Baterije po meri imajo svoj tempo za polnjenje in odvajanje, kar seveda ustvarja nekaj toplote. Nekaj topline je v redu, vendar je lahko preveč težava. Tudi okoljske temperature igrajo vlogo – Vroče razmere so lahko škodljive, medtem ko hladni zmanjšujejo učinkovitost.
Zato je toplotno upravljanje pomembno pri oblikovanju teh baterij; Zagotavlja nemoteno delovanje z ohranjanjem prave temperature in preprečevanjem pregrevanja ali prekomernega hlajenja med uporabo in polnjenjem.
Kaj je toplotno upravljanje?
Toplotno upravljanje je postopek, ki ohranja sistem v svojem delovnem temperaturnem območju.
V elektronskih napravah pomaga raztresti odvečno toploto, da prepreči pregrevanje. Ker večina sistemov ustvarja toploto, obstaja tveganje, da poškodujete občutljive komponente, če se toplota preveč kopiči. Poleg tega lahko prekomerna zunanja toplota ovira tudi elektroniko.
Inženirji uporabljajo rešitve za toplotno upravljanje v različnih panogah, kot so vesoljski, avtomobilski, baterije in podatkovni centri. Ohranjanje optimalnih temperatur je ključnega pomena pri oblikovanju, saj povečuje zmogljivost in trajnost.
Za obvladovanje toplote se pogosto zanašajo na orodja, kot so vročina in ventilatorji za hlajenje ali tekoče hlajene sisteme s kriogenimi tekočinami za hitro hlajenje. Poleg tega lahko termični inženirji uporabljajo izolacijske materiale za zmanjšanje prenosa toplote na občutljiva območja.
Kakšna je razlika med aktivnim in pasivnim upravljanjem toplote?
Inženirji razvijajo sisteme toplotnega upravljanja z uporabo aktivnih in pasivnih tehnologij.
Aktivne komponente, kot so ventilatorji in črpalke, zahtevajo zunanji vir energije, medtem ko pasivni elementi, kot so toplotni potopi in cevi, ne.
Pasivna tehnologija izboljšuje naravne procese, kot so prevodnost, konvekcija ali sevanje znotraj sistema.
Obe vrsti si prizadevata za izboljšanje odvajanja toplote in vzdrževanja delovnih temperatur. Ker pasivna orodja ne potrebujejo dodatne energije, so ponavadi bolj prijazna do proračuna kot aktivne možnosti toplotnega upravljanja.
Primeri aktivnih metod hlajenja
Prisilna konvekcija
Številne aktivne hladilne naprave uporabljajo ventilatorje ali puhanje za povečanje pretoka zraka okoli vročih delov, kar pomaga ohladiti stvari. S hitrejšim potiskanjem vročega zraka ta metoda resnično poveča konvekcijo in naredi disipacijo toplote učinkovitejše.
Termoelektrični hladilniki
Termoelektrični hladilniki ali toplotne črpalke v trdnih stanju so precej pogosti pri delu s polprevodniki. So tanke in kompaktne, običajno zasukane med hladilnim hladilnikom in virom toplote.
Ko nanje nanesete napetost, ustvarijo temperaturno razliko med obema stranema. Ta večja temperaturna vrzel pomaga povečati hitrost prevodnosti.
Primeri pasivnih metod hlajenja
Toplotni potopi
Toplotni ponori so pogosti v pasivni hladilni prestavi.
V bistvu se hladilni hladilnik, narejen iz kovine, kot je baker ali aluminij, ki dobro vodi toploto, pritrdi na vir toplote. Toplotna energija se skozi kovino premika s prevodnostjo iz vročega dela in se sprosti v okoliški zrak z naravno konvekcijo s površine hladilnika.
Toplotni trosilniki
Toplotni trosilniki so priljubljene pasivne hladilne naprave, ki uporabljajo toplotno prevodne folije ali kovinske plošče za porazdelitev koncentrirane toplote na večjem območju. Običajno delujejo kot vmesni material med toplotnim virom in sekundarnimi izmenjevalniki toplote.
Toplotno upravljanje za različne kemije baterije
Različne vrste baterij najbolje delujejo v določenih temperaturnih območjih. Tukaj je hitro zapisovanje njihovih idealnih templjev za polnjenje in odvajanje:
- Litij-ion: naboj med 0 ° C in 45 ° C; Izpust od -20 ° C do 60 ° C
- NIMH/NICAD: polnjenje med 0 ° C in 45 ° C; Izpust od -20 ° C do 65 ° C
- Svinčena kislina: polnjenje in odvajanje sta dobro od -20 ° C do 50 ° C
Proizvajalci se zanašajo na tehnične podatke in računalniške modele, prilagojene kupcu, morajo simulirati, kako baterije delujejo v različnih situacijah, vključno s temperaturnimi spremembami. Ti modeli pomagajo oblikovalcem, da ugotovijo toplotne meje, da lahko ustvarijo učinkovite sisteme za toplotno upravljanje, pri čemer pazite, da baterije dobro delujejo v vseh vrstah pogojev.
Kaj se zgodi, če baterijam primanjkuje toplotnega upravljanja
Baterije segrejejo zaradi upora v električnem toku. Ko tok teče skozi dele, kot so povezave in elektroliti, ustvarja toploto. Več odpornosti ima za posledico več toplote, kar lahko odstrani materiale in zmanjša zmogljivost baterije, včasih celo povzroči toplotni beg.
Nasprotno pa hladne temperature znižujejo prevodnost, kar otežuje premikanje elektronov in povečanje upora. To lahko privede do slabe zmogljivosti in težav z polnjenjem z določenimi vrstami baterij.
Zaključek
Toplotna bega in zmanjšana produktivnost sta ključna vprašanja toplotnega upravljanja baterij. Mnoga podjetja potrebujejo baterijske pakete, da opravijo toplotno testiranje za certificiranje. Razumevanje vaše specifične aplikacije in industrije pomaga oblikovati skladno baterijo, ki prikazuje varno delovanje.
