Vlastné batérie majú svoje vlastné tempo nabíjania a vybíjania, ktoré prirodzene vytvára určité teplo. Trochu tepla je v poriadku, ale príliš veľa môže byť problémom. Úlohu zohrávajú aj teploty prostredia – horúce podmienky môžu byť škodlivé, zatiaľ čo studené znižujú účinnosť.
To je dôvod, prečo je pri navrhovaní týchto batérií dôležitý tepelný manažment; zaisťuje plynulú prevádzku udržiavaním správnej teploty a zabraňuje prehriatiu alebo prechladnutiu počas používania a nabíjania.
Čo je to Thermal Management?
Tepelný manažment je proces, ktorý udržuje systém v rozsahu prevádzkových teplôt.
V elektronických zariadeniach pomáha odvádzať prebytočné teplo, aby sa zabránilo prehriatiu. Pretože väčšina systémov vytvára teplo, existuje riziko poškodenia jemných komponentov, ak sa teplo nahromadí príliš veľa. Navyše nadmerné vonkajšie teplo môže rušiť aj elektroniku.
Inžinieri používajú riešenia tepelného manažmentu v rôznych odvetviach, ako je letecký priemysel, automobilový priemysel, batérie a dátové centrá. Udržiavanie optimálnych teplôt je pri návrhu kľúčové, pretože zvyšuje výkon a odolnosť.
Na riadenie tepla sa často spoliehajú na nástroje, ako sú chladiče a ventilátory na chladenie alebo kvapalinou chladené systémy s kryogénnymi kvapalinami na rýchle chladenie. Okrem toho môžu tepelní inžinieri použiť izolačné materiály na zníženie prenosu tepla do citlivých oblastí.
Aký je rozdiel medzi aktívnym a pasívnym tepelným manažmentom?
Inžinieri vyvíjajú systémy tepelného manažmentu pomocou aktívnych aj pasívnych technológií.
Aktívne komponenty, ako sú ventilátory a čerpadlá, vyžadujú externý zdroj energie, zatiaľ čo pasívne prvky, ako sú chladiče a potrubia, nie.
Pasívna technológia zlepšuje prirodzené procesy, ako je vedenie, konvekcia alebo žiarenie v systéme.
Oba typy majú za cieľ zlepšiť odvod tepla a udržiavať prevádzkové teploty. Keďže pasívne nástroje nepotrebujú dodatočnú energiu, sú zvyčajne lacnejšie ako možnosti aktívneho tepelného manažmentu.
Príklady metód aktívneho chladenia
Nútená konvekcia
Mnoho aktívnych chladiacich zariadení používa ventilátory alebo dúchadlá na zvýšenie prúdenia vzduchu okolo horúcich častí, čo pomáha ochladzovať veci. Tým, že horúci vzduch vytlačíte rýchlejšie, táto metóda skutočne zvyšuje konvekciu a robí odvod tepla oveľa efektívnejším.
Termoelektrické chladiče
Termoelektrické chladiče alebo polovodičové tepelné čerpadlá sú celkom bežné pri práci s polovodičmi. Sú tenké a kompaktné, zvyčajne vložené medzi chladič a zdroj tepla.
Keď na ne privediete napätie, vytvoria medzi oboma stranami teplotný rozdiel. Táto väčšia teplotná medzera pomáha zvýšiť rýchlosť vedenia.
Príklady metód pasívneho chladenia
Chladiče
Chladiče sú bežné v pasívnych chladiacich zariadeniach.
V podstate sa k zdroju tepla pripája chladič vyrobený z kovu, ako je meď alebo hliník, ktorý dobre vedie teplo. Tepelná energia sa pohybuje cez kov vedením z horúcej časti a uvoľňuje sa do okolitého vzduchu prirodzenou konvekciou z povrchu chladiča.
Rozvádzače tepla
Rozdeľovače tepla sú obľúbené pasívne chladiace zariadenia, ktoré využívajú tepelne vodivé fólie alebo kovové platne na distribúciu koncentrovaného tepla na väčšiu plochu. Zvyčajne pôsobia ako medziprodukt medzi zdrojom tepla a sekundárnymi výmenníkmi tepla.
Tepelný manažment pre rôzne druhy batérií
Rôzne typy batérií fungujú najlepšie v určitých teplotných rozsahoch. Tu je rýchly prehľad ich ideálnych teplôt nabíjania a vybíjania:
- Lítium-ión: Nabíjanie medzi 0 °C a 45 °C; Vybíjanie od -20°C do 60°C
- NiMH/NiCAD: Nabíjanie medzi 0 °C a 45 °C; Vybíjanie od -20°C do 65°C
- Olovo: Nabíjanie aj vybíjanie je dobré od -20 °C do 50 °C
Výrobcovia sa spoliehajú na technické údaje a počítačové modely prispôsobené potrebám zákazníkov, aby mohli simulovať fungovanie batérií v rôznych situáciách vrátane zmien teploty. Tieto modely pomáhajú návrhárom zistiť teplotné limity, aby mohli vytvoriť efektívne systémy riadenia teploty, ktoré zaisťujú, že batérie fungujú dobre vo všetkých druhoch podmienok.
Čo sa stane, ak batériám chýba tepelný manažment
Batérie sa zahrievajú v dôsledku odporu elektrického prúdu. Keď prúd preteká časťami, ako sú spoje a elektrolyty, vytvára teplo. Väčší odpor má za následok viac tepla, ktoré môže opotrebovať materiály a znížiť kapacitu batérie, niekedy dokonca spôsobiť tepelný útek.
Naopak, nízke teploty znižujú vodivosť, čo sťažuje pohyb elektrónov a zvyšuje odpor. To môže viesť k slabému výkonu a problémom s nabíjaním určitých typov batérií.
Záver
Tepelný únik a znížená produktivita sú kľúčovými problémami riadenia teploty batérií. Mnoho spoločností vyžaduje, aby batérie prešli tepelným testom na certifikáciu. Pochopenie vašej špecifickej aplikácie a odvetvia pomáha navrhnúť vyhovujúcu batériu, ktorá demonštruje bezpečnú prevádzku.
