Cálculo de seleção de elemento de aquecimento

a) Os elementos de aquecimento da bateria estão disponíveis principalmente em três formas: elementos de aquecimento de silicone, elementos de aquecimento PTC e filmes de aquecimento PI. O projeto do tamanho do elemento de aquecimento é finalizado após a seleção do material apropriado ser feita com base nos requisitos de potência de aquecimento, custo, peso e espaço.

1) Os elementos de aquecimento PTC contêm um elemento de aquecimento de cerâmica e uma placa de alumínio que normalmente tem 5-8 mm de espessura e capacidade de carga. A parte inferior do módulo de bateria normalmente é onde eles estão localizados, conforme ilustrado na Figura 1(a).

2) Os elementos de aquecimento de silicone são compostos por um corpo de silicone e um núcleo de aquecimento com aproximadamente 1,2 mm de espessura. Eles normalmente são posicionados na lateral do módulo e são incapazes de suportar peso. Alternativamente, um elemento de aquecimento de silicone pode ser acomodado na base do módulo, conforme ilustrado na Figura 1(b).

3) Os filmes de aquecimento PI são compostos por um núcleo de aquecimento e um filme PI, que normalmente têm aproximadamente 0,38 mm de espessura. Eles normalmente são posicionados na lateral do módulo e são incapazes de suportar peso. Além disso, poderão ser posicionados na base do módulo se houver espaço adequado.

b) Cálculo da Potência de Aquecimento

A potência de aquecimento do elemento de aquecimento é determinada pela seguinte fórmula:

F = 60 × R × W

Onde, F denota a potência de aquecimento do elemento de aquecimento, W;

A capacidade térmica específica do módulo é denotada por R/(K ∙ K).

O peso do módulo, em quilogramas, é indicado por W.

60 refere-se à-taxa de aquecimento da bateria exigida pelo cliente, grau / grau .

Em aplicações práticas, considerando fatores como a condução de calor entre o módulo e outros componentes, a dissipação de calor no outro lado do elemento de aquecimento e a redução na potência do elemento de aquecimento devido a alterações na tensão do sistema de bateria, uma margem adicional de 20% é adicionada à seleção do projeto. Portanto, a potência de aquecimento real necessária é:

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

c) Seleção de densidade de potência

Em aplicações práticas, como as baterias em ambas as extremidades do módulo estão em contato direto com a placa final, a dissipação de calor é relativamente rápida através da placa final. Além disso, devido à borda dobrada da placa de isolamento final, algumas áreas da bateria próximas à placa final não possuem elementos de aquecimento. Esses dois fatores levam a um aumento da diferença de temperatura entre as baterias em ambas as extremidades do módulo e a bateria no meio do módulo durante o aquecimento. Portanto, no projeto real do elemento de aquecimento, a densidade de potência do elemento de aquecimento mais próximo da extremidade do módulo é aumentada adequadamente.

Os elementos de aquecimento PTC possuem auto-controle de temperatura. Conforme mostrado na Figura 2, o elemento cerâmico PTC aquece após a aplicação da tensão e a temperatura interna aumenta rapidamente, passando do efeito NTC para o efeito PTC. Posteriormente, à medida que a temperatura aumenta, a resistência aumenta acentuadamente, atingindo eventualmente um equilíbrio entre aquecimento e dissipação de calor, conseguindo o controlo automático da temperatura. Geralmente, a temperatura auto-controlada é projetada entre 60 graus e 80 graus . Quando usado com um módulo de bateria, a temperatura de equilíbrio térmico da superfície do elemento de aquecimento está normalmente entre 20 graus e 40 graus à temperatura ambiente. A superfície do elemento de aquecimento não brilha em vermelho nem emite chama aberta, garantindo segurança e confiabilidade. A densidade de potência comumente usada para elementos de aquecimento PTC é de 0,5~0,6 K/K².

Os elementos de aquecimento de silicone e as películas de aquecimento PI têm características de aquecimento diferentes das do PTC. Densidades de potência mais altas resultam em temperaturas de queima-secas mais altas, conforme mostrado na Tabela 1. Embora atenda aos requisitos de potência de aquecimento, a densidade de potência deve ser minimizada. As densidades de potência comumente usadas para elementos de aquecimento de silicone e filmes de aquecimento PI são 0,25 ~ 0,4 K/K².

Depois de aumentar a densidade de potência em ambas as extremidades do elemento de aquecimento, a potência de aquecimento total do elemento de aquecimento precisa ser recalculada. A fórmula de cálculo é a seguinte:

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

Onde 𝑃𝑥 refere-se à potência de aquecimento do aumento da densidade de potência em ambas as extremidades do elemento de aquecimento, em W.

d) Tensão do elemento de aquecimento

Os elementos de aquecimento PTC são conectados em paralelo dentro da bateria, enquanto os elementos de aquecimento de silicone e as películas de aquecimento PI são conectados em série. A tensão do elemento de aquecimento tem dois cenários: primeiro, a tensão de aquecimento é fornecida pela bateria, caso em que a tensão do elemento de aquecimento PTC é consistente com a tensão da plataforma da bateria, e o valor da tensão de cada elemento de aquecimento de silicone e filme de aquecimento PI é determinado pelo número de elementos conectados em série. Em segundo lugar, a tensão do elemento de aquecimento é fornecida por um carregador externo, caso em que a tensão PTC é consistente com a tensão do carregador, e o valor da tensão de cada elemento de aquecimento de silicone e filme de aquecimento PI é determinado pelo número de elementos conectados em série.

e) Resistência do elemento de aquecimento

A resistência do elemento de aquecimento é determinada pela potência e tensão calculadas do elemento de aquecimento, conforme mostrado na seguinte fórmula:

F = F^2/F0′

Onde F refere-se à tensão de um único elemento de aquecimento (V);

F0′ refere-se à potência de aquecimento de um único elemento de aquecimento (W).

f) Projeto de Fixação do Elemento de Aquecimento: Os elementos de aquecimento PTC são fixados na parte inferior da carcaça com parafusos, conseguindo contato firme com o módulo através de almofadas térmicas ou adesivo; elementos de aquecimento de silicone e filmes de aquecimento PI geralmente são fixados na lateral ou na parte inferior do módulo com adesivo-único.

g) Fixação do chicote de aquecimento: O chicote elétrico geralmente é fixado na placa final ou no alojamento, normalmente com um espaçamento de 150 mm ~ 200 mm.