Расчет выбора ТЭНа

а) Нагревательные элементы батареи в основном доступны в трех формах: силиконовые нагревательные элементы, нагревательные элементы PTC и нагревательные пленки PI. Проект размера нагревательного элемента окончательно определяется после выбора соответствующего материала с учетом требований к мощности нагрева, стоимости, веса и занимаемого места.

1) Нагревательные элементы PTC содержат керамический нагревательный элемент и алюминиевую пластину, обычно толщиной 5-8 мм, способную выдерживать нагрузку. Обычно батарейный модуль находится там, где он расположен, как показано на рисунке 1(a).

2) Силиконовые нагревательные элементы состоят из силиконового корпуса и нагревательного сердечника толщиной примерно 1,2 мм. Обычно они располагаются сбоку от модуля и не способны выдержать вес. Альтернативно, в основании модуля можно разместить силиконовый нагревательный элемент, как показано на рисунке 1(b).

3) Нагревательные пленки ПИ состоят из нагревательного сердечника и пленки ПИ, толщина которых обычно составляет около 0,38 мм. Обычно они располагаются сбоку от модуля и не способны выдержать вес. Кроме того, их можно разместить у основания модуля, если имеется достаточно места.

б) Расчет тепловой мощности

Мощность нагрева ТЭНа определяется по следующей формуле:

F = 60 × R × W

Где F обозначает мощность нагрева ТЭНа, Вт;

Удельную теплоемкость модуля обозначают R/(K ∙ K).

Вес модуля в килограммах обозначается W.

60 означает-требуемую заказчиком скорость нагрева батареи, градус / градус.

В практических приложениях, учитывая такие факторы, как теплопроводность между модулем и другими компонентами, рассеивание тепла на другой стороне нагревательного элемента и снижение мощности нагревательного элемента из-за изменений напряжения аккумуляторной системы, к выбору конструкции добавляется дополнительный запас в 20%. Таким образом, фактическая необходимая мощность нагрева составит:

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

в) Выбор плотности мощности

На практике, поскольку батареи на обоих концах модуля находятся в непосредственном контакте с торцевой пластиной, рассеивание тепла через торцевую пластину происходит относительно быстро. Кроме того, из-за загнутого края торцевой изоляционной пластины в некоторых областях батареи рядом с торцевой пластиной отсутствуют нагревательные элементы. Эти два фактора приводят к увеличению разницы температур между батареями на обоих концах модуля и батареей в середине модуля при нагреве. Следовательно, в реальной конструкции нагревательного элемента плотность мощности нагревательного элемента ближе к концу модуля соответствующим образом увеличивается.

Нагревательные элементы PTC обладают функцией автоматического-контроля температуры. Как показано на рисунке 2, керамический элемент PTC нагревается после подачи напряжения, и внутренняя температура быстро возрастает, переходя от эффекта NTC к эффекту PTC. Впоследствии, по мере повышения температуры, сопротивление резко увеличивается, в конечном итоге достигая баланса между нагревом и рассеиванием тепла, достигая автоматического контроля температуры. Как правило, температура самоконтроля- составляет от 60 до 80 градусов. При использовании с аккумуляторным модулем температура теплового равновесия поверхности нагревательного элемента обычно составляет от 20 до 40 градусов при комнатной температуре. Поверхность нагревательного элемента не светится красным и не выделяет открытое пламя, что обеспечивает безопасность и надежность. Обычно используемая плотность мощности для нагревательных элементов PTC составляет 0,5–0,6 К/К².

Силиконовые нагревательные элементы и нагревательные пленки PI имеют другие нагревательные характеристики, чем PTC. Более высокая плотность мощности приводит к более высоким температурам сухого-горения, как показано в Таблице 1. При соблюдении требований к мощности нагрева плотность мощности должна быть минимизирована. Обычно используемая плотность мощности для силиконовых нагревательных элементов и нагревательных пленок с ПИ составляет 0,25–0,4 К/К².

После увеличения плотности мощности на обоих концах нагревательного элемента необходимо пересчитать общую мощность нагрева нагревательного элемента. Формула расчета следующая:

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

Где 𝑃𝑥 относится к мощности нагрева повышенной плотности мощности на обоих концах нагревательного элемента, в Вт.

г) Напряжение нагревательного элемента

Нагревательные элементы PTC подключаются внутри аккумуляторного блока параллельно, а силиконовые нагревательные элементы и нагревательные пленки PI подключаются последовательно. Напряжение нагревательного элемента имеет два сценария: во-первых, напряжение нагрева обеспечивается аккумуляторной батареей, и в этом случае напряжение нагревательного элемента PTC соответствует напряжению платформы аккумуляторной батареи, а значение напряжения каждого силиконового нагревательного элемента и нагревательной пленки PI определяется количеством элементов, соединенных последовательно. Во-вторых, напряжение нагревательного элемента обеспечивается внешним зарядным устройством, и в этом случае напряжение PTC соответствует напряжению зарядного устройства, а значение напряжения каждого силиконового нагревательного элемента и нагревательной пленки PI определяется количеством элементов, соединенных последовательно.

д) Сопротивление нагревательного элемента

Сопротивление нагревательного элемента определяется расчетной мощностью и напряжением нагревательного элемента, как показано в следующей формуле:

F = F^2/F0′

Где F относится к напряжению одного нагревательного элемента (В);

F0’ относится к тепловой мощности одного нагревательного элемента (Вт).

f) Конструкция крепления нагревательного элемента: нагревательные элементы PTC крепятся к нижней части корпуса с помощью болтов, обеспечивая плотный контакт с модулем с помощью термопрокладок или клея; Силиконовые нагревательные элементы и нагревательные пленки PI обычно прикрепляются к боковой или нижней части модуля с помощью одностороннего-клея.

g) Крепление жгута проводов: Жгут проводов обычно крепится к торцевой пластине или корпусу, обычно на расстоянии 150–200 мм.