymuszona konwekcja
Wiele aktywnych urządzeń chłodzących wykorzystuje wentylatory lub dmuchawy, aby zwiększyć przepływ powietrza wokół gorących części, co pomaga schłodzić rzeczy. Dzięki szybszemu wypychaniu gorącego powietrza metoda ta naprawdę zwiększa konwekcję i sprawia, że odprowadzanie ciepła jest znacznie skuteczniejsze.
Lodówki termoelektryczne
Chłodnice termoelektryczne lub półprzewodnikowe pompy ciepła są dość powszechne podczas pracy z półprzewodnikami. Są smukłe i kompaktowe, zwykle umieszczone pomiędzy radiatorem a źródłem ciepła.
Kiedy przyłożysz do nich napięcie, tworzą różnicę temperatur między obiema stronami. Ta większa różnica temperatur pomaga zwiększyć szybkość przewodzenia.
Przykłady metod chłodzenia pasywnego
Radiatory
Radiatory są powszechne w pasywnym sprzęcie chłodzącym.
Zasadniczo do źródła ciepła mocuje się radiator wykonany z metalu takiego jak miedź lub aluminium, który dobrze przewodzi ciepło. Energia cieplna przepływa przez metal w wyniku przewodzenia od gorącej części i jest uwalniana do otaczającego powietrza w wyniku naturalnej konwekcji z powierzchni radiatora.
Rozpraszacze ciepła
Rozpraszacze ciepła to popularne pasywne urządzenia chłodzące, które wykorzystują folie lub metalowe płyty przewodzące ciepło do rozprowadzania skoncentrowanego ciepła na większym obszarze. Zwykle pełnią rolę materiału pośredniego pomiędzy źródłem ciepła a wtórnymi wymiennikami ciepła.
Zarządzanie temperaturą dla różnych składów chemicznych akumulatorów
Różne typy baterii działają najlepiej w określonych zakresach temperatur. Oto krótkie podsumowanie ich idealnych temperatur ładowania i rozładowania:
- Litowo-jonowy: ładuj w temperaturze od 0°C do 45°C; Temperatura rozładowania od -20°C do 60°C
- NiMH/NiCAD: Ładuj w temperaturze od 0°C do 45°C; Temperatura rozładowania od -20°C do 65°C
- Kwas ołowiowy: Zarówno ładowanie, jak i rozładowywanie są dobre w temperaturach od -20°C do 50°C
Producenci opierają się na danych technicznych i modelach komputerowych dostosowanych do potrzeb klientów, aby symulować działanie akumulatorów w różnych sytuacjach, w tym przy zmianach temperatury. Modele te pomagają projektantom określić limity termiczne, dzięki czemu mogą tworzyć skuteczne systemy zarządzania ciepłem, gwarantujące, że akumulatory będą dobrze działać w każdych warunkach.
Co się stanie, jeśli akumulatory nie będą odprowadzać ciepła
Baterie nagrzewają się pod wpływem oporu prądu elektrycznego. Gdy prąd przepływa przez części, takie jak złącza i elektrolity, wytwarza ciepło. Większy opór powoduje wytwarzanie większej ilości ciepła, co może powodować zużycie materiałów i zmniejszenie pojemności akumulatora, a czasem nawet spowodować jego uszkodzenie ucieczka termiczna.
I odwrotnie, niskie temperatury obniżają przewodność, utrudniając ruch elektronów i zwiększając opór. Może to prowadzić do słabej wydajności i problemów z ładowaniem niektórych typów akumulatorów.
Wniosek
Niekontrolowana temperatura i zmniejszona produktywność to kluczowe problemy związane z zarządzaniem temperaturą w przypadku akumulatorów. Wiele firm wymaga, aby akumulatory przeszły testy termiczne w celu uzyskania certyfikatu. Zrozumienie konkretnego zastosowania i branży pomaga zaprojektować zgodny zestaw akumulatorów, który charakteryzuje się bezpieczną pracą.
