Одна ячейка заряжается в открытом лотке, со всех сторон окружённая воздухом; пакет заряжается внутри ограниченного объёма, где внутренние ячейки не могут отводить тепло так же легко, как поверхностные, и где одна горячая ячейка может изменить поведение всей цепочки. Поэтому тепловое управление на уровне пакета – предусловие быстрой зарядки многоячеечных NiMH, а не запоздалая доработка. В этой работе рассматривается тепловое проектирование заряжаемого NiMH-пакета – как генерируется и распределяется тепло, как следует организовать пути теплопроводности и воздушного потока, где должны стоять датчики температуры и сколько их нужно, и почему ток заряда всегда должен определяться самой горячей, а не средней ячейкой – чтобы удержать каждую ячейку в пределах области, заданной работами по одиночным ячейкам.
Внутри пакета источники тепла различаются: внутренние ячейки имеют большее тепловое сопротивление к окружающей среде и работают горячее краевых; ячейки с чуть более высоким внутренним сопротивлением генерируют больше I-в-квадрате-R тепла; а первые ячейки, достигающие полного заряда, вступают в экзотермическую рекомбинацию, пока другие ещё принимают заряд, концентрируя тепло в уже наиболее продвинувшихся местах. Поэтому возникают тепловые градиенты и обостряются в полосе конца заряда даже у номинально подобранных ячеек.
Сосредоточенная «температура пакета» маскирует эти градиенты; проектирование должно рассуждать о пространственном поле температуры, которое многоузловая электротепловая сеть (Paper 18) может предсказать из геометрии и потерь до создания прототипа.
Ячейки следует располагать так, чтобы у каждой был определён путь отвода тепла: теплопроводящие держатели или заливка, связывающие ячейки с шасси или внешней стенкой, металлические несущие рамы, распределяющие тепло, и отказ от полностью изолированных внутренних стопок без выхода наружу. Цилиндрические ячейки в тесном контакте проводят тепло между соседями – это помогает распределению, но способно распространить горячую точку – поэтому расстояние, теплопроводность держателей и контактное давление являются проектными переменными с реальным влиянием на пиковую температуру во время заряда.
У высокотоковых пакетов термоинтерфейс к теплораспределяющей пластине или стенке корпуса превращает весь корпус в радиатор; поддерживаемый ток заряда в конечном счёте задаётся тепловым сопротивлением этой цепи к окружающей среде.
Там, где доступна конвекция, вентиляционные каналы должны совпадать с естественным направлением плавучести и избегать застойных зон; разнос ячеек для циркуляции воздуха превосходит плотно набитый блок для быстрой зарядки даже при умеренной потере объёма. Принудительный поток воздуха во время заряда существенно сглаживает градиенты и позволяет больший ток, но контроллер должен знать состояние вентилятора – застрявший или заблокированный вентилятор меняет тепловое сопротивление, и профиль заряда должен снижаться до случая без потока воздуха, а не предполагать отказавшее охлаждение.
Включение вентилятора также создаёт артефакты dT/dt (Paper 7), поэтому тепловое завершение должно использовать фильтрованные измерения и не принимать вызванный вентилятором шаг охлаждения за безопасное состояние.
NTC должны измерять ячейки, которые с наибольшей вероятностью будут самыми горячими – геометрически внутренние позиции, ближайшие к внешнему источнику тепла и (где известно) ячейки с наибольшим сопротивлением – а не легкодоступные внешние ячейки. Один датчик допустим только для малых, почти изотермических пакетов; большим пакетам нужно несколько, и ток заряда и завершение определяются максимальным показанием: самая горячая ячейка задаёт предел рекомбинации и старения для всей цепочки, поскольку ток общий для всех последовательных ячеек.
Хорошее механическое соединение (Paper 7) – датчик пристёгнут или приклеен к корпусу ячейки, а не к плате PCB – и проверка неисправности датчика завершают конструкцию измерительной части; неизмеренная горячая ячейка – классическая первопричина инцидентов перезаряда на уровне пакета.
Контроллер пакета объединяет пространственную тепловую картину с электрической картиной по ячейкам: снижать ток, начиная с самой горячей ячейки, завершать цепочку, когда первые ячейки достигают допустимых критериев остановки, и использовать балансировку (следующие работы) для уменьшения разброса, создающего горячие ячейки. Первый рисунок сопоставляет распределения температуры в неуправляемом и термически управляемом пакете; второй выстраивает цикл управления по самой горячей ячейке.
Предсказание поля тепловой моделью, подтверждение зарядами прототипа с термопарами при наихудшей окружающей среде и заблокированном потоке воздуха и проверка, что ни одна ячейка не выходит за пределы своей одиночной области, – это пакетный эквивалент квалификации одиночной ячейки.
Weijiang поддерживает интеграторов пакетов рекомендациями по расстоянию между ячейками и тепловой части, данными о тепловыделении одиночной ячейки для заполнения тепловых моделей пакета и подбором подобранных ячеек, снижающим присущий разброс, который движет градиентами. Термически обоснованный пакет – это то, что вообще позволяет работать многоячеечным последовательным и балансировочным методам двух следующих работ, ведь балансировка не может спасти ячейку, которую тепло вытолкнуло за пределы её безопасной области заряда.
Weijiang Power проектирует и производит никель-металлгидридные ячейки, подобранные пакеты и готовые к зарядке конфигурации для потребительских, промышленных, медицинских клиентов и клиентов из сферы мобильности, и поддерживает партнёров рекомендациями по протоколам заряда, файлами характеристик IEC 61951-2, доказательствами безопасности IEC 62133-1 и совместной валидацией зарядных устройств. Сообщите формат ячейки, ток заряда, тепловые рамки и цель по циклам, и наши инженеры зададут комбинацию ячейки и заряда, защищающую и время работы, и срок службы. Ознакомьтесь с ассортиментом на странице продуктов.
