Зі швидким розвитком нових енергетичних технологій, акумуляторні батареї (такі як літій-іонні батареї, натрій-іонні батареї тощо) все частіше використовуються в енергетичних системах, електромобілях, центрах обробки даних та інших галузях. Безпека та термін служби батарей тісно пов'язані з їх робочою температурою.Датчики температури NTC (від’ємний температурний коефіцієнт), завдяки своїй високій чутливості та економічній ефективності, стали одним з основних компонентів для моніторингу температури акумуляторів. Нижче ми розглянемо їх застосування, переваги та проблеми з різних точок зору.
I. Принцип роботи та характеристики датчиків температури NTC
- Основний принцип
Терморезистор NTC демонструє експоненціальне зменшення опору зі зростанням температури. Вимірюючи зміни опору, можна непрямо отримати дані про температуру. Залежність між температурою та опором відповідає формулі:
RT=R0⋅eB(T1−T01)
деRT– це опір за певної температуриT,R0 – це опорний опір за заданої температуриT0, таBє матеріальною константою.
- Ключові переваги
- Висока чутливість:Невеликі зміни температури призводять до значних коливань опору, що дозволяє здійснювати точний моніторинг.
- Швидка відповідь:Компактний розмір і низька теплова маса дозволяють відстежувати коливання температури в режимі реального часу.
- Низька вартість:Зрілі виробничі процеси підтримують масштабне впровадження.
- Широкий діапазон температур:Типовий робочий діапазон (від -40°C до 125°C) охоплює типові сценарії для акумуляторів енергії.
II. Вимоги до управління температурою в акумуляторних батареях для зберігання енергії
Продуктивність та безпека літієвих акумуляторів сильно залежать від температури:
- Ризики високої температури:Перезаряд, перерозряд або коротке замикання можуть спричинити теплову втрату, що призводить до пожеж або вибухів.
- Вплив низьких температур:Підвищена в'язкість електроліту за низьких температур знижує швидкість міграції іонів літію, що призводить до різкої втрати ємності.
- Рівномірність температури:Надмірні перепади температур всередині акумуляторних модулів прискорюють старіння та скорочують загальний термін служби.
Таким чином,багатоточковий моніторинг температури в режимі реального часує критично важливою функцією систем керування акумуляторами (BMS), де датчики NTC відіграють ключову роль.
III. Типове застосування датчиків NTC в акумуляторних батареях
- Моніторинг температури поверхні клітини
- Датчики NTC встановлені на поверхні кожної комірки або модуля для безпосереднього контролю гарячих точок.
- Методи встановлення:Фіксується за допомогою термоклею або металевих скоб для забезпечення щільного контакту з клітинами.
- Моніторинг однорідності температури внутрішнього модуля
- Кілька датчиків NTC розміщені в різних місцях (наприклад, по центру, по краях) для виявлення локального перегріву або дисбалансу охолодження.
- Алгоритми BMS оптимізують стратегії заряджання/розряджання, щоб запобігти тепловому виходу з ладу.
- Управління системою охолодження
- Дані NTC запускають активацію/деактивацію систем охолодження (повітряне/рідинне охолодження або матеріали з фазозмінним переходом) для динамічного регулювання тепловіддачі.
- Приклад: Активація насоса рідинного охолодження, коли температура перевищує 45°C, та його вимикання нижче 30°C для економії енергії.
- Моніторинг температури навколишнього середовища
- Моніторинг зовнішніх температур (наприклад, літньої спеки або зимового холоду на вулиці) для зменшення впливу навколишнього середовища на продуктивність акумулятора.
IV. Технічні проблеми та рішення у застосуванні NTC
- Довгострокова стабільність
- Виклик:Дрейф опору може виникати в середовищах з високою температурою/вологістю, що призводить до похибок вимірювання.
- Рішення:Використовуйте високонадійні NTC з епоксидною або скляною інкапсуляцією в поєднанні з періодичним калібруванням або алгоритмами самокорекції.
- Складність багатоточкового розгортання
- Виклик:Складність підключення зростає при використанні десятків або сотень датчиків у великих акумуляторних батареях.
- Рішення:Спростіть електропроводку за допомогою модулів розподіленого збору даних (наприклад, архітектура шини CAN) або гнучких датчиків, інтегрованих у друковану плату.
- Нелінійні характеристики
- Виклик:Експоненціальна залежність опору від температури вимагає лінеаризації.
- Рішення:Застосовуйте програмну компенсацію за допомогою таблиць пошуку (LUT) або рівняння Штейнхарта-Харта для підвищення точності BMS.
V. Тенденції майбутнього розвитку
- Висока точність та оцифрування:NTC з цифровими інтерфейсами (наприклад, I2C) зменшують перешкоди сигналу та спрощують проектування системи.
- Багатопараметричний моніторинг злиття даних:Інтегруйте датчики напруги/струму для розумніших стратегій управління температурою.
- Додаткові матеріали:NTC-термостати з розширеним діапазоном (від -50°C до 150°C) для задоволення екстремальних вимог навколишнього середовища.
- Прогнозне обслуговування на основі штучного інтелекту:Використовуйте машинне навчання для аналізу історії температур, прогнозування тенденцій старіння та ввімкнення ранніх попереджень.
VI. Висновок
Температурні датчики NTC, завдяки своїй економічній ефективності та швидкій реакції, є незамінними для моніторингу температури в акумуляторних батареях. З удосконаленням інтелекту BMS та появою нових матеріалів, NTC ще більше підвищать безпеку, термін служби та ефективність систем накопичення енергії. Розробники повинні вибирати відповідні характеристики (наприклад, B-значення, корпус) для конкретних застосувань, оптимізувати розміщення датчиків та інтегрувати дані з багатьох джерел, щоб максимізувати їхню цінність.
Час публікації: 06 квітня 2025 р.