Valg av varmeelementberegning

a) Batterivarmeelementer er primært tilgjengelig i tre former: silikonvarmeelementer, PTC-varmeelementer og PI-varmefilmer. Designet av varmeelementets størrelse er ferdigstilt etter at valget av passende materiale er gjort basert på varmeeffektbehov, kostnad, vekt og plass.

1) PTC-varmeelementer inneholder et keramisk varmeelement og en aluminiumsplate som typisk er 5-8 mm tykk og har en bæreevne. Batterimodulens bunn er vanligvis der de er plassert, som illustrert i figur 1(a).

2) Silikonvarmeelementer er sammensatt av en silikonkropp og en varmekjerne som er omtrent 1,2 mm i tykkelse. De er vanligvis plassert på siden av modulen og er ikke i stand til å bære vekt. Alternativt kan et silikonvarmeelement plasseres ved modulens base, som illustrert i figur 1(b).

3) PI-varmefilmer er sammensatt av en varmekjerne og en PI-film, som vanligvis er omtrent 0,38 mm tykke. De er vanligvis plassert på siden av modulen og er ikke i stand til å bære vekt. I tillegg kan de plasseres ved bunnen av modulen hvis det er tilstrekkelig plass.

b) Beregning av Varmekraft

Varmeeffekten til varmeelementet bestemmes av følgende formel:

F = 60 × R × W

Hvor F angir varmeeffekten til varmeelementet, W;

Den spesifikke varmekapasiteten til modulen er merket med R/(K ∙ K).

Modulens vekt, i kilogram, er betegnet med W.

60 refererer til kundens-påkrevde batterioppvarmingshastighet, grad/grad .

I praktiske applikasjoner, med tanke på faktorer som varmeledning mellom modulen og andre komponenter, varmeavledning på den andre siden av varmeelementet, og reduksjonen i varmeelementets effekt på grunn av endringer i batterisystemspenningen, legges det til en ytterligere 20 % margin til designutvalget. Derfor er den faktiske nødvendige varmeeffekten:

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

c) Valg av effekttetthet

I praktiske applikasjoner, siden batteriene i begge ender av modulen er i direkte kontakt med endeplaten, er varmeavledningen relativt rask gjennom endeplaten. I tillegg, på grunn av den foldede kanten på endeisolasjonsplaten, mangler noen områder av batteriet nær endeplaten varmeelementer. Disse to faktorene fører til økt temperaturforskjell mellom batteriene i begge ender av modulen og batteriet i midten av modulen under oppvarming. Derfor, i selve varmeelementdesignet, økes effekttettheten til varmeelementet nærmere modulenden passende.

PTC-varmeelementer har selv-temperaturkontroll. Som vist i figur 2, varmes det keramiske PTC-elementet opp etter at spenningen påføres, og den indre temperaturen stiger raskt, og går over fra NTC-effekten til PTC-effekten. Deretter, når temperaturen stiger, øker motstanden kraftig, og når til slutt en balanse mellom oppvarming og varmeavledning, og oppnår automatisk temperaturkontroll. Vanligvis er den selvkontrollerte temperaturen utformet mellom 60 grader og 80 grader. Når den brukes med en batterimodul, er den termiske likevektstemperaturen på overflaten vanligvis mellom 20 grader og 40 grader ved romtemperatur. Varmeelementets overflate lyser ikke rødt eller avgir åpen flamme, noe som sikrer sikkerhet og pålitelighet. Den mest brukte effekttettheten for PTC-varmeelementer er 0,5~0,6 K/K².

Silikonvarmeelementer og PI-varmefilmer har andre varmeegenskaper enn PTC. Høyere effekttetthet resulterer i høyere tørre-brenningstemperaturer, som vist i tabell 1. Mens kravene til varmeeffekt oppfylles, bør effekttettheten minimeres. Vanlig brukte effekttettheter for silikonvarmeelementer og PI-varmefilmer er 0,25~0,4 K/K².

Etter å ha økt effekttettheten i begge ender av varmeelementet, må den totale varmeeffekten til varmeelementet beregnes på nytt. Beregningsformelen er som følger:

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

Hvor 𝑃𝑥 refererer til varmeeffekten til den økte effekttettheten i begge ender av varmeelementet, i W.

d) Varmeelementspenning

PTC-varmeelementene er koblet parallelt i batteripakken, mens silikonvarmeelementene og PI-varmefilmene er koblet i serie. Varmeelementspenningen har to scenarier: For det første leveres varmespenningen av batteripakken, i så fall er PTC-varmeelementspenningen i samsvar med batteripakkens plattformspenning, og spenningsverdien til hvert silikonvarmeelement og PI-varmefilm bestemmes av antall elementer koblet i serie. For det andre leveres varmeelementspenningen av en ekstern lader, i hvilket tilfelle PTC-spenningen er konsistent med ladespenningen, og spenningsverdien til hvert silikonvarmeelement og PI-varmefilm bestemmes av antall elementer koblet i serie.

e) Varmeelementmotstand

Varmeelementmotstanden bestemmes av den beregnede varmeelementets effekt og spenning, som vist i følgende formel:

F = F^2/F0′

Hvor F refererer til spenningen til et enkelt varmeelement (V);

F0′ refererer til varmeeffekten til et enkelt varmeelement (W).

f) Fikseringsdesign for varmeelementer: PTC-varmeelementer er festet til bunnen av huset med bolter, og oppnår tett kontakt med modulen gjennom termiske puter eller lim; silikonvarmeelementer og PI-varmefilmer festes vanligvis til siden eller bunnen av modulen med enkelt-klebemiddel.

g) Festing av varmeledninger: Ledningsnettet er vanligvis festet til endeplaten eller huset, vanligvis med en avstand på 150 mm ~ 200 mm.