Z naglim razvojem novih energetskih tehnologij se v elektroenergetskih sistemih, električnih vozilih, podatkovnih centrih in drugih področjih vse pogosteje uporabljajo baterijski sklopi za shranjevanje energije (kot so litij-ionske baterije, natrijeve ionske baterije itd.). Varnost in življenjska doba baterij sta tesno povezani z njihovo delovno temperaturo.Temperaturni senzorji NTC (negativni temperaturni koeficient), zaradi svoje visoke občutljivosti in stroškovne učinkovitosti, so postali ena ključnih komponent za spremljanje temperature baterij. Spodaj bomo z več vidikov raziskali njihove aplikacije, prednosti in izzive.
I. Načelo delovanja in značilnosti temperaturnih senzorjev NTC
- Osnovno načelo
NTC termistor kaže eksponentno zmanjšanje upornosti z naraščanjem temperature. Z merjenjem sprememb upornosti je mogoče posredno pridobiti podatke o temperaturi. Razmerje med temperaturo in upornostjo sledi formuli:
RT=R0⋅eB(T1−T01)
kjeRTje upornost pri temperaturiT,R0 je referenčna upornost pri temperaturiT0 inBje materialna konstanta.
- Ključne prednosti
- Visoka občutljivost:Majhne temperaturne spremembe vodijo do znatnih sprememb upora, kar omogoča natančno spremljanje.
- Hiter odziv:Kompaktna velikost in nizka toplotna masa omogočata sledenje temperaturnim nihanjem v realnem času.
- Nizki stroški:Zreli proizvodni procesi podpirajo obsežno uvajanje.
- Širok temperaturni razpon:Tipično delovno območje (od -40 °C do 125 °C) zajema običajne scenarije za akumulatorje za shranjevanje energije.
II. Zahteve glede upravljanja temperature v baterijskih sklopih za shranjevanje energije
Zmogljivost in varnost litijevih baterij sta zelo odvisni od temperature:
- Tveganja zaradi visokih temperatur:Prekomerno polnjenje, prekomerno praznjenje ali kratki stiki lahko sprožijo toplotni pobeg, kar povzroči požare ali eksplozije.
- Učinki nizkih temperatur:Povečana viskoznost elektrolita pri nizkih temperaturah zmanjša hitrost migracije litijevih ionov, kar povzroči nenadno izgubo kapacitete.
- Enakomernost temperature:Prevelike temperaturne razlike znotraj baterijskih modulov pospešujejo staranje in skrajšujejo celotno življenjsko dobo.
Tako,večtočkovno spremljanje temperature v realnem časuje ključna funkcija sistemov za upravljanje baterij (BMS), kjer imajo ključno vlogo senzorji NTC.
III. Tipična uporaba senzorjev NTC v baterijskih sklopih za shranjevanje energije
- Spremljanje temperature celične površine
- NTC senzorji so nameščeni na površini vsake celice ali modula za neposredno spremljanje vročih točk.
- Metode namestitve:Pritrjeno s termičnim lepilom ali kovinskimi nosilci za zagotovitev tesnega stika s celicami.
- Spremljanje enakomernosti temperature notranjega modula
- Več senzorjev NTC je nameščenih na različnih mestih (npr. na sredini, robovih) za zaznavanje lokaliziranega neravnovesja pregrevanja ali hlajenja.
- Algoritmi BMS optimizirajo strategije polnjenja/praznjenja, da preprečijo toplotni odboj.
- Nadzor hladilnega sistema
- Podatki NTC sprožijo aktivacijo/deaktivacijo hladilnih sistemov (zračno/tekočinsko hlajenje ali fazno spremenljivi materiali za dinamično prilagajanje odvajanja toplote.
- Primer: Vklop črpalke za tekočinsko hlajenje, ko temperature presežejo 45 °C, in njen izklop pod 30 °C za varčevanje z energijo.
- Spremljanje temperature okolice
- Spremljanje zunanjih temperatur (npr. zunanja poletna vročina ali zimski mraz) za ublažitev vplivov okolja na delovanje baterije.
IV. Tehnični izzivi in rešitve pri aplikacijah NTC
- Dolgoročna stabilnost
- Izziv:V okoljih z visoko temperaturo/vlažnostjo se lahko pojavi nihanje upornosti, kar povzroči napake pri meritvah.
- Rešitev:Uporabite visoko zanesljive NTC-je z epoksidno ali stekleno enkapsulacijo, v kombinaciji s periodično kalibracijo ali algoritmi za samokorekcijo.
- Kompleksnost večtočkovne uvedbe
- Izziv:Kompleksnost ožičenja se poveča z več deset do stotinami senzorjev v velikih baterijskih sklopih.
- Rešitev:Poenostavite ožičenje z moduli za porazdeljeno zajemanje podatkov (npr. arhitektura vodila CAN) ali prilagodljivimi senzorji, integriranimi v tiskano vezje.
- Nelinearne značilnosti
- Izziv:Eksponentni odnos med upornostjo in temperaturo zahteva linearizacijo.
- Rešitev:Za izboljšanje natančnosti sistema za upravljanje stavb uporabite programsko kompenzacijo z iskalnimi tabelami (LUT) ali Steinhart-Hartovo enačbo.
V. Trendi prihodnjega razvoja
- Visoka natančnost in digitalizacija:NTC-ji z digitalnimi vmesniki (npr. I2C) zmanjšujejo motnje signalov in poenostavljajo zasnovo sistema.
- Večparametrsko spremljanje fuzije:Integrirajte senzorje napetosti/toka za pametnejše strategije upravljanja temperature.
- Napredni materiali:NTC-ji z razširjenim temperaturnim razponom (od -50 °C do 150 °C) za izpolnjevanje ekstremnih okoljskih zahtev.
- Prediktivno vzdrževanje, ki ga poganja umetna inteligenca:Uporabite strojno učenje za analizo zgodovine temperatur, napovedovanje trendov staranja in omogočanje zgodnjih opozoril.
VI. Zaključek
Temperaturni senzorji NTC so s svojo stroškovno učinkovitostjo in hitrim odzivom nepogrešljivi za spremljanje temperature v baterijskih sklopih za shranjevanje energije. Z izboljšanjem inteligence BMS in pojavom novih materialov bodo senzorji NTC še izboljšali varnost, življenjsko dobo in učinkovitost sistemov za shranjevanje energije. Oblikovalci morajo izbrati ustrezne specifikacije (npr. B-vrednost, embalažo) za specifične aplikacije, optimizirati postavitev senzorjev in integrirati podatke iz več virov, da bi povečali njihovo vrednost.
Čas objave: 6. april 2025