Gói pin tùy chỉnh có tốc độ sạc và xả riêng, điều này tự nhiên tạo ra một lượng nhiệt. Một chút ấm áp là tốt, nhưng quá nhiều có thể là một vấn đề. Nhiệt độ môi trường cũng đóng một vai trò – điều kiện nóng có thể gây hại, trong khi điều kiện lạnh làm giảm hiệu quả.
Đó là lý do tại sao việc quản lý nhiệt lại quan trọng trong việc thiết kế các bộ pin này; nó đảm bảo hoạt động trơn tru bằng cách duy trì nhiệt độ phù hợp và ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt hoặc quá lạnh trong quá trình sử dụng và sạc.
Quản lý nhiệt là gì?
Quản lý nhiệt là quá trình giữ hệ thống trong phạm vi nhiệt độ hoạt động.
Trong các thiết bị điện tử, nó giúp tản nhiệt dư thừa để tránh quá nóng. Vì hầu hết các hệ thống đều tạo ra nhiệt nên có nguy cơ làm hỏng các bộ phận mỏng manh nếu nhiệt tích tụ quá nhiều. Hơn nữa, nhiệt độ bên ngoài quá cao cũng có thể gây trở ngại cho các thiết bị điện tử.
Các kỹ sư sử dụng các giải pháp quản lý nhiệt trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như hàng không vũ trụ, ô tô, pin và trung tâm dữ liệu. Duy trì nhiệt độ tối ưu là rất quan trọng trong thiết kế vì nó giúp nâng cao hiệu suất và độ bền.
Để quản lý nhiệt, họ thường dựa vào các công cụ như tản nhiệt và quạt để làm mát hoặc hệ thống làm mát bằng chất lỏng bằng chất lỏng đông lạnh để làm mát nhanh chóng. Ngoài ra, các kỹ sư nhiệt có thể sử dụng vật liệu cách nhiệt để giảm sự truyền nhiệt đến các khu vực nhạy cảm.
Sự khác biệt giữa quản lý nhiệt chủ động và thụ động là gì?
Các kỹ sư phát triển hệ thống quản lý nhiệt bằng cả công nghệ chủ động và thụ động.
Các bộ phận hoạt động, như quạt và máy bơm, cần nguồn điện bên ngoài, trong khi các bộ phận thụ động, chẳng hạn như bộ tản nhiệt và đường ống thì không.
Công nghệ thụ động tăng cường các quá trình tự nhiên như dẫn truyền, đối lưu hoặc bức xạ trong hệ thống.
Cả hai loại đều nhằm mục đích cải thiện khả năng tản nhiệt và duy trì nhiệt độ hoạt động. Vì các công cụ thụ động không cần thêm năng lượng nên chúng thường thân thiện với ngân sách hơn các tùy chọn quản lý nhiệt chủ động.
Ví dụ về các phương pháp làm mát chủ động
Đối lưu cưỡng bức
Rất nhiều thiết bị làm mát chủ động sử dụng quạt hoặc máy thổi để tăng luồng không khí xung quanh các bộ phận nóng, giúp làm mát mọi thứ. Bằng cách đẩy không khí nóng ra xa nhanh hơn, phương pháp này thực sự làm tăng sự đối lưu và giúp tản nhiệt hiệu quả hơn.
Máy làm mát nhiệt điện
Bộ làm mát nhiệt điện hoặc bơm nhiệt trạng thái rắn khá phổ biến khi làm việc với chất bán dẫn. Chúng mỏng và nhỏ gọn, thường được kẹp giữa tản nhiệt và nguồn nhiệt.
Khi bạn đặt điện áp vào chúng, chúng sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên. Khoảng cách nhiệt độ lớn hơn này giúp tăng tốc độ dẫn truyền.
Ví dụ về phương pháp làm mát thụ động
Tản nhiệt
Tản nhiệt là phổ biến trong thiết bị làm mát thụ động.
Về cơ bản, một tản nhiệt làm bằng kim loại như đồng hoặc nhôm dẫn nhiệt tốt sẽ gắn vào nguồn nhiệt. Năng lượng nhiệt di chuyển qua kim loại bằng sự dẫn nhiệt từ bộ phận nóng và được giải phóng vào không khí xung quanh thông qua sự đối lưu tự nhiên từ bề mặt tản nhiệt.
Máy tản nhiệt
Bộ tản nhiệt là thiết bị làm mát thụ động phổ biến sử dụng lá hoặc tấm kim loại dẫn nhiệt để phân phối nhiệt tập trung trên một diện tích lớn hơn. Chúng thường hoạt động như một vật liệu trung gian giữa nguồn nhiệt và bộ trao đổi nhiệt thứ cấp.
Quản lý nhiệt cho hóa học pin khác nhau
Các loại pin khác nhau hoạt động tốt nhất trong phạm vi nhiệt độ nhất định. Dưới đây là tóm tắt nhanh về nhiệt độ sạc và xả lý tưởng của chúng:
- Lithium-ion: Sạc trong khoảng từ 0°C đến 45°C; Xả từ -20°C đến 60°C
- NiMH/NiCAD: Sạc trong khoảng từ 0°C đến 45°C; Xả từ -20°C đến 65°C
- Axit chì: Cả sạc và xả đều tốt từ -20°C đến 50°C
Các nhà sản xuất dựa vào dữ liệu kỹ thuật và mẫu máy tính phù hợp với nhu cầu của khách hàng để mô phỏng cách thức hoạt động của pin trong các tình huống khác nhau, bao gồm cả sự thay đổi nhiệt độ. Những mô hình này giúp các nhà thiết kế tìm ra giới hạn nhiệt để họ có thể tạo ra hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả, đảm bảo bộ pin hoạt động tốt trong mọi điều kiện.
Điều gì xảy ra nếu pin thiếu quản lý nhiệt
Pin nóng lên do điện trở của dòng điện. Khi dòng điện chạy qua các bộ phận như kết nối và chất điện phân, nó sẽ tạo ra nhiệt. Nhiều điện trở hơn dẫn đến nhiều nhiệt hơn, có thể làm mòn vật liệu và giảm dung lượng pin, thậm chí đôi khi gây ra sự thoát nhiệt.
Ngược lại, nhiệt độ lạnh làm giảm độ dẫn điện, khiến các electron khó di chuyển và tăng điện trở. Điều này có thể dẫn đến hiệu suất kém và các vấn đề về sạc với một số loại pin nhất định.
Phần kết luận
Sự thoát nhiệt và giảm năng suất là những vấn đề quản lý nhiệt quan trọng đối với pin. Nhiều công ty yêu cầu bộ pin phải vượt qua bài kiểm tra nhiệt để được chứng nhận. Hiểu ứng dụng và ngành cụ thể của bạn sẽ giúp thiết kế bộ pin tuân thủ thể hiện hoạt động an toàn.
