Krótkie omówienie zastosowania czujników temperatury NTC w akumulatorach magazynujących energię

Wraz z dynamicznym rozwojem nowych technologii energetycznych, akumulatory magazynujące energię (takie jak akumulatory litowo-jonowe, sodowo-jonowe itp.) są coraz częściej stosowane w systemach energetycznych, pojazdach elektrycznych, centrach danych i innych dziedzinach. Bezpieczeństwo i żywotność akumulatorów są ściśle związane z ich temperaturą pracy.Czujniki temperatury NTC (o ujemnym współczynniku temperaturowym), dzięki swojej wysokiej czułości i opłacalności, stały się jednym z podstawowych elementów monitorowania temperatury akumulatorów. Poniżej omawiamy ich zastosowania, zalety i wyzwania z różnych perspektyw.

I. Zasada działania i charakterystyka czujników temperatury NTC

1. Podstawowa zasada
   Termistor NTC wykazuje wykładniczy spadek rezystancji wraz ze wzrostem temperatury. Pomiar zmian rezystancji pozwala pośrednio uzyskać dane dotyczące temperatury. Zależność między temperaturą a rezystancją jest zgodna ze wzorem:

RT=R0​⋅eB(T1​−T01)

GdzieRTto opór w temperaturzeT,R0 to rezystancja odniesienia w danej temperaturzeT0​ iBjest stałą materiałową.

2. Główne zalety
   • Wysoka czułość:Niewielkie zmiany temperatury powodują znaczne wahania rezystancji, co umożliwia precyzyjny monitoring.
   • Szybka odpowiedź:Kompaktowe rozmiary i niska masa cieplna pozwalają na śledzenie wahań temperatury w czasie rzeczywistym.
   • Niski koszt:Dojrzałe procesy produkcyjne umożliwiają wdrożenie na szeroką skalę.
   • Szeroki zakres temperatur:Typowy zakres temperatur roboczych (od -40°C do 125°C) obejmuje typowe scenariusze dla akumulatorów magazynujących energię.

II. Wymagania dotyczące zarządzania temperaturą w zestawach akumulatorów magazynujących energię

Wydajność i bezpieczeństwo baterii litowych w dużym stopniu zależą od temperatury:

• Ryzyko związane z wysoką temperaturą:Przeładowanie, nadmierne rozładowanie lub zwarcia mogą wywołać niekontrolowany wzrost temperatury, powodując pożar lub wybuch.
• Efekty niskich temperatur:Wzrost lepkości elektrolitu w niskich temperaturach powoduje zmniejszenie szybkości migracji jonów litu, co powoduje nagłą utratę pojemności.
• Jednorodność temperatury:Nadmierne różnice temperatur wewnątrz modułów akumulatorowych przyspieszają ich starzenie i skracają ogólną żywotność.

Zatem,wielopunktowy monitoring temperatury w czasie rzeczywistymjest istotną funkcją systemów zarządzania akumulatorami (BMS), w których czujniki NTC odgrywają kluczową rolę.

III. Typowe zastosowania czujników NTC w akumulatorach magazynujących energię

1. Monitorowanie temperatury powierzchni komórki
   • Czujniki NTC instalowane są na powierzchni każdej komórki lub modułu w celu bezpośredniego monitorowania punktów aktywnych.
   • Metody instalacji:Mocowane za pomocą kleju termicznego lub metalowych uchwytów, co zapewnia ścisły kontakt z ogniwami.
2. Monitorowanie jednorodności temperatury modułu wewnętrznego
   • W różnych miejscach (np. na środku, na krawędziach) rozmieszczono wiele czujników NTC, aby wykrywać lokalne przegrzania lub zaburzenia równowagi chłodzenia.
   • Algorytmy BMS optymalizują strategie ładowania/rozładowywania w celu zapobiegania niekontrolowanemu wzrostowi temperatury.
3. Sterowanie układem chłodzenia
   • Dane NTC powodują aktywację/dezaktywację układów chłodzenia (chłodzenie powietrzem/cieczą lub materiałami o przemianie fazowej) w celu dynamicznej regulacji rozpraszania ciepła.
   • Przykład: Aktywacja pompy chłodzenia cieczą, gdy temperatura przekroczy 45°C i wyłączenie jej, gdy temperatura spadnie poniżej 30°C, aby oszczędzać energię.
4. Monitorowanie temperatury otoczenia
   • Monitorowanie temperatur zewnętrznych (np. upałów latem i chłodów zimą) w celu ograniczenia wpływu środowiska na wydajność akumulatora.

  

IV. Wyzwania techniczne i rozwiązania w aplikacjach NTC

1. Długoterminowa stabilność
   • Wyzwanie:W środowiskach o wysokiej temperaturze i wilgotności może wystąpić dryft rezystancji powodujący błędy pomiaru.
   • Rozwiązanie:Należy stosować niezawodne czujniki NTC w obudowie epoksydowej lub szklanej, w połączeniu z okresową kalibracją lub algorytmami autokorekty.
2. Złożoność wdrażania wielopunktowego
   • Wyzwanie:W przypadku dużych pakietów baterii liczba czujników składających się z dziesiątek, a nawet setek, wzrasta wraz ze wzrostem stopnia skomplikowania okablowania.
   • Rozwiązanie:Uprość okablowanie dzięki rozproszonym modułom akwizycji danych (np. architektura magistrali CAN) lub elastycznym czujnikom zintegrowanym z płytką PCB.
3. Charakterystyki nieliniowe
   • Wyzwanie:Wykładnicza zależność rezystancji od temperatury wymaga linearyzacji.
   • Rozwiązanie:Zastosuj kompensację programową przy użyciu tablic wyszukiwania (LUT) lub równania Steinharta-Harta w celu zwiększenia dokładności BMS.

V. Przyszłe trendy rozwojowe

1. Wysoka precyzja i digitalizacja:Czujniki NTC z interfejsami cyfrowymi (np. I2C) redukują zakłócenia sygnału i upraszczają projektowanie systemów.
2. Monitorowanie fuzji wieloparametrowej:Zintegruj czujniki napięcia/prądu, aby wdrożyć inteligentniejsze strategie zarządzania temperaturą.
3. Zaawansowane materiały:Czujniki NTC o rozszerzonym zakresie temperatur (od -50°C do 150°C) dostosowane do ekstremalnych warunków środowiskowych.
4. Konserwacja predykcyjna oparta na sztucznej inteligencji:Wykorzystaj uczenie maszynowe do analizy historii temperatur, przewidywania trendów starzenia i umożliwienia wczesnego ostrzegania.

VI. Wnioski

Czujniki temperatury NTC, ze względu na swoją ekonomiczność i szybką reakcję, są niezbędne do monitorowania temperatury w akumulatorach akumulatorowych. Wraz z rozwojem inteligencji systemów BMS i pojawianiem się nowych materiałów, czujniki NTC będą jeszcze bardziej zwiększać bezpieczeństwo, żywotność i wydajność systemów magazynowania energii. Projektanci muszą dobrać odpowiednie parametry (np. wartość B, obudowę) do konkretnych zastosowań, zoptymalizować rozmieszczenie czujników i zintegrować dane z wielu źródeł, aby zmaksymalizować ich wartość.