Baterias personalizadas têm ritmo próprio de carga e descarga, o que gera naturalmente algum calor. Um pouco de calor é bom, mas muito pode ser um problema. As temperaturas ambientais também desempenham um papel – condições quentes podem ser prejudiciais, enquanto condições frias reduzem a eficiência.
É por isso que o gerenciamento térmico é importante no projeto dessas baterias; garante um funcionamento suave, mantendo a temperatura certa e evitando o superaquecimento ou resfriamento durante o uso e o carregamento.
O que é gerenciamento térmico?
O gerenciamento térmico é o processo que mantém um sistema dentro de sua faixa de temperatura operacional.
Em dispositivos eletrônicos, ajuda a dissipar o excesso de calor para evitar superaquecimento. Como a maioria dos sistemas gera calor, existe o risco de danificar componentes delicados se houver acúmulo excessivo de calor. Além disso, o calor externo excessivo também pode interferir nos componentes eletrônicos.
Os engenheiros usam soluções de gerenciamento térmico em vários setores, como aeroespacial, automotivo, baterias e data centers. Manter as temperaturas ideais é crucial no design porque melhora o desempenho e a durabilidade.
Para gerenciar o calor, eles geralmente contam com ferramentas como dissipadores de calor e ventiladores para resfriamento ou sistemas refrigerados a líquido com fluidos criogênicos para resfriamento rápido. Além disso, os engenheiros térmicos podem usar materiais isolantes para reduzir a transferência de calor para áreas sensíveis.
Qual é a diferença entre gerenciamento térmico ativo e passivo?
Os engenheiros desenvolvem sistemas de gerenciamento térmico usando tecnologias ativas e passivas.
Os componentes ativos, como ventiladores e bombas, requerem uma fonte de alimentação externa, enquanto os elementos passivos, como dissipadores de calor e tubos, não.
A tecnologia passiva aprimora processos naturais como condução, convecção ou radiação dentro do sistema.
Ambos os tipos visam melhorar a dissipação de calor e manter as temperaturas operacionais. Como as ferramentas passivas não precisam de energia extra, geralmente são mais econômicas do que as opções ativas de gerenciamento térmico.
Exemplos de métodos de resfriamento ativo
Convecção forçada
Muitos dispositivos de resfriamento ativos usam ventiladores ou sopradores para aumentar o fluxo de ar em torno das peças quentes, o que ajuda a resfriar as coisas. Ao afastar o ar quente mais rapidamente, este método realmente aumenta a convecção e torna a dissipação de calor muito mais eficaz.
Resfriadores termoelétricos
Resfriadores termoelétricos, ou bombas de calor de estado sólido, são bastante comuns quando se trabalha com semicondutores. Eles são finos e compactos, geralmente imprensados entre um dissipador de calor e uma fonte de calor.
Quando você aplica tensão a eles, eles criam uma diferença de temperatura entre os dois lados. Essa maior diferença de temperatura ajuda a aumentar a taxa de condução.
Exemplos de métodos de resfriamento passivo
Dissipadores de calor
Dissipadores de calor são comuns em equipamentos de resfriamento passivos.
Essencialmente, um dissipador de calor, feito de um metal como cobre ou alumínio, que conduz bem o calor, é conectado à fonte de calor. A energia térmica se move através do metal por condução da parte quente e é liberada no ar circundante através da convecção natural da superfície do dissipador de calor.
Distribuidores de calor
Os espalhadores de calor são dispositivos de resfriamento passivo populares que usam folhas termicamente condutoras ou placas de metal para distribuir o calor concentrado por uma área maior. Eles normalmente atuam como um material intermediário entre a fonte de calor e os trocadores de calor secundários.
Gerenciamento térmico para diferentes produtos químicos de bateria
Diferentes tipos de baterias funcionam melhor em determinadas faixas de temperatura. Aqui está um rápido resumo das temperaturas ideais de carga e descarga:
- Íon-lítio: Carregue entre 0°C e 45°C; Descarga de -20°C a 60°C
- NiMH/NiCAD: Carregar entre 0°C e 45°C; Descarga de -20°C a 65°C
- Chumbo ácido: Tanto a carga quanto a descarga são boas de -20°C a 50°C
Os fabricantes contam com dados técnicos e modelos de computador adaptados às necessidades dos clientes para simular o desempenho das baterias em diversas situações, incluindo mudanças de temperatura. Esses modelos ajudam os projetistas a descobrir os limites térmicos para que possam criar sistemas de gerenciamento térmico eficazes, garantindo que as baterias funcionem bem em todos os tipos de condições.
O que acontece se as baterias não tiverem gerenciamento térmico
As baterias aquecem devido à resistência da corrente elétrica. À medida que a corrente flui através de peças como conexões e eletrólitos, ela gera calor. Mais resistência resulta em mais calor, o que pode desgastar os materiais e reduzir a capacidade da bateria, às vezes até causando fuga térmica.
Por outro lado, as temperaturas frias diminuem a condutividade, dificultando o movimento dos elétrons e aumentando a resistência. Isso pode levar a problemas de desempenho e carregamento insatisfatórios com certos tipos de baterias.
Conclusão
A fuga térmica e a produtividade reduzida são questões importantes de gerenciamento térmico para baterias. Muitas empresas exigem que as baterias sejam aprovadas em testes térmicos para certificação. Compreender sua aplicação e setor específicos ajuda a projetar uma bateria compatível que demonstre operação segura.
