Фото дизайн батарей отопления: 95 фото лучших идей для стильного отопления

Содержание

95 фото лучших идей для стильного отопления

Причин, почему можно задуматься о замене старых батарей в своей квартире на более новые, масса: несоответствие их задуманному интерьеру помещения, внезапный засор, недостаточная теплоотдача и т.д.

Разнообразные фото размещения современных батарей в квартире говорят о том, что радиаторы давно прекратили быть громоздкой, неказистой деталью в интерьере, а наоборот, стали его украшением.

Ведь в настоящее время к продаже представлены отопительные системы различных видов, цветовых решений, дизайна, выбор из такого многообразия остается за покупателем.


Оглавление статьи:

Подробнее о разновидностях

Замена батареи в квартире — процесс достаточно ответственный, поэтому к его реализации необходимо подойти, учитывая различные нюансы и технические характеристики оборудования.

Для начала определимся, радиаторы какой конструкции лучше впишутся в интерьер вашего дома. Они бывают:

  • панельные. Представляют собой цельную конструкцию, без деления на секции. Имеют конвекционные отверстия, позволяющие производить достаточно быстрый нагрев комнаты;
  • секционные. Как следует из названия, такие приборы состоят из секций. Их основное преимущество – допустимость увеличения мощности обогрева благодаря возможности присоединения дополнительных секций
  • трубчатые. Основа конструкции – стальной сердечник с рассеивающими пластинами. Детали такого типа радиатора сварены между собой, поэтому перед покупкой нужно точно знать необходимую мощность обогрева.

Наиболее часто встречающийся вариант в квартирах – секционное отопительное оборудование, так как панели могут не выдержать скачка давления в системе, а своеобразный внешний вид трубных батарей подойдет далеко не к каждому стилю, в котором оформлено помещение.

Основными требованиями при выборе и замене батарей отопления являются: их показатели теплоотдачи, способность перенести высокую нагрузку центральной системы (давление до 15 атм.

), презентабельный внешний вид, приемлемая стоимость, хорошее качество и износоустойчивость.


Для этого необходимо разобраться, какой материал используется для изготовления радиаторов, и изучить их основные свойства, в зависимости от применяемого в производстве сырья.

Алюминиевые конструкции отличает привлекательный внешний вид и хорошая теплоотдача. Но при покупке данного вида необходимо заострить внимание на наличие во внутренней полости специального полимерного покрытия, которое продлевает срок эксплуатации и защищает от неблагоприятного влияния теплоносителя.

Стальные батареи привлекают невысокой стоимостью, однако такой вариант лучше всего подойдет для частных домов, высокое давление в системе централизованного отопления может нанести серьезный вред изделию и значительно уменьшить срок его службы.

Чугунные радиаторы неприхотливы в использовании, имеют высокую прочность, износоустойчивы, не подвержены изменению своего качества при контакте с теплоносителем. Существенный недостаток этого материала – низкая теплоотдача. Так же существует ограничение на их установку в высотках, имеющих более девяти этажей.

Лучшие батареи отопления для квартиры – биметаллические. Такой вариант считается самым оптимальным за счет совмещения основных преимуществ стальных и алюминиевых радиаторов: сердцевина из стали обеспечивает устойчивость к высокому давлению, а корпус из алюминия – максимально возможную теплопроводность.

Медные радиаторы обладают высоким коэффициентом полезного действия, не боятся гидроударов, отличаются большой прочностью, не подвержены коррозии, имеют большой срок службы. Эти современные варианты имеют стильный дизайн, что позволит сделать их украшением любой комнаты.

Особенность, не позволяющая начать массовую установку батарей с такими прекрасными характеристиками в квартиры – их очень высокая стоимость.


Для справки, наиболее бюджетными вариантами являются чугунные и алюминиевые конструкции, изделия из стали и биметалла входят в среднюю ценовую категорию. Самые дорогие, обогреватели премиум–класса: медные.

Полезные советы

Собравшись менять батареи в квартире, обязательно узнайте и запомните, какими техническими характеристиками должен обладать отдельный радиатор для каждой комнаты.

Обратите внимание на то, чтобы отопительное оборудование:

  • было способно выдержать возможные гидроудары, скачки давления в центральной системе, без деформации и разгерметизации;
  • обладало устойчивостью к теплоносителю, содержащимся в нем агрессивным веществам;
  • имело максимальную нагревательную способность;
  • обеспечивало необходимую для обогреваемой площади теплоотдачу.

Подбирая лучшие батареи для своей квартиры, обязательно заострите внимание на следующих нюансах:

  • производительность;
  • выдерживаемое давление;
  • качество теплоносителя.

Если вы затрудняетесь с расчетом необходимой для вашего дома мощности изделия, то просто остановите выбор на радиаторе отопления с производительностью, идентичной ранее установленному.

Превышение тепловой мощности незаконно.

Если радиатор выдерживает максимальное давление до 15 атм., то такое оборудование можно устанавливать в квартире. Оно гарантированно выдержит все возможные скачки и гидроудары в системе.

Теплоноситель – это вода, которая подается в отопительную систему. В неё добавляют различные агрессивные вещества, которые с течением времени образуют накипь, и под её воздействием может начаться разъедание металла и батарея начнет течь. В связи с этим в многоквартирных домах рекомендуется устанавливать радиаторы, устойчивые к теплоносителю.

Подключение радиатора отопления

Установка батареи, в соответствии с правилами и существующими ограничениями градообразующих предприятий, должна производиться специальными организациями, которые имеют право и разрешение на проведение работ в системах отопления.

Монтаж новых конструкций должен быть произведен специалистом, для этого необходимо обратиться на предприятие, обслуживающее ваш дом, и вызвать квалифицированного мастера.


Обратите внимание, отопительное оборудование должно оставаться на старом месте, так как схема подключения радиаторов зафиксирована в документах. При самовольном переносе батарей в будущем возникнут большие сложности при продаже квартиры.

Наиболее благоприятное время года для замены радиаторов – лето, так как слив воды из системы, необходимый для проведения таких работ, возможен только в неотопительном сезоне.

Замена батарей в квартире – ответственный процесс, требующий особого внимания и точности. Экономить на этом не стоит, чтобы не получить в холодное время года неприятный сюрприз, в виде ледяных радиаторов.

Подойдите к этому вопросу разумно, при необходимости проконсультируйтесь со специалистами, и только после полной уверенности в своем выборе приступайте к работам.

Фото батареи в квартиру

Дизайнерские радиаторы отопления — дизайн радиаторов

Здесь вы узнаете:

Классическая отопительная система представляет собой совокупность труб и скучных батарей. Все эти элементы не портят интерьеры, но и не украшают их. Конечно есть возможность замаскировать их декоративной решеткой для батарей, но все меняется, когда в доме монтируются дизайн-радиаторы, отличающиеся превосходным внешним видом. Они становятся самым настоящим украшением домашних интерьеров, радуя домочадцев и привлекая внимание гостей. Что представляют собой заводские дизайнерские радиаторы и как сделать их своими руками? Об этом расскажет наш подробный обзор.

Какими бывают дизайнерские радиаторы

Существует огромный выбор дизайнерских батарей отопления, способных украсить любое помещение.

Миллионы людей знакомы со старыми добрыми чугунными батареями, украшающими жилье, построенное в советском периоде. Они не отличаются достойным внешним видом, но работу свою выполняют хорошо. Со временем их место заняли более современные компактные модели, не портящие собой жилые и рабочие интерьеры. Но для тщательно продуманных дизайнерских интерьеров они не подходят по причине своей простоты. Поэтому на рынке появились дизайнерские батареи отопления, прочно занявшие свою нишу и получившие довольных покупателей.

Сегодня потребители могут приобрести следующие виды дизайнерских радиаторов:

  • Чугунные;
  • Стальные трубчатые;
  • Панельные;
  • С индивидуальным дизайном;
  • Восстановленные ретро-батареи.

Благодаря вдумчивой работе дизайнеров, на отопительном рынке появились превосходные радиаторы, способные стать частью интерьера.

Дизайнерский чугун

Знаете ли вы, что чугунные батареи могут быть достаточно дорогими и красивыми? Речь идет о необычных дизайнерских радиаторах, изготовленных на основе привычного чугуна. В качестве декорирующих элементов здесь применяются рельефные рисунки и соответствующая покраска. В результате получаются привлекательные батареи в ретро-стиле. Декоративные радиаторы отопления из чугуна могут быть настенными или напольными – на выбор покупателя.

Для их подключения выпускается соответствующая фурнитура – это декорированные краны, уголки и прочие соединительные элементы. Выполнив монтаж с помощью этих элементов, вы получите отопительную систему с превосходным внешним видом.

Также в продаже встречаются чугунные дизайнерские батареи отопления с крайне необычной формой отдельных секций. Они могут быть круглыми или очень плоскими, с красивыми торцами и соответствующими дизайну кранами и соединительными элементами. Иногда такие батареи делают не из чугуна, а из стали, но сути это не меняют – меняются лишь характеристики изделий. Хороший эффект дает покраска – золотистая, серебристая, одноцветная или многоцветная. Неплохим внешним видом могут похвастаться винтажные чугунные батареи, окрашенные «под старину».

Стальные батареи

Стальные дизайнерские радиаторы отопления представлены необычайным разнообразием моделей. Самые простые из них выполняются из труб, выкрашенных в определенный цвет. Например, покраска красным или синим металликом дает просто потрясающий эффект – смотрятся такие батареи невероятно красиво. Также в продаже встречаются белые, черные, желтые, золотистые, серебристые, зеленые и многие другие модели.

Иногда трубы для стальных радиаторов делают не круглыми, а прямоугольными. В результате на свет появляются симпатичные устройства в стиле Hi-tech. Также в продаже встречаются модели из стальных трубок, изогнутых под различными углами или переплетающихся между собой – фантазия дизайнеров подарила миру самые оригинальные и необычные батареи отопления. Иногда они дополняются крючками и горизонтальными металлическими рейками для сушки полотенец – отличное решение для ванной комнаты.

Также промышленность выпускает панельные декоративные радиаторы отопления, отличающиеся интересным внешним видом. Для этого на их поверхность наносятся различные рисунки и узоры. Иногда дизайнеры развлекаются созданием необычных фактур, наделяющих панельные радиаторы оригинальным дизайном.

Способы дизайнерской отделки батарей

Придать необычный вид можно практически любому радиатору отопления – путем обычной покраски. Поэтому в продаже присутствует большой ассортимент цветастых радиаторов, выкрашенных в самые различные цвета. Например, они могут быть синими, зелеными, темно-бордовыми, коричневыми или фиолетовыми. Помимо однотонной окраски, практикуется нанесение фактурных рисунков – в результате на свет появляются батареи, отделанные под сталь, под дерево и под другие материалы.

Благодаря стараниям дизайнеров, на свет появляются декоративные радиаторы отопления, которые просто поражают своим внешним видом – они выполняются из изогнутых, переплетенных и штампованных элементов. Иногда фантазия разработчиков доходит до того, что при первом взгляде на батарею и не скажешь, что это обычный отопительный прибор. Многие из них изготавливаются по индивидуальным проектам, позволяя реализовать самые смелые фантазии дизайнеров.

Следует помнить, что изготовление декоративных радиаторов отопление по индивидуальным проектам может вылиться в огромную сумму – данные услуги достаточно дорогие.

Дизайнерский радиатор в форме скамейки прекрасно впишется в современный интерьер.

Радиаторы отопления необычных форм часто используются для оформления жилых и офисных помещений. Благодаря своему впечатляющему внешнему виду, они притягивают взгляды и вызывают восхищение. Например, их изготавливают в форме причудливых настенных панелей, сочетающих в себе детали интерьера и функции отопительного оборудования. Иногда дизайнерские батареи имитируют форму различных предметов – отличный способ создать впечатляющий дизайн жилых помещений и не испортить их классическими батареями отопления.

Увидеть фото дизайнерских радиаторов отопления вы сможете в нашем обзоре – лучше один раз посмотреть, чем читать о превосходных творениях опытных дизайнеров.

Иногда дизайнерскими становятся старые чугунные батареи, которые были установлены в старинных постройках и особняках. Их подвергают реставрации, убирают ржавчину, покрывают краской и продают за огромные деньги – клиенты на такие раритетные вещи найдутся всегда.

Делаем обычные батареи дизайнерскими

Чугунные дизайнерские радиаторы отопления радуют глаз и дарят людям тепло. Но за их красивую отделку нужно платить, причем отдельные модели стоят достаточно дорого. Что же делать, если хочется заполучить красивые и недорогие батареи отопления? В этом случае нужно сделать дизайнерские батареи своими руками. Для этого используется самая обычная краска, а процесс превращения сводится к трем шагам:

Для реставрации батарей отопления сначала очистите его от старого покрытия и ржавчины, а уже потом наносите выбранную краску.

  • Очищаем радиаторы наждачной бумагой;
  • Наносим выбранную краску;
  • Дожидаемся полного высыхания.

Процедуру покраски лучше всего проводить при отключенном отоплении, чтобы краска высохла естественным путем.

Даже из самых обычных отопительных приборов можно сделать произведение искусства.

Аналогичным образом меняется внешность и многих других радиаторов, например, стальных или алюминиевых. Но нужно помнить, что под действием тепла некоторые виды красителей изменяют свою расцветку. Поэтому здесь необходимо использовать только самые стойкие виды красок. Кстати, используя краски разных цветов, можно нарисовать на батареях какие-либо рисунки или узоры – для облегчения процесса создаются предварительные контуры карандашом.

Хороший эффект дает создание рисунка с помощью позолоты – таким способом можно создать интересный рисунок, привлекающий взгляд.

Также для декорирования батарей отопления используются различные наклейки и рисунки на бумаге. Оклейка производится с помощью стойкого к нагреву клея – он не должен облазить при включении отопления. Наклейки приобретаются в магазине или изготавливаются самостоятельно, с помощью цветного принтера (достаточно напечатать какой-либо рисунок и вырезать его ножницами по контуру). Для закрепления результатов на батарею наносится бесцветный лак – наша самодельная дизайнерская батарея готова!

Дизайн радиаторов отопления: водяные, вертикальные, чугунные, фото

Прошли те времена, когда считалось, что хорошая батарея – это невидимая конструкция. На сегодняшний день в качестве современных отопительных систем достаточно часто выпускают дизайн-радиаторы, которые отличаются не только эффективностью, но и красотой.

Рис 1: отопительные приборы с пленочным прозрачным элементом.

Дизайнерские радиаторы в большинстве случаев воспринимаются, как отопительные приборы, которые обладают нетрадиционным внешним видом.

Некоторые дизайнеры, которые закрывают обыкновенный отопительный аппарат декоративной решеткой, по ошибке считают, что создали дизайнерский радиатор. Следует знать, что это далеко не так. Дизайн-батареей называется устройство, которое обладает необычной формой и украшает интерьер помещения.

Какими бывают отопительные дизайн-радиаторы

  1. Тепловые панели. В связи с существующими разнообразными размерами, формами и отделкой данные конструкции способны органично вписываться в интерьер, который может быть выполнен в абсолютно любом стиле – от хай-тека до классики. Особенность внешнего вида дает возможность использовать их в качестве архитектурных элементов. К примеру, несколько высоких вертикальных панелей, которые повешены по бокам двери (зеркала, окна) будут восприниматься как необычные пилястры.
  2. Трубчатые радиаторы. Корпус их образован из стальных трубок. Подобным конструкциям можно придавать практически любую конфигурацию. Из трубчатых секций есть возможность выстроить высокие колонны, ширмы, ограждения проемов лестниц и обрамления барных стоек. Изогнутые модели могут легко вписываться в эркеры либо полукруглые ниши.
  3. Арт-объекты. Подобные модели больше всего напоминают произведения искусства. Внешне они способны выглядеть как абстрактные скульптуры, нотные знаки, буквы латинского алфавита, ажурные виньетки, горящий камин и так далее.

Вернуться к оглавлению

Интересные особенности

Рис 2: радиатор отопления в виде хромированных вентилей.

  1. Красота и функциональность. Данные качества могут быть совместимыми. Дизайнеры решили, что радиаторную площадь есть возможность не только декорировать, но и применять в качестве различных предметов. К примеру:
  2. Батарея-вешалка. На фронтальной панели присутствуют крючки для одежды, в связи с чем промокший шарф либо плащ могут высохнуть уже через час.
  3. Батарея-скамейка. Данные конструкции в большинстве случаев устанавливаются в помещении бассейнов, предбанников, комнатах отдыха или зимнем саду.
  4. Радиаторы-ширмы и перегородки. Данные устройства являются очень удобными при планировке и зонировании помещений.
  5. Батарея-зеркальная рама. Теплое зеркало есть возможность повесить в ванной комнате либо в холодной прихожей.

Достоинства подобных конструкций:

  1. Подобные устройства способны прекрасно вписываться в интерьер. Есть возможность подобрать декоративный отопительный радиатор под совершенно любой стиль помещения.
  2. Данные конструкции будут создавать приятный микроклимат в помещениях. Дизайн-батарея не сушит воздух, а в конструкции ее отсутствуют элементы, в которых может собираться пыль.
  3. Такие устройства могут поддерживать заданную температуру. Электрические батареи есть возможность программировать. Они оснащаются таймером, на котором можно задавать параметры обогрева собственного жилища.

Рис 3: радиатор в виде абстрактной конструкции на стенке.

Недостаток водных дизайн батарей заключается в том, что у них довольно высокие требования к антикоррозийной защите. Декоративный импортный радиатор, который выполнен из тонкостенной стали, может быстро выйти из строя. Российская вода вредна для данного материала. В связи с этим при покупке следует обращать внимание, из чего выполнен прибор. Рекомендуется искать модели из каких-нибудь стойких материалов (к примеру, меди) с горячей оцинковкой внутренней поверхности.

Недостатки электрических дизайнерских батарей:

  1. Высокая стоимость использования. За каждое использование подобного прибора понадобится платить, следовательно, счет за электричество вырастет в разы. Чем выше мощность батарей, тем быстрее они будут “крутить” счетчик.
  2. Довольно высокие требования к качеству проводки. Проводка должна рассчитываться на подключение электрических приборов большой мощности.

Вернуться к оглавлению

Из каких материалов изготавливаются отопительные дизайнерские радиаторы

Вернуться к оглавлению

Чугунные отопительные дизайн радиаторы

Чугунные дизайнерские радиаторы отопления в большинстве случаев стилизуются под старину. Материал позволяет это сделать: настенные и напольные чугунные отопительные радиаторы можно вспомнить по старым домам, которые были построены в начале 20-го века.

Типичный портрет аппарата данного семейства дизайнерских радиаторов приблизительно такой: массивная конструкция с 2-3 вертикальными каналами на 1 секцию. Монтируется на стенку либо просто устанавливается на штатные ножки на пол.

Рис 4: биметаллический радиатор необычной формы.

Поверхность дизайн-радиатора выполняется черненной, в некоторых случаях с элементами позолоты или старой бронзы. На сегодняшний день практикуется и окраска в другие цвета. Главная функция окраски заключается в подчеркивании старины изделия.

Подводка к дизайн батареи прячется всеми способами, которые возможны. Наиболее простое решение – одностороннее подключение батарей снизу и сверху. В данном случае трубы прямо от аппарата парой уголков будут уводиться вбок и топиться в штукатурке либо за поверхностью фальшстенки из гипсокартона.

Следует заметить, что сегодня все чаще появляются отопительные чугунные приборы с нижней подводкой, которые позволяют сделать трубы еще более незаметными. Однако данный дизайн радиаторов отопления нуждается в прокладке подводки в полу, что не во всех случаях приемлемо.

Вернуться к оглавлению

Стальные отопительные дизайн радиаторы

Стальные трубчатые радиаторы отопления накладывают гораздо меньше ограничений на выбор стилистики.

Их основную часть можно разделить на следующие категории:

  1. Радиаторы, которые имеют выраженный промышленный дизайн: Ф-образные трубчатые конструкции, всевозможные вертикальные регистры и так далее. В данном случае типичный внешний вид – подчеркнутая грубоватая форма конструкции в сочетании с окраской в темных глянцевых тонах. Основа дизайнерской концепции заключается в том, чтобы сделать отопительный прибор частью техногенного, тяжеловесного антуража помещения.
  2. Полной противоположностью являются отопительные дизайн-радиаторы, которые изготавливаются с использованием стальных трубок. Подобные трубки используются в связи с их большой прочностью, а также для того чтобы дать возможность выполнить элементы отопительных аппаратов очень тонкими.

Подчеркнутые ажурные конструкции могут устанавливаться на пол либо просто монтироваться в стенку. Окрашиваются они преимущественно в металлик или какие-нибудь светлые тона. Предназначаются для жилых помещений, которые имеют очень яркое освещение. С их помощью есть возможность сделать изысканный дизайн помещения.

Вернуться к оглавлению

Электрические нагреватели

Схема однотрубной системы отопления.

Дизайнерские приборы обогрева, которые используют нагревательные электрические элементы, являются свободными от основного ограничения в дизайне батарей: необходимости включения в рисунок конструкции замкнутый контур для теплового носителя с достаточным сечением. В результате будет полная свобода творчества.

Тонкие нагревательные пленочные элементы и нагревательные керамические панели имеют возможность обеспечить тепловую отдачу в киловатты по толщине от 1 мм (вместе со всеми слоями изолятора) до 1 см.

Конструкции могут быть по-настоящему ажурными и состоять из нескольких крупных отдельных элементов, которые связаны при помощи изящных перемычек.

В это очень сложно поверить, но на Рис. 1 изображены отопительные приборы. Помимо того, они весьма эффективны. Пленочный прозрачный элемент с достаточно большой площадью будет прогревать комнату при помощи инфракрасного излучения.

Вернуться к оглавлению

Отопительные дизайн радиаторы, которые не вошли в категории

Существует и дизайн батарей отопления, который практически не привязан к материалу: совершенно абстрактные конструкции. Здесь акцент делается на первичную дизайнерскую идею. Из чего изготавливать данный прибор будут решать инженеры.

В данном случае есть возможность увидеть отопительные радиаторы, в которых узнать прибор практически невозможно. Однако следует знать, что цена данных изделий понравится далеко не каждому человеку.

Схема двухтрубной системы.

На Рис.2 только лишь хромированные вентили, которые располагаются внизу, намекают на то, что небрежно повешенный на стенку шланг – это на самом деле не просто шланг, а радиатор отопления.

На Рис.3 абстрактная конструкция на стенке имеет тепловую мощность приблизительно 3 кВт.

На Рис.4 представлен биметаллический радиатор крайне необычной формы. Горизонтальные коллекторы соединены при помощи скрытых вертикальных каналов. Сама волна выполняется из алюминия, что служит увеличению теплоотдачи.

Вернуться к оглавлению

Отличие дизайн-радиаторов от других конструкций

Стандартные конструкции отопления не блещут особой красотой, в связи с чем их прячут за декоративными решетками (комната при этом не получает от прибора приблизительно 25% номинального его тепла). Дизайн радиаторам данный камуфляж вовсе не нужен – они отличаются оригинальностью форм и декоративностью фасада. Они способны обрамлять зеркало, быть в форме скамейки либо выступать в роли перегородки. В отличие от классических батарей, дизайнерские конструкции должны встраиваться в интерьер еще на этапе проектировки его, когда макет помещения только лишь создается.

Следует знать и некоторые отличия от полотенцесушителей, потому как некоторые люди путают данные конструкции. Функции и местоположение полотенцесушителей строго ограничиваются ванной комнатой и служат для сушки полотенец. Дизайнерские конструкции есть возможность устанавливать в абсолютно любом помещении – прихожей, кухне, жилой комнате. Помимо того, электрические дизайнерские устройства могут работать и отдавать тепло на протяжении всего года.

Вернуться к оглавлению

Как украсить систему отопления в собственном частном доме

Элементы, которые нужны:

  • декоративная решетка;
  • крепления;
  • автоэмаль.

Традиционное решение, которое применяется, для того чтобы украсить отопительную систему в имеющемся частном доме – использование различных экранов для радиаторов отопления, коробов и кожухов, которые позволяют скрыть аппарат и сделать его месторасположение выполненным в одном с комнатой стиле.

Однако в данном случае может быть несколько ловушек:

  1. Неразборные устройства вокруг прибора отопления могут помешать его промывке.
  2. В случае необходимости замены стоякового участка либо даже просто при перемотке контргайки понадобится ломать короб.
  3. Абсолютно любая конструкция, даже та, которая имеет небольшой вес, будет препятствовать тепловой отдаче при помощи инфракрасного излучения и естественной конвекции.

Существует несколько способов украшения приборов отопления, которые не будут причинять вреда:

  1. Абсолютно по-другому может выглядеть алюминиевый радиатор отопления, который будет покрашен автоэмалью в черный глянец или цвет старой бронзы. Нужно знать, что красить рекомендуется радиатор, который снят с подводки, в горизонтальном положении. Для покраски оребрения его придется перевернуть, однако это лучше всего сделать, после того как краска полностью высохнет на фронтальной поверхности. Таким образом, прибор не будет испорчен неопрятными потеками.
  2. Покраска. Сочетание бронзового и черного цветов будет хорошо смотреться даже на старой конструкции из чугуна.
  3. Декоративные экраны из практически прозрачного стекла для отопительных батарей, которые смонтированы вертикально с зазорами не менее 10 см до подоконника и пола, могут скрыть радиаторы. В данном случае они совершенно не уменьшат конвекционные потоки и пропустят полностью все инфракрасное излучение.

Дизайнерские радиаторы отопления – совершенно новая конструкция, которая позволяет завершить дизайн в квартире.

Больше идей дизайна дома смотрите на сайте https://nashaotdelka.ru/

экран на батарею отопления на фото

На сегодняшний день современные производители предлагают широкий выбор отопительных приборов, но тем не менее, во многих новых многоквартирных домах устанавливают стандартные батареи, а жители старых квартир и вовсе остаются с советскими моделями “гармошкой”. Не у всех есть возможность заменить батареи на современные (да и не всегда это целесообразно), а старые могут не вписаться в обновленный интерьер. Оптимальным решением в данном случае будет установка специальных экранов для радиаторов.

Подобные конструкции служат не только декоративной составляющей интерьера, скрывая громоздкие и некрасивые батареи, но и надежно защищают детей и домашних питомцев от нежелательных соприкосновений с отопительным прибором. Особенно это касается семей с очень маленькими детьми, а также спортзалов, поликлиник и детских учреждений, где наличие таких решеток является обязательным. В квартирах такие экраны, чаще всего, выполняют эстетическую функцию. При грамотном выборе они могут направить теплый воздух в нужную сторону, что в разы повышает эффективность обогрева.

Основные критерии выбора экранов для батарей отопления

Эстетика эстетикой, но при выборе решетки на радиатор в первую очередь нужно руководствоваться следующими правилами:

  • экраны не должны ухудшать теплообмен;
  • регулирующие вентили должны быть легкодоступны;
  • в случае аварии экраны должны быстро и легко сниматься;
  • если сомневаетесь в надежном креплении батареи, выбирайте не тяжелую модель экрана.

Разновидности декоративных экранов

По своим конструктивным особенностям различают экраны:

  • плоские, закрывающие только фронтальную часть батареи;
  • навесные с крышкой или без крышки;
  • навесные короба, закрывающие батарею со всех сторон.

Если батарея выступает над стеной, оптимальным вариантом для нее будет короб или навесной экран без крышки. Последний смотрится более легко и непринужденно, не загромождает пространство.

Коробам или моделям с крышкой также можно найти оригинальное и практичное применение в виде подставки или тумбы, особенно в летний период. В отопительный сезон лучше не ставить на крышку предметы, чтобы они не нагревались и не препятствовали свободной циркуляции теплого воздуха.

Если радиатор находится в подоконной нише, подойдет плоская навесная или передвижная панель на ножках. Такая конструкция – прекрасный вариант декора, не занимающий полезную площадь.

Экраны могут изготавливаться из разных материалов – металла, дерева, стекла, пластика. Бывают и комбинированные модели, содержащие стекло и HDF, металл и дерево и др.

Металлические экраны

Металлические решетки производят из стального или алюминиевого листа с разнообразной перфорацией, которая может быть в виде ажурных орнаментов и узоров или обычной сетки. Стандартный экран из металла, как правило, стоит недорого, но конструкции с оригинальной перфорацией из нержавеющей стали могут достигать значительных сумм. У металлических решеток отличная теплоотдача, они просты в уходе и монтируются без лишних хлопот. Более того, такие экраны не подвержены деформации от продолжительного воздействия высоких температур и не меняют цвет.

Металлические решетки отлично смотрятся на фоне минимализма, хай-тека, стилей индастриал, растик, то есть интерьеров, где присутствует стальные акценты.

Деревянные экраны

Такие решетки подойдут для батарей любого типа. Изготавливаются из натурального дерева различных пород – от бук или дуба до более дорогих и ценных сортов. Особенно популярны модели из ротанга. Изящные резные рисунки и возможность покрывать поверхность дерева лако-красочным веществом позволяет создавать изысканные декоративные экраны.

Основными преимуществами деревянных конструкций является экологическая безопасность, натуральность, прекрасная теплоотдача и безупречный внешний вид. Они отлично впишутся в интерьер с деревянными элементами – от классики до авангарда.

Но также надо сказать, что цена таких решеток немалая. Деревянные экраны со временем могут деформироваться и требуют специального ухода средствами для дерева.

Экраны из HDF, MDF и комбинированные

HDF и MDF – листовой материал высокой и средней плотности. Делается методом прессования мелкой древесины под воздействием нагрева и давления. Подобные решетки дешевле моделей из натурального дерева. Обычно из листов изготавливают сам короб, а экран – из ротанговой или деревянной сетки. Здесь важно понимать, что у плотной сетки с малым количеством отверстий будет слабая теплоотдача, поэтому выбору сетчатого экрана следует уделить особое внимание.

Экраны из стекла

Стеклянные экраны нечасто встречаются в интерьерах, хотя обладают высокими эстетическими возможностями. Изготавливают такие конструкции из закаленного стекла, толщина которого не больше 8 мм. Благодаря специальной обработке стекло устойчиво к царапинам и повреждениям, а закругленные углы абсолютно безопасны. 

Чаще всего стеклянные экраны производят в виде цельной панели. Витражные модели стоят недешево, более бюджетным вариантом считается акриловое стекло. Подобные конструкции просто впечатляют своим разнообразным декоративным оформлением. Всевозможные техники раскрывают широкий потенциал дизайнерских возможностей, позволяя создавать потрясающие узоры, рисунки, фактуры и витражи.

Стеклянные экраны легко очищаются обычным средством для мытья окон. У них хороший теплообмен, но в некоторых случаях в данной категории могут уступать экранам из другого материала и с перфорацией.

Пластиковые модели

Экраны из пластика – самый дешевый вариант из всех остальных, но и самый небезопасный. Нагреваясь, пластик выделяет вредные вещества, может неприятно пахнуть и даже деформироваться. Да и декоративные разнообразием пластиковые модели не отличаются. Поэтому если нет возможности приобрести более качественные экраны, лучше оставить батареи открытыми.

Немаловажными критериями при выборе экранов для батарей отопления также являются производитель, сертификация и соответствие стандартам. Конечно же, безопасность превыше всего, но и внешние параметры немаловажны, ведь гармонично подобранные экраны могут стать своеобразным украшением помещения и его изюминкой.

 

 

Разнообразные радиаторы отопления и их дизайн

Обычно потребители не размышляют долго о внешнем виде отопительных приборов, и используют стандартные секционные или панельные батареи. Но если радиаторы не закрыты оконными шторами, а также для эстетов существуют дизайн радиаторы, которые по своим техническим параметрам не уступают обычным моделям. Они такие же эффективные в работе, однако выглядят роскошно, понравятся всем и годятся для любого интерьера. Их ассортимент огромен. Такие приборы отличаются по размеру, внешнему виду (форме, цвету) и по материалу, из которого изготовлены.

Материал

Чаще всего радиаторы отопления дизайнерские делают из алюминия, стали и чугуна. Также они бывают биметаллическими. Алюминиевые – самые лёгкие и дешёвые. Имеют длительный срок службы, не ржавеют. При необходимости дают возможность нарастить количество секций. Но алюминий – сравнительно мягкий материал, который легко повреждается при неумелом монтаже. Также алюминиевые радиаторы имеют относительно невысокую теплоотдачу. По сравнению с ними стальные батареи отопления дизайнерские имеют высокую теплоотдачу. Производятся в широком ассортименте, различаясь по размеру и форме. Но могут ржаветь, если теплоноситель содержит большое количество кислорода.

Чугунные радиаторы тяжёлые, долговечные, имеют самую высокую теплоотдачу. Их цветовая гамма широка, а форма – классическая, ребристая. Отличие от обычных чугунных батарей заключается в наличии на поверхности выпуклого рисунка (обычно – в виде художественной лепнины). Подходят для любителей ретро дизайна.

Биметаллические радиаторы – секционные. Их внутренняя поверхность изготавливается из стали, а наружная – из алюминия. Они прочны, устойчивы к коррозии и гидроударам, имеют изысканный дизайн.

Разновидности

Рассмотрим детальнее радиаторы отопления дизайн которых может быть весьма разнообразным.

Трубчатые батареи делают из стальных трубок различного диаметра и цветовой гаммы. Отдельные сегменты могут быть разной длины и располагаться на разном расстоянии друг от друга. Из-за этого дизайн радиаторов отопления батарей становится необычным. Ведь из трубок можно соорудить конструкции любой формы (в виде ширм, колонн). А изогнутые модели подойдут для самого замысловатого интерьера.

Их разновидность — радиусные или угловые радиаторы, как правило, очень эстетичны. Имеют угол поворота, благодаря чему их можно устанавливать у смежных стен и перегородок, перпендикулярных друг к другу. Эти модели применяются и для декорирования закруглённых стен.

Потолочные модели – самые воздушные и лёгкие. Могут иметь обтекаемую форму. Зачастую из-за внешнего вида их можно спутать с люстрами. Напольные конструкции изготавливают из прочных материалов, которые сложно разбить.

Панельные радиаторы используются чаще остальных. Они имеют плоскую поверхность (прямоугольную или декоративную, в виде какой-то фигуры). Бывают однотонными или с рисунком в виде орнамента, пейзажа. Могут выполняться в любом стиле (классическом, арт-деко, хай-тек). Такие радиаторы хорошо вписываются в интерьер в качестве самостоятельных архитектурных элементов.

Все плоские батареи отопления делают из больших стальных листов, которые соединяются по периметру сварочными швами. Некоторые модели толщиной всего 7-10 мм, поэтому их легко установить у самой стены. Они элегантно выглядят, способствуют увеличению свободного пространства помещения. Внутрь помещается небольшое количество теплоносителя.

Высокая степень теплоотдачи гарантируется за счёт большой длины и ширины листов, а также за счёт нагревания теплоносителя до более высокой температуры. Кроме того, плоская батарея отопления может содержать приваренные точечной сваркой конвекционные рёбра (систему оребрения), за счёт которых увеличивается площадь отдачи тепла. Система оребрения может устанавливаться между двумя или тремя отдельными панелями. Такие плоские батареи имеют высокую мощность и теплоотдачу.

Радиаторы — арт-объекты

Радиаторы в виде арт-объектов подобны шедеврам искусства. Могут изготавливаться в виде скамеек, вешалок, перил для ограждения лестниц, музыкальных инструментов, нотных знаков, букв, и просто в виде абстрактных скульптур. Не сушат воздух в помещениях. Из-за дороговизны зачастую сложно позволить себе дизайнерские радиаторы отопления купить их может далеко не каждый потребитель, хотя цена на них соответствует качеству и внешнему виду.

Недавно появившаяся в продаже инновация — красивые радиаторы отопления – заслуживает отдельного внимания. Процесс отопления такими приборами осуществляется через картины, написанные мастерами-художниками. Полотна изготавливают под заказ, они существуют в единственном экземпляре. Обычно занимают центральное место в помещениях. Поэтому такие изделия, как батареи отопления красивые, являются очень дорогими.

При выборе надо обращать внимание не только на внешний вид, но и на размер батарей, чтобы обеспечить оптимальный прогрев помещения.

Если радиатор будет слишком маленьким, он не сможет прогреть большое помещение. А батарея, занимающая половину стены небольшой комнаты, перегреет её. Придётся постоянно держать форточки и окна открытыми, что нежелательно, учитывая цены на отопление.

Своими руками

Если в помещении установлены старые батареи, но они крепкие, хорошо справляются со своими функциями, не требуют замены, их внешний вид можно сделать более дизайнерским. Есть несколько способов, как украсить батареи отопления своими руками без больших материальных затрат, и при этом не потратить много времени.

Примеры дизайнерских решений для старых батарей своими руками:

  • С помощью кисточек и красок радиаторы можно окрасить в различные цвета. Батарею в гостиной можно покрыть краской в тон обоев, мягкой мебели, плафонов осветительных приборов. Окрашивание может быть однотонным, либо полосами, дугами. При этом каждая следующая из них должна быть лишь на тон светлее или темнее предыдущей. Например, чередование полос может быть таким: белая, светло-серая, серая, тёмно-серая.Если смешать красную и чёрную краски, получим бронзовый цвет. При окрашивании в него приборов отопления они приобретут изысканный цвет благородного металла. Такой декор батареи отопления своими руками выглядит оригинальным. Места, не требующие окрашивания, предварительно оклеиваются малярным скотчем. Секционный или панельный радиатор в детской комнате может быть раскрашен во все цвета радуги. Каждую секцию окрашивают отдельным цветом. А плоскую панель разделяют на 7 одинаковых по ширине вертикальных полос, после чего красят. При наличии задатков художника на приборах отопления можно нарисовать цветы, божьих коровок, бабочек, а также различные орнаменты.
  • Выполнить декупаж батареи отопления своими руками за короткое время не составит труда. Это техника наклеивания картинок на радиаторы. Работа выполняется так. Сначала отопительные приборы покрывают смывкой для краски. Через 5 минут тщательно протирают их мелкозернистой наждачной бумагой, чтобы удалить старую краску и выровнять поверхность, и покрывают белой эмалью. Замеряют длину и ширину прямоугольных участков радиаторов, на которые будут наклеиваться бумажные картинки. Вырезают заготовки нужного размера из бумаги. После высыхания эмали изнанку рисунков смазывают клеем ПВА, слегка разведённым водой, и приклеивают к батареям (обычно начиная с середины рёбер) так, чтобы под ними не образовались пузырьки воздуха.Затем приклеенные рисунки можно детализировать с помощью нанесения разноцветных красок. Также возле рисунков, прямо на батареях, можно дорисовать какие-то недостающие части узоров, листья. Когда клей и краска высохнут, радиаторы покрывают прозрачным лаком. Он должен быть термостойким, иначе растрескается сразу после включения отопления. Когда лак высохнет, можно любоваться уникальным изделием.
  • Купленный или самостоятельно изготовленный декоративный экран улучшит интерьер помещения. Сделать его просто, если, например, прибить к двум рейкам края гладких деревянных планок (в виде жалюзи). Выполняя работу, нужно помнить, что готовое приспособление должно иметь зазоры, достаточные для того, чтобы нагретый воздух беспрепятственно поступал в помещение. Экран также возможно соорудить из металла или пластика.
  • Для украшения радиаторов можно использовать наклейки на батареи отопления купить которые несложно. Стоят они недорого. Их изготавливают специально для радиаторов отопления, поэтому они выдерживают температуру до 100 градусов, не отклеиваются и не растрескиваются.

    Нужно учесть, что только качественные наклейки на батареи отопления обладают такими свойствами, так что нет смысла покупать товар ненадлежащего качества.

Важно помнить, что любые декоративные батареи отопления следует устанавливать в соответствующем интерьере. Только в нём они будут смотреться гармонично и станут гордостью хозяев.

% PDF-1.7 % 205 0 объект > эндобдж xref 205 103 0000000016 00000 н. 0000002977 00000 н. 0000003288 00000 н. 0000003414 00000 н. 0000003490 00000 н. 0000003512 00000 н. 0000003586 00000 н. 0000003618 00000 н. 0000003704 00000 п. 0000004386 00000 п. 0000004555 00000 н. 0000004711 00000 н. 0000004871 00000 н. 0000004986 00000 н. 0000005101 00000 п. 0000005215 00000 н. 0000005330 00000 н. 0000005444 00000 н. 0000005558 00000 н. 0000005673 00000 п. 0000005788 00000 н. 0000005902 00000 н. 0000006017 00000 н. 0000006132 00000 н. 0000006247 00000 н. 0000006364 00000 н. 0000006481 00000 н. 0000006598 00000 н. 0000006715 00000 н. 0000006832 00000 н. 0000006991 00000 н. 0000007124 00000 н. 0000007259 00000 н. 0000007394 00000 н. 0000008076 00000 н. 0000008424 00000 н. 0000008482 00000 н. 0000008560 00000 н. 0000009076 00000 н. 0000009899 00000 н. 0000010071 00000 п. 0000010507 00000 п. 0000010886 00000 п. 0000011581 00000 п. 0000011799 00000 п. 0000012007 00000 п. 0000012830 00000 п. 0000013016 00000 п. 0000013398 00000 п. 0000013483 00000 п. 0000014047 00000 п. 0000014266 00000 п. 0000014570 00000 п. 0000014873 00000 п. 0000015771 00000 п. 0000016599 00000 п. 0000017446 00000 п. 0000017580 00000 п. 0000017642 00000 п. 0000017669 00000 п. 0000018160 00000 п. 0000019150 00000 п. 0000019679 00000 п. 0000020392 00000 п. 0000020462 00000 п. 0000020561 00000 п. 0000024716 00000 п. 0000024986 00000 п. 0000025312 00000 п. 0000030450 00000 п. 0000033147 00000 п. 0000037526 00000 п. 0000037789 00000 п. 0000039317 00000 п. 0000039564 00000 п. 0000039628 00000 п. 0000040219 00000 п. 0000040422 00000 п. 0000040708 00000 п. 0000040967 00000 п. 0000041016 00000 п. 0000041130 00000 п. 0000041714 00000 п. 0000048089 00000 п. 0000072262 00000 п. 0000081724 00000 п. 0000134513 00000 н. 0000134593 00000 н. 0000134710 00000 н. 0000134768 00000 н. 0000135036 00000 н. 0000135143 00000 н. 0000135248 00000 н. 0000135382 00000 н. 0000135510 00000 н. 0000135628 00000 н. 0000135803 00000 н. 0000136020 00000 н. 0000136257 00000 н. 0000136412 00000 н. 0000136575 00000 н. 0000136684 00000 н. 0000002356 00000 п. трейлер ] / Назад 894970 >> startxref 0 %% EOF 307 0 объект > поток hb«e`f`g`Px ̀

Маскировка и декорирование батарей отопления (много фото)

Современные радиаторы отопления имеют вполне приемлемую конструкцию, поэтому не особо портят интерьер квартиры или дома.Но это касается только биметаллических, алюминиевых и некоторых металлических моделей, а вот чугунные уже особо не выглядят. А про советские и автономные батарейки и говорить не приходится, часто без слез на них не взглянешь. Но, к счастью, проблема решена — радиаторы можно красиво оформить или спрятать (замаскировать). Основные способы, как это можно сделать, будут рассмотрены в этой статье.

1 способ — декупаж, раскраски

Батарейки окрашены термостойким малярным покрытием с наклеиванием специальных наклеек, которые можно купить уже готовыми, либо заказать с тем изображением, которое вам нужно.Если правильно сделать дизайн, отопительные приборы отлично дополнят интерьер, но это не очень очевидно. Подобрать нужную фигуру или цвет не так просто, как кажется. Если оформить неправильно, батарейки будут очень сильно выделяться, и даже выглядеть хуже, чем до дизайна (приведенные ниже примеры как нельзя лучше это подтверждают).

2-стороннее — закрытие экрана

В отличие от росписи или декупажа, ширмы не делают батареи красивее, а просто скрывают их, полностью закрывая одну или несколько сторон.Из-за полного или частичного отключения эффективность обогрева снижается, поэтому такой вид маскировки аккумулятора не подходит для помещений, где уже холодно. Наиболее распространены экраны 4-х типов — металлические, стеклянные, пластиковые и деревянные (дерево или МДФ). Каждый из видов имеет множество различных вариантов реализации, различающихся по ряду параметров (полная классификация обширна, если интересно посмотреть, в Интернете она есть). Металлические, пластиковые и стеклянные экраны, на наш взгляд, обладают крайне низкими декоративными качествами и не подходят для маскировки аккумуляторов.Но очень хорошо смотрятся изделия из дерева и МДФ, если, конечно, они сделаны аккуратно и адаптированы к интерьеру. Но это все дело вкуса.

3 способа — создание фальш стены

Третий способ замаскировать нагревательные батареи — поместить их в фальш-стену и закрыть экраном из пластика, дерева или другого материала. При этом часть тепла теряется из-за экрана, плюс из-за истончения стены радиатор в некотором смысле начинает обогревать улицу. Хотя от последнего изъяна можно избавиться, сделав нишу из гипсокартона.Такой способ подходит только для теплых помещений с централизованным отоплением, в которых потеря теплопередачи не будет сильно сказываться на микроклимате и затратах на газ.

4 пути — используйте крышку

Крышка батареи отопления хорошо маскирует ее в интерьере, смотрится интересно. К тому же он защищает психику родителей, у которых маленькие дети любят стучать по металлическим батареям отопления. Но у этого метода есть недостатки:

  • Во-первых, вещество нарушает естественную конвекцию воздуха, поэтому батареи не так эффективно обогревают комнату.
  • Во-вторых, ткань от контакта с горячей поверхностью может загореться или начать тлеть, что приведет к возгоранию.

Люди, которые постоянно сушат одежду от батареек, могут возразить и сказать, что ничего не будет. И отчасти они будут правы. Случаи возгорания на самом деле крайне редки, но раз в год стреляет и швабра, так что все же будьте осторожны и не говорите, что мы вас не предупреждали.

5 способ — замена аккумулятора

Выступая капитаном Очевидно, скажем, что лучший способ замаскировать старые уродливые батареи — это заменить их новыми, тем более что они не такие дорогие.Но если вам не нравятся новые радиаторы, то есть смысл обратить внимание на нестандартные модели с дизайном более высокого класса. Стоят они, конечно, совсем не бюджетно, но вид восхитительный. Так называемые дизайнерские радиаторы отопления (условно, конечно) делятся на две группы: модели с классической формой, но красивым дизайном и батарейки, которые даже не сразу можно признать обогревателем. Первый дешевле и как-то привычнее (привычка есть привычка). Второй очень дорогой (от 500 долларов и выше) и отлично подходит для жилья премиум-класса.Согласитесь, эти радиаторы не нужно оформлять или скрывать, они сами по себе являются отличным украшением любого интерьера. Правда стоит учесть, что не все дизайнерские батареи отопления хорошо греют, некоторые безумно красивы, но с малой теплоотдачей.

Комментарии

комментария

Фотоускоренная быстрая зарядка литий-ионных батарей

  • 1.

    Канг, К., Менг, Ю.С., Брегер, Дж., Грей, К. П. и Седер, Г. Электроды большой мощности и большой емкости для перезаряжаемых литиевых батарей. Наука 311 , 977–980 (2006).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 2.

    Rolison, D. R. et al. Многофункциональные трехмерные наноархитектуры для хранения и преобразования энергии. Chem. Soc. Ред. 38 , 226–252 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 3.

    Ван Ю. и Цао Г. Разработка наноструктурированных катодных материалов для высокоэффективных литий-ионных батарей. Adv. Матер. 20 , 2251–2269 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 4.

    Брюс П. Г., Скросати Б. и Тараскон Ж.-М. Наноматериалы для литиевых аккумуляторных батарей. Angew. Chem. Int. Эд. 47 , 2930–2946 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 5.

    Гуденаф, Дж. Б. и Парк, К.-S. Литий-ионная аккумуляторная батарея: перспектива. J. Am. Chem. Soc. 135 , 1167–1176 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 6.

    Уиттингем М.С. Литиевые батареи и катодные материалы. Chem. Ред. 104 , 4271–4302 (2004).

    CAS Статья Google Scholar

  • 7.

    Эллис, Б. Л., Ли, К. Т.& Назар, Л. Ф. Материалы положительных электродов для литий-ионных и литиевых батарей. Chem. Матер. 22 , 691–714 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 8.

    Маром Р., Амальрадж С. Ф., Лейфер Н., Джейкоб Д. и Аурбах Д. Обзор современных и практичных материалов для литиевых батарей. J. Mater. Chem. 21 , 9938–9954 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 9.

    Lu, J. et al. Роль нанотехнологий в разработке аккумуляторных материалов для электромобилей. Nat. Nanotechnol. 11 , 1031–1038 (2016).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 10.

    Теккерей М. М., Джонсон П. Дж., Де Пиччиотто Л. А., Брюс П. Г. и Гуденаф Дж. Б. Электрохимическая экстракция лития из LiMn 2 O 4 . Mater. Res. Бык. 19 , 179–187 (1984).

    CAS Статья Google Scholar

  • 11.

    Хантер, Дж. К. Получение новой кристаллической формы диоксида марганца: λ-MnO 2 . J. Solid State Chem. 39 , 142–147 (1981).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 12.

    Озуку Т., Китагава М. и Хираи Т. Электрохимия диоксида марганца в неводном литиевом элементе III.Рентгеноструктурное исследование восстановления связанного со шпинелью диоксида марганца. J. Electrochem. Soc. 137 , 769–775 (1990).

    CAS Статья Google Scholar

  • 13.

    Сираиси Ю., Накаи И., Цубата Т., Химеда Т. и Нисикава Ф. Анализ тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей in situ в процессе заряда-разряда в LiMn 2 O 4 , материал перезаряжаемой литиевой батареи. J. Solid State Chem. 133 , 587–590 (1997).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 14.

    Кушида К. и Курияма К. Наблюдение расщепления кристаллического поля, связанного с полосами Mn-3d в пленках шпинель-LiMn2O4, с помощью оптического поглощения. Прил. Phys. Lett. 77 , 4154–4156 (2000).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 15.

    Хоанг, К. Понимание электронной и ионной проводимости и сверхстехиометрии лития в шпинели LiMn2O4. J. Mater. Chem. А 2 , 18271–18280 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Mukerjee, S. et al. Структурная эволюция LixMn2O4 в элементах литий-ионных батарей, измеренная на месте с использованием методов синхротронной дифракции рентгеновских лучей. J. Electrochem. Soc. 145 , 466–472 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  • 17.

    Вюрфель П. и Вюрфель У. Физика солнечных элементов: от основных принципов до передовых концепций . (Вайли-ВЧ, 2009).

  • 18.

    Стоянова Р., Горова М., Жечева Е. ЭПР Mn4 + в шпинелях Li 1 + x Mn 2 − x O 4 при 0 ≤ x ≤ 0,1. J. Phys. Chem. Твердые вещества 61 , 609–614 (2000).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 19.

    Н. Жечева, Е., Ю. Горова, М. и К. Стоянова, Р. Микроструктура шпинелей Li1 + xMn 2 − x O4, полученных из металлорганических прекурсоров. J. Mater. Chem. 9 , 1559–1567 (1999).

    Артикул Google Scholar

  • 20.

    Абрагам А. и Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов . 944 (Издательство Оксфордского университета, 2012 г.).

  • 21.

    Пилброу, Дж.R. Переходный ионный электронный парамагнитный резонанс. 738 (Clarendon Press, 1991).

  • 22.

    Saponjic, Z. V. et al. Разделение зарядов и реконструкция поверхности: исследование легирования Mn 2+ . J. Phys. Chem. B 110 , 25441–25450 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 23.

    Мисра С.К. Интерпретация спектров ЭПР Mn2 + в неупорядоченных материалах. Прил.Magn. Резон. 10 , 193–216 (1996).

    CAS Статья Google Scholar

  • 24.

    Канамура К., Наито Х., Яо Т. и Такехара З.-i Структурные изменения структуры шпинели LiMn2O4, вызванные экстракцией лития. J. Mater. Chem. 6 , 33–36 (1996).

    CAS Статья Google Scholar

  • 25.

    Рамана, К.В., Массо, М. и Жюльен, С. М. Исследование шпинелей LiMn2O4 с помощью РФЭС и комбинационного рассеяния света. Surf. Интерфейс Анал. 37 , 412–416 (2005).

    CAS Статья Google Scholar

  • 26.

    Родригес-Карвахаль, Дж., Русе, Г., Маскелье, К. и Эрвье, М. Электронная кристаллизация в материале литиевой батареи: столбчатое упорядочение электронов и дырок в шпинели LiMn2O4. Phys. Rev. Lett. 81 , 4660–4663 (1998).

    ADS Статья Google Scholar

  • 27.

    Ходес, Г., Манассен, Дж. И Кахен, Д. Фотоэлектрохимическое преобразование и накопление энергии с использованием поликристаллических халькогенидных электродов. Nature 261 , 403–404 (1976).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 28.

    Ли, Н., Ван, Ю., Тан, Д. и Чжоу, Х. Интеграция фотокатализатора в гибридную литий-серную батарею для прямого хранения солнечной энергии. Angew. Chem. 127 , 9403–9406 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 29.

    Paolella, A. et al. Делитирование нанокристаллов литий-фосфата железа с помощью света в фото-перезаряжаемые ионно-литиевые батареи. Nat. Commun. 8 , 14643 (2017).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 30.

    Аммундсен, Б., Бернс, Г. Р., Ислам, М. С., Кано, Х. и Розьер, Дж. Динамика решетки и колебательные спектры оксидов лития-марганца: компьютерное моделирование и спектроскопическое исследование. J. Phys. Chem. B 103 , 5175–5180 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  • 31.

    Chitra, S. et al. Характеристика и электрохимические исследования катодных материалов LiMn2O4, полученных методом сжигания. J. Electroceram. 3 , 433–441 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  • 32.

    Hwang, S.-J., Park, D.-H., Choy, J.-H. И Кэмпет Г. Влияние замещения хрома на колебания решетки шпинели манганата лития: новая интерпретация рамановского спектра LiMn2O4. J. Phys. Chem. B 108 , 12713–12717 (2004).

    CAS Статья Google Scholar

  • 33.

    Paolo, G. et al. QUANTUM ESPRESSO: модульный программный проект с открытым исходным кодом для квантового моделирования материалов. J. Phys .: Condens. Дело 21 , 395502 (2009).

    ADS Google Scholar

  • 34.

    Хаманн Д. Р. Оптимизированные сохраняющие норму псевдопотенциалы Вандербильта. Phys. Ред. B 88 , 085117 (2013).

    ADS Статья Google Scholar

  • 35.

    Schlipf, M. & Gygi, F. Алгоритм оптимизации для генерации псевдопотенциалов ONCV. Comput. Phys. Commun. 196 , 36–44 (2015).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 36.

    Lejaeghere, K. et al. Воспроизводимость при расчетах твердых тел по теории функционала плотности. Наука 351 , aad3000 (2016).

  • 37.

    Warburton, R.E., Iddir, H., Кертисс, Л. А. и Грили, Дж. Термодинамическая стабильность поверхностных окончаний шпинели LiMn2O4 с низким и высоким показателем преломления. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 8 , 11108–11121 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 38.

    Гайджи, Ф. Архитектура Qbox: масштабируемый код молекулярной динамики из первых принципов. IBM J. Res. Dev. 52 , 137–144 (2008).

    Артикул Google Scholar

  • 39.

    Цзян Л., Левченко С. В. и Рапп А. М. Строгое определение степени окисления ионов в твердых телах. Phys. Rev. Lett. 108 , 166403 (2012).

    ADS Статья Google Scholar

  • 40.

    Чен, Дж., Ву, X. и Селлони, А. Электронная структура и связывающие свойства оксида кобальта в структуре шпинели. Phys. Ред. B 83 , 245204 (2011).

    ADS Статья Google Scholar

  • 41.

    Амос, К. Д., Ролдан, М. А., Варела, М., Гуденаф, Дж. Б. и Феррейра, П. Дж. Выявление реконструированной поверхности Li [Mn 2 ] O 4 . Nano Lett. 16 , 2899–2906 (2016).

    CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 42.

    Scivetti, I. & Teobaldi, G. (Sub) поверхностное диспропорционирование и абсолютное выравнивание полосы в катодах из LiMn2O4 с высокой мощностью. J. Phys.Chem. С 119 , 21358–21368 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • Анализ жидкостного охлаждения литий-ионного аккумулятора

    Литий-ионные (литий-ионные) аккумуляторы широко известны своей энергоэффективностью и становятся предпочтительным выбором для разработчиков электромобилей (EV). Однако эти батареи быстро теряют эффективность при резких перепадах температуры. Один из способов контролировать повышение температуры (будь то окружающей среды или вызванное самой батареей) — это жидкостное охлаждение, эффективная стратегия управления температурой, которая продлевает срок службы аккумуляторной батареи.Чтобы изучить жидкостное охлаждение в батарее и оптимизировать управление температурой, инженеры могут использовать мультифизическое моделирование.

    Управление температурой литий-ионной батареи в электромобиле

    Литий-ионные аккумуляторы

    имеют множество применений благодаря высокой плотности энергии, длительному жизненному циклу и низкой скорости саморазряда. Вот почему они становятся все более важными в электронных приложениях, начиная от портативных устройств и заканчивая накопителями энергии в сети — и они становятся популярными аккумуляторами для электромобилей и гибридных электромобилей (HEV) из-за их высокой плотности энергии по сравнению с их весом.

    Несмотря на свои многочисленные преимущества, литий-ионные аккумуляторы особенно чувствительны к экстремально низким и высоким температурам. Когда литий-ионный аккумулятор становится слишком горячим или холодным из-за факторов окружающей среды или из-за собственной скорости заряда или разряда, его производительность и срок службы могут значительно снизиться. Более того, как только аккумулятор нагревается или охлаждается за пределами оптимального диапазона температур от 20 до 40 ° C, даже изменение температуры на один градус может повлиять на безопасность, прием заряда и надежность управления аккумулятором. система и сам автомобиль.


    Электромобиль на зарядной станции. Изображение Santeri Viinamäki — Собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons.

    Управление температурой помогает вернуть дизайнера на место водителя, решая эти проблемы напрямую. Чтобы обеспечить долгий срок службы и оптимальную производительность аккумулятора, необходимо сосредоточиться на двух основных факторах, связанных с температурой:

    1. Оптимальный температурный диапазон аккумуляторной батареи
    2. Равномерное распределение температуры внутри аккумуляторной батареи и элементов

    Разработчики электромобилей должны также учитывать другие факторы при включении системы терморегулирования аккумуляторной батареи в свои конструкции.Возьмем, к примеру, размер системы терморегулирования: в общей конструкции электромобиля цепи безопасности и системы удаления опасных газов занимают место, а аккумуляторные блоки в электромобилях должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить питание всего транспортного средства. Следовательно, система терморегулирования не может быть настолько большой или тяжелой, чтобы мешать работе системы электрического силового агрегата, но она все равно должна быть достаточно эффективной, чтобы быстро отводить тепло, выделяемое большим аккумуляторным блоком.

    Какие системы охлаждения для аккумуляторов наиболее эффективны?

    Аккумулятор в электромобиле обычно охлаждается следующим образом:

    1. С воздушным охлаждением
    2. Жидкостное охлаждение
    3. Материал с фазовым переходом (PCM) с охлаждением

    Несмотря на то, что у каждого метода охлаждения есть свои плюсы и минусы, исследования показывают, что из-за размера, веса и требований к мощности электромобилей жидкостное охлаждение является жизнеспособным вариантом для литий-ионных батарей в электромобилях.Прямое жидкостное охлаждение требует, чтобы элементы батареи были погружены в жидкость, поэтому важно, чтобы охлаждающая жидкость имела низкую (или не имела) проводимость. Непрямое жидкостное охлаждение не требует контакта аккумуляторных элементов с жидкостью. Вместо этого жидкий хладагент может циркулировать по металлическим трубам внутри системы, что требует наличия у металла какой-то антикоррозионной защиты.

    Используя COMSOL Multiphysics® и дополнительный модуль проектирования батарей и модуль теплопередачи, инженеры могут смоделировать литий-ионный аккумулятор с жидкостным охлаждением для изучения и оптимизации процесса охлаждения.

    Моделирование жидкостного охлаждения литий-ионного аккумулятора с помощью COMSOL Multiphysics®

    Для этого примера аккумуляторной батареи с жидкостным охлаждением моделируется температурный профиль в элементах и ​​охлаждающих ребрах внутри литий-ионной аккумуляторной батареи. (Хотя ребра охлаждения могут увеличить вес системы, они очень помогают с теплопередачей благодаря своей высокой теплопроводности.)

    Геометрия аккумуляторного блока, показанная ниже, состоит из трех уложенных друг на друга повторяющихся единичных ячеек и двух каналов соединителя потока (один на входе и один на стороне выхода охлаждающих ребер).Каждая элементарная ячейка в блоке имеет охлаждающее ребро (2 мм каждое) с проточными каналами, с одной батареей (2 мм каждая) с каждой стороны, в результате чего общая толщина составляет 6 мм.

    Слева: Геометрия аккумуляторного блока, состоящего из трех элементарных ячеек. Справа: единичная ячейка аккумуляторной батареи с двумя батареями и охлаждающей пластиной с пятью охлаждающими каналами.

    Модель настроена на решение в 3D для рабочей точки во время цикла нагрузки. Для расчета среднего источника тепла и моделирования ячеек вы можете использовать ту же одномерную электрохимическую модель, которая используется в тепловом моделировании цилиндрической литий-ионной батареи в учебной 3D-модели.Температура аккумулятора устанавливается равной температуре охлаждающей жидкости на входе, а разрядная нагрузка — на уровне 7,5 ° C.

    Предполагая, что колебания температуры в аккумуляторной батарее небольшие, вы можете использовать среднюю температуру для аккумуляторной батареи, чтобы рассчитать как охлаждающую жидкость, так и свойства материала батареи. Аналогичным образом, если изменения в тепловыделении во время цикла нагрузки намного меньше, чем перенос тепла внутри блока, вы можете настроить модель с предположением, что тепловой баланс является квазистационарным для данного источника тепла батареи и рабочей точки во время нагрузки. цикл.

    Поскольку мы хотим найти скорость и давление в охлаждающих каналах, а также поле температуры, мы используем интерфейсы Laminar Flow и Heat Transfer для этой модели.

    Для потока предполагается, что охлаждающая жидкость имеет свойства материала воды, и свойства жидкости рассчитываются с использованием входной температуры в качестве входных данных. Жидкость, протекающая через охлаждающую пластину, входит во вход 1, а потоки, прошедшие через охлаждающие ребра ранее в аккумуляторном блоке, входят во вход 2.На выходе создается атмосферное давление.

    Теплопередача настроена таким образом, чтобы она соответствовала температурному полю для проточного отсека, алюминиевых ребер охлаждения и батарей. Возвращаясь к модели цилиндрической литий-ионной батареи в 3D, вы можете применить ту же плотность, теплоемкость и источник тепла в областях батареи. Затем, для этого примера, температура охлаждающей жидкости составляет 310 K для входа 1, и граничный тепловой поток применяется к входу 2. Аналогично, условие выхода применяется на выходе, а дополнительные условия теплового потока применяются на других границах. чтобы учесть некоторые потери тепла в случае плохой изоляции.

    Оценка результатов моделирования для 3 исследований

    После того, как модель настроена с учетом всех физических аспектов, вы можете решить ее в трех исследованиях для каждого физического интерфейса в следующем порядке:

    1. Расход жидкости
    2. Источник тепла
    3. Квазистационарная температура

    Давайте посмотрим на результаты исследования.

    Для исследования потока жидкости можно использовать постоянную температуру на входе, чтобы в каналах была постоянная однородная температура и свойства охлаждающей жидкости.На приведенном ниже графике вы можете увидеть потери давления в каналах, которые можно использовать для оптимизации проточного насоса батареи.


    Давление в проточном отсеке.

    Во втором исследовании рассчитывается средний источник тепла для батарей с зависящим от времени этапом исследования, который решает электрохимическую проблему. Это исследование, которое длится желаемое время 60 с, предполагает, что температура в одномерной модели батареи постоянна и равна температуре охлаждающей жидкости на входе.Внизу слева указана температура батареи с разницей примерно в 3 К между максимальной и самой низкой температурами. Здесь мы видим, что изменение температуры в разных батареях меньше, чем изменение температуры внутри одной батареи. Внизу справа результаты для температуры охлаждающей жидкости, как и ожидалось, показывают, что температуры немного ниже, чем в батарее, и согласуются с распределением температуры по всей батарее.

    Кроме того, что касается температуры второй батареи в приведенных ниже результатах, кажется, что охлаждающее ребро здесь выполняет свою работу — поверхность, обращенная к охлаждающему ребру, более холодная и имеет самую низкую температуру в углу входного отверстия.


    Повышение температуры второй батареи на поверхности, обращенной к охлаждающему ребру, и поверхности, обращенной к третьей батарее.

    Наконец, на этапе квазистационарного исследования используется скорость потока из первого исследования и средний источник тепла из второго исследования, чтобы получить следующий результат: Путем оценки величины скорости в разрезанной пластине через середину охлаждающего ребра (показано ниже) , мы видим, что распределение потока равномерно в разных каналах.Поскольку общий поток высок, что приводит к небольшому времени пребывания, аккумуляторная батарея быстро достигает квазистационарного температурного профиля после изменения нагрузки.


    Величина скорости в охлаждающем ребре, показывающая, что поток равномерно распределяется между пятью каналами.

    Выполняя зависящий от времени и температурный анализ процесса жидкостного охлаждения в литий-ионном аккумуляторном блоке, можно улучшить управление температурой и оптимизировать конструкцию аккумуляторного блока.

    Следующие шаги

    Попробуйте самостоятельно смоделировать литий-ионный аккумулятор с жидкостным охлаждением, нажав кнопку ниже. Вы попадете в галерею приложений, где сможете скачать документацию в формате PDF и файл модели MPH.

    Tesla представляет конструкцию своей настольной батареи на пути к производству 10 тераватт-часов — TechCrunch

    Для того, чтобы Tesla достигла амбициозной цели производства аккумуляторов от 10 до 20 тераватт-часов в год, которую поставила компания, ей необходимо усовершенствовать аккумулятор и его производство.

    Сегодня, во время самопровозглашенного мероприятия Tesla Battery Day, компания представила серию инноваций, которые, по словам ее генерального директора Илона Маска, позволят реализовать ее. И все начинается с новой конструкции самой батареи.

    В рамках своих объявлений компания объявила о создании новой конструкции ячейки, которая, по ее словам, имеет новую длину 80 миллиметров, которая даст ячейкам в пять раз большую плотность энергии, в шесть раз большую мощность и обеспечит 16% увеличение дальности.

    «Мы начинаем наращивать производство этих элементов на нашем экспериментальном производственном предприятии мощностью 10 гигаватт прямо за углом», — сказал Дрю Баглино, старший вице-президент Tesla по силовым агрегатам и энергетике.

    Однако следует отметить, что эта новая система производства элементов еще не работает. Маск добавил, что на уровне пилотного завода это «близко к работе».

    Традиционные батареи состоят из трех компонентов: анода, катода и сепаратора. В дополнение к этой базовой структуре батареи есть вкладки, которые позволяют передавать энергию элемента внешнему источнику. Широкоформатные литий-ионные элементы имеют сварной шов «фольга к выступу» для сбора фольги внутри элемента и соединения их с выступом.

    Ионы лития текут от анода к катоду через сепаратор, чтобы разрядить и зарядить аккумулятор. Процесс был одинаковым для аккумуляторов в течение десятилетий, и изменения коснулись в основном материаловедения и изменения размера аккумулятора.

    Изображение традиционной литий-ионной батареи и ее компонентов: анода, катода и сепаратора. Кредит изображения: Tesla

    Эти изменения в размере для увеличения мощности и плотности связаны с тепловыми проблемами, сказал Баглино.

    «Это был вызов, который наша команда стремилась преодолеть», — сказал Баглино. «Мы придумали эту архитектуру без стола, которая устраняет тепловую проблему из уравнения, которое позволяет нам перейти к форм-фактору с наименьшей стоимостью и простейшему производственному процессу».

    Тесла взял существующие фольги, нанес на них лазерный рисунок и обеспечил десятки соединений в активном материале через спиральную черепицу. По словам Баглино, эта новая конструкция означает более простое производство, меньшее количество деталей и меньшую длину электрического пути, благодаря чему Tesla получает заявленные тепловые преимущества.

    «Чтобы цилиндры могли избавиться от язычков, это значительно упрощает намотку и нанесение покрытий, а также имеет огромное тепловое и эксплуатационное преимущество», — сказал Баглино.

    Маск соглашается. «Это действительно огромная заноза в заднице, — сказал Маск во время мероприятия.

    По словам Маска, за счет уменьшения расстояния, которое должен пройти электрон, у ячейки меньше тепловых проблем и меньше длина пути в ячейке большего размера, чем у ячейки. меньшая ячейка с вкладками.

    «Это довольно сложно сделать», — сказал Маск. «Никто не делал этого раньше. Итак … инженеры Tesla действительно приложили огромные усилия, чтобы выяснить, как сделать чертову ячейку без стола, заставить ее работать и подключить ее к верхней крышке ».

    Это первый из нескольких шагов, которые компания предпринимает для наращивания накопления энергии в своем стремлении приблизить мир к возобновляемым источникам энергии.

    «Нам потребовалось много испытаний, но мы очень довольны тем, в чем оказались», — сказал Баглино.

    Как охладить ионно-литиевые батареи: оптимизация конструкции элементов с использованием модели с термопарой

    Электрификация транспорта по-прежнему является неотъемлемой частью миссии по сокращению выбросов парниковых газов и местного загрязнения воздуха. Запасы электромобилей (электромобилей) продолжают значительно расти, так как в 2017 году глобальные запасы электромобилей превысили 3 миллиона автомобилей, что на 56% больше, чем в 2016 году. 1 Одна из ключевых технологических задач — сделать литий-ионные (Li-ion) ) аккумулятор дешевле и долговечнее.

    Чтобы максимизировать производительность аккумуляторной батареи в течение всего срока ее службы, необходимо тщательно контролировать температуру элементов. Значительные отклонения от условий окружающей среды могут привести к снижению производительности, ускоренному ухудшению характеристик и, в крайних случаях, к катастрофическому отказу, то есть тепловому неуправляемому выходу из строя. 2–8 Чтобы противостоять этим проблемам, температура аккумуляторной батареи электромобиля обычно регулируется с помощью системы терморегулирования (TMS). 9–14 Основная цель TMS — поддерживать общую температуру в оптимальном окне, а также поддерживать равномерную температуру между ячейками и внутри ячеек.

    При агрессивном использовании, таком как быстрая зарядка, часто могут возникать температурные градиенты из-за ограничений теплопередачи. 15–18 Эти ограничения зависят от выбора метода ТМС, а также от конструкции ячейки. Ячейками можно термически управлять через различные поверхности, а именно поверхность пакета электродов, электрические клеммы (выступы) или и то, и другое. 12,19,20 В нашей предыдущей работе Hunt et al. показали, что выбор метода TMS может существенно повлиять на производительность и срок службы ячейки. 19 Было показано, что охлаждение язычка может снизить скорость деградации полезной емкости в три раза по сравнению с охлаждением поверхности в условиях агрессивного циклирования. Последующие работы по моделированию Zhao et al. показали, что охлаждение поверхности вызывает значительный температурный градиент по толщине ячейки, что приводит к неоднородности тока и состояния заряда (SoC). 21 В результате более холодные электродные слои находились на SoC, значительно отличающихся от более горячих слоев, поэтому истинная емкость ячейки не могла быть полностью использована.Была выдвинута гипотеза, что значительная неоднородность температуры приведет к локальной деградации в более горячих слоях ячейки из-за положительной обратной связи в виде более высокой температуры, более низкого импеданса и большего тока. Для сравнения, охлаждение язычка обеспечивает гораздо меньший температурный градиент по толщине ячейки, но не может поддерживать такую ​​низкую среднюю температуру ячейки. Модель определила, что «узкими местами» теплопередачи являются площади поперечного сечения (ширина × в плоскости толщины) выступов и термическое сопротивление, вызванное точкой сварки между выступом и пакетом электродов. 4,21 Было высказано предположение, что более широкие выступы могут улучшить передачу тепла от пакета электродов к выступам. Следовательно, существует необходимость в дальнейшей оптимизации конструкции ячеек, чтобы можно было более эффективно использовать охлаждение вкладок в более широком диапазоне приложений.

    В многочисленных исследованиях проанализировано влияние физических и геометрических параметров ячейки на ее работу. 22–27 Эти параметры включают соотношение сторон, положение выступа и толщину пакета электродов. Большинство этих исследований сосредоточено на неравномерном протекании тока — и, как следствие, на неоднородности температуры и SoC — в плоскости электрода, вызванном конечным электрическим сопротивлением токосъемников. 24,25,28 Например, Samba et al. исследовали влияние расположения вкладок на производительность ячейки и пришли к выводу, что симметричное положение вкладок и более широкие выступы улучшают однородность. Эти выводы согласуются с выводами Kim et al. и Rieger et al. 25,26 Однако в этих исследованиях рассматривались только тепловые граничные условия принудительной конвекции воздуха, которые не являются репрезентативными для более распространенных тепловых граничных условий жидкостного охлаждения для аккумуляторных блоков электромобилей. Как показано в нашей предыдущей работе, 19,21 неоднородность, вызванная внешними тепловыми граничными условиями (например,грамм. Выбор TMS) может быть гораздо более доминирующим при агрессивном использовании. Чтобы полностью понять влияние геометрических параметров ячейки на характеристики ячейки, индуцированный тепловой градиент и его последствия, они должны быть изучены в направлении преобладающего пути теплопередачи, представляющего внешние тепловые граничные условия. Несмотря на то, что прилагаются значительные усилия по оптимизации ячеек с точки зрения электрохимических характеристик, уделяется очень ограниченное внимание оптимизации геометрических параметров ячейки с точки зрения тепловых характеристик, т.е.е. улучшенная скорость передачи тепла к ТМС.

    Подход, основанный на модели, часто используется из-за трудностей, возникающих при изготовлении / получении ячеек с желаемыми геометрическими свойствами. 27,29–31 Однако критические параметры (такие как положение и размер выступа), определенные этими моделями, часто не подтверждаются измерениями с использованием реальных ячеек.

    В этой работе литий-ионные элементы, изготовленные по индивидуальному заказу, с разным расположением выступов и шириной использовались для проверки гипотез о способах устранения узких мест при теплопередаче.Испытательные стенды с элементами Пельтье для охлаждения язычков и поверхностей были созданы для оценки тепловых и электрических характеристик язычков различной конструкции. Двумерные теплоэлектрические модели были параметризованы и проверены. Модели использовались для исследования внутренних состояний, таких как распределение температуры, тока и SoC по толщине ячейки. Кроме того, модель использовалась для изучения наиболее эффективных способов устранения теплового «узкого места» для системы с охлаждением вкладками. Оценивалась эффективность изменения геометрических параметров, таких как ширина выступа, толщина выступа и толщина токосъемника.Кроме того, была смоделирована «виртуальная» автомобильная ячейка для исследования эффективности использования охлаждения язычков для крупноформатных ячеек.

    Модель моделирования, используемая в этой работе, основана на двумерной электротермической модели, разработанной в нашей предыдущей работе. 21 Модель была разработана в MATLAB R2017a с использованием Simulink (v8.8) и Simscape toolbox (v4.1).

    Структура моделирования разработана на основе работ Newman, Tiedemann, Gu and Kwon (NTGK) et al. 32–34 На рисунке 1 показана схема моделирующей основы.Подробное описание модели можно найти в Zhao et al. 21 Модель имитирует плоскость длины (L) и толщины (T). Размер по ширине (W) не включен, поскольку предполагается, что градиент температуры минимален. 21

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 1. Рисунок — схематическое изображение для ячеек емкостью 16 Ач, изготовленных по индивидуальному заказу. Адаптировано из рисунка 1 Zhao et al. 21 в соответствии с условиями Creative Commons Attribution 4.0 Лицензия (CC BY).

    В области моделирования (L × T) ячейка разбивается на идентичные элементарные ячейки, и двухмерная сеть формируется путем соединения элементарных ячеек. В каждой элементарной ячейке используется модель сети эквивалентных цепей (ECN) для моделирования поведения напряжения и тока. Тепловой ECN также используется в каждой элементарной ячейке для моделирования теплообмена между компонентами ячейки (анодом, катодом, токосъемниками и сепараторами). В целом, существует 30 узлов, равномерно распределенных по всей области моделирования, с 6 дискретизацией, распределенной по направлению длины, и 5 дискретизацией по толщине ячейки.

    Граничные поверхности (т.е. поверхности пакета электродов (W × L) и выступы) применяются с различными тепловыми граничными условиями для имитации различных стратегий управления температурой. Они позволяют моделировать теплопередачу между ячейкой и окружающей средой. Как и в нашей предыдущей работе, особое внимание было уделено моделированию компонентов, не являющихся элементами ячеек (например, сварного шва), а также тепловым граничным условиям.

    Для этой работы использовались три варианта карманных ячеек, изготовленных на заказ, производства Customcells Itzehoe GmbH.Все варианты содержат графитовый анод и катод из LiNi 0,6 Mn 0,2 Co 0,2 O 2 (NMC-622). Все варианты имеют идентичный набор электродов (катоды, аноды. Токосъемники и сепараторы). Все варианты имеют номинальную мощность 16 Ач. Стопки имеют габаритные размеры L 117 мм × W 101 мм × T ~ 11,5 мм.

    Положение выступов и размер выступов для трех вариантов показаны на рисунке 2. Базовая конструкция, S30, имеет выступы ячеек, расположенные на одной стороне с шириной 30 мм на каждом выступе, как показано на рисунке 2a.В первом варианте, C30, язычки ячеек расположены на противоположной стороне ячейки и имеют ту же ширину, что и ячейка S30. Последний вариант, C70, показан на рисунке 2c, выступы ячейки расположены на противоположной стороне ячейки и имеют ширину 70 мм. Подробные размеры приведены в таблице I.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 2. Вариант ячейки на заказ: (a) те же боковые выступы — 30 мм (S30), (b) боковые выступы — 30 мм и (c) боковые выступы — 70 мм.

    Таблица I. Размер, толщина и положение выступа.

    S30 C30 C70
    Ширина выступа [мм] 30 30 70
    Длина выступа [мм] 21 21 21
    Толщина выступа [мм] 0,2 0.2 0,2
    Позиция На той же стороне Задняя сторона Задняя сторона

    Для всех экспериментов по параметризации ECM температура окружающей среды контролируется принудительной конвекцией воздуха с помощью охлаждающего инкубатора Binder (модель: KB23). Во всех других экспериментах температура окружающей среды контролируется с помощью климатической камеры ESPEC (модель: BPL-3). В экспериментах по определению термических характеристик температура различных поверхностей ячеек (поверхностей электродов и выводов) контролировалась с помощью радиаторов с жидкостным охлаждением.Температура охлаждающей жидкости регулируется с помощью погружного циркуляционного насоса (модель: PC200 производства Thermo Scientific) с температурной стабильностью жидкости 0,01 ° C. Температуру на различных поверхностях ячеек измеряли с помощью термопар К-типа. Термопары были прикреплены к поверхности пакета электрода ячейки и выступов для отслеживания повышения температуры во время процесса разряда. Данные термопары регистрировались с использованием модуля сбора данных о температуре, производимого National Instrument (модель: модуль ввода температуры NI 9213 и шасси CompactDAQ 9178).

    Для экспериментов с TMS температура на поверхности язычка или пакета электродов контролировалась с помощью специальных установок для контроля температуры. Детальный дизайн этих испытательных стендов можно найти в нашей предыдущей работе. 19,35

    Элементы тестировали с помощью тестера аккумуляторов Maccor (модель: серия 4000). «Почти адиабатическое» состояние на поверхностях без применяемого охлаждения создавалось путем покрытия открытых поверхностей ячеек теплоизоляционным материалом Superwool 607 Fiber blanket (производства Morgan Advanced Materials).

    Параметризация модели

    Параметризация ECN

    Параметризация модели ECN проводилась с использованием метода импульсного разряда (PD), та же процедура, что описана в нашей предыдущей работе. 21 Процедура включает подачу разрядного импульса при постоянной величине тока 16 А и мониторинг напряжения элемента в последующие 2 часа периода покоя. Эта процедура повторяется от SoC 100% до SoC 0% с шагом 1% в диапазоне от 100% до 90% SoC и от 10% до 0% SoC, и с шагом 5% в диапазоне от 90% до 10% SoC.Процедуры проводились при температуре окружающей среды 10ºC, 20ºC, 30ºC и 40ºC.

    Подробные сведения о процедуре и соответствующей методологии оценки параметров можно найти в нашей предыдущей работе и в Jackey et al. 21,36,37 Параметры, полученные на уровне ячейки, уменьшаются в масштабе для отдельной секции ячейки. Чтобы обеспечить такой расчет, предполагалось, что анод, катод, сепаратор и электролит заполнены равномерно по всей батарее элементов в начале срока службы.Изменение масштаба всего параметра показано в Уравнении 1 и Уравнении 2.

    Где R i , e , C i , e — сопротивление и емкость отдельной секции ячейки; N — общее количество секций в модели; и R i, ячейка и C i , ячейка — сопротивление и емкость на уровне ячейки.

    Тепловые параметры

    Теплопроводность и удельная теплоемкость для компонентов пакета ячеек были взяты из литературы, как показано в Таблице II. 19,38 Было учтено энтропийное тепловыделение, а также все другие необратимые источники тепла. Физические параметры компонентов ячейки были предоставлены поставщиком. Удельная теплоемкость ячейки была измерена с использованием калориметра скорости ускорения (ARC) производства компании Thermal Hazard Technology (THT) и составила 1,125 Дж / кгк со стандартным отклонением 0,049 Дж / кгк. Измеренная удельная теплоемкость использовалась для проверки общего смоделированного значения, которое рассчитывается на основе свойств отдельных компонентов.Модель имеет общую удельную мощность 1,118 Дж / кгк, что составляет 0,62% отклонения от измерения.

    Таблица II. Размеры элементов пакета электрода ячейки. 19,38

    Ширина [мм] Длина [мм] Толщина [мкм] Кол-во слоев Теплопроводность [Вт · м −1 K −1 ] Удельная теплоемкость [Дж кг −1 K −1 ]
    Катод 98 115 51 74 1.04 31 1058
    Анод 100 117 60 75 1,58 31 1437 31
    Сепаратор 101 119 20 76 0,34 31 1978 31
    Токосъемник медный 100 117 10 38 398 31 385 31
    Алюминиевый токоприемник 98 115 20 37 238 31 903 38
    Кожух н / д н / д 112 2 238 31 903 38

    Компоненты без ячеек, такие как термическое сопротивление точки сварки язычка, были охарактеризованы путем проведения экспериментов по тепловым переходным процессам.Термические граничные параметры, такие как коэффициент конвективной теплопередачи, теплопроводность термопасты и теплоизоляции, также были откалиброваны с помощью этих испытаний. Было проведено пять экспериментов с переходным тепловым режимом. Подробности этого можно найти в нашей предыдущей работе. 21 При испытании на тепловые переходные процессы электрический ток не подавался. В каждом тесте ячейке позволяли достичь теплового равновесия в камере с температурой 30 ° C. Радиатор с температурой охлаждающей жидкости 15 ° C помещался на целевую поверхность в начале каждого теста.Поверхности являются положительными и отрицательными выводами ячейки C30, положительными и отрицательными выводами ячейки C70 и поверхностью пакета электродов ячейки S30. В каждом испытании испытывали одну поверхность и измеряли профиль переходной температуры. Затем модель была использована для соответствия экспериментальному результату для калибровки параметров, показанных в таблице III.

    Таблица III. Откалиброванные параметры тепловых границ.

    Калиброванные параметры Теплопроводность [Вт · м −1 K −1 ] Толщина [мм]
    Теплоизоляция 0.08 8
    Тепловой контакт при сварке положительного язычка 150 4,2
    Тепловой контакт при сварке отрицательного вывода 205 4,2
    Термопаста 3,97 0,2

    Характеристики элемента

    На рисунке 3 показаны кривые разряда для трех вариантов при скорости разряда C / 10 (1,6 A). Предполагалось, что ток разряда был достаточно низким, чтобы не вызывать никаких изменений температуры элемента, так что результирующее напряжение разряда позволяло сравнивать общий накопленный заряд и форму кривой разряда между вариантами.Все три элемента показывают одинаковую емкость с максимальной разницей 0,5 Ач (2,8%). Различия между ячейками можно объяснить производственными допусками.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 3. Кривая расхода трех вариантов (S30, C30 и C70) при 0,1 C.

    Испытания на переходные тепловые режимы

    Испытания на переходные тепловые режимы, описанные в разделе «Термические параметры», используются для демонстрации улучшения теплопередачи. Оцените использование более широких вкладок.В начале каждого теста ячейка была при 30ºC. Температура охлаждающей жидкости, протекающей через радиатор, поддерживалась на уровне 15ºC. Затем радиатор помещали на поверхность язычка в начале теста. Тест повторяли для положительных и отрицательных вкладок индивидуально для каждого варианта ячейки.

    На рис. 4 показаны измерения температуры во время теста с выступов, поверхности ячейки (в центре) и охлаждающей жидкости. На рис. 4а показан профиль переходной температуры для охлаждения отрицательных выводов.По сравнению с ячейкой C30, температура ячейки C70 на 2,3 ° C ниже в центре поверхности в устойчивом состоянии. На отрицательной вкладке температура ячейки C70 на 1,5 ° C ниже по сравнению с этим. На рисунке 4b показан температурный переходный профиль для охлаждения положительных выводов. Сравнимая разница температур существует между ячейками C70 и C30, при этом температура ячейки C70 на 2 ° C ниже на поверхности и на 0,7 ° C ниже на положительном контакте. Таким образом, более широкий язычок снижает эквивалентное тепловое сопротивление проводимости тепла через язычки ячеек.Результаты показывают, что ячейка с более широкими выступами (C70) имеет пониженное тепловое сопротивление при использовании охлаждения вкладок.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 4. Температурный переходный тест на язычках: (a) охлаждение отрицательного язычка, (b) положительное охлаждение язычка.

    По сравнению с тестами на положительные табуляции, тесты на охлаждение для отрицательных табуляции дают более низкую установившуюся температуру, примерно на 1 ° C на поверхности ячейки.Это ожидается, поскольку отрицательный вывод и токоприемник изготовлены из меди, которая имеет более высокую теплопроводность по сравнению с материалом положительного вывода — алюминием.

    Производительность в системе управления температурой

    Испытания на тепловые переходные процессы показали, что охлаждающая способность TMS на основе охлаждения вкладок потенциально может быть улучшена за счет более широких электрических вкладок. В этом разделе клетки были протестированы с применением ТМС.

    Для базового теста охлаждалась одна грань S30.Предполагалось, что все варианты будут работать одинаково при поверхностном охлаждении за счет одинаковой площади теплообмена. Затем охлаждение язычка было применено ко всем трем вариантам (S30, C30 и C70).

    На рис. 5 показано сравнение средней температуры ячеек при различных ТМС. В этих испытаниях элементам позволяли достичь OCV 4,2 В путем зарядки при постоянном токе 1С (16 А) до 4,2 В с последующим периодом постоянного напряжения до тех пор, пока ток не станет менее 0,01С (0,16 А), и были затем дали отдохнуть в течение 2 часов.Перед подачей тока ячейкам давали термически уравновеситься в течение 3 часов. Затем элементы разряжались постоянным током 5 ° C (80 A) до 2,7 В с последующей зарядкой постоянным током 2 ° C (32 A) до 4,2 В.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 5. Температура элементов при разряде 5 ° C с последующим зарядом 2 ° C при различных TMS.

    Как показано на рисунке 5, элемент S30 с поверхностным охлаждением имеет самую низкую пиковую температуру 33.3 ° C, возникающий в конце разряда. Разряд был прекращен раньше, чем в любой другой ячейке. Это могло быть вызвано более низкой средней температурой во время разряда, что привело к более высокому импедансу и более низкой полезной емкости.

    Для элементов, охлаждаемых язычком с более узким выступом (S30 и C30), пиковая температура составила 45,5 ° C и 44,5 ° C соответственно в конце разряда. Ячейки S30 и C30 также показывают аналогичную среднюю температуру при этой нагрузке. Ячейка C30 показала немного большую полезную емкость на 0.6 Ач. Охлажденный язычок C70 показал значительное снижение пиковой температуры на 6 ° C по сравнению с ячейками с 30-миллиметровыми язычками. Это согласуется с результатами, показанными в характеристике теплового переходного процесса на рисунке 4. Ясно, что более широкие выступы обеспечивают лучшую теплопередачу через выступы. Однако экспериментально оценить это улучшение сложно, поскольку пиковая температура зависит от теплопередачи, а также от тепловыделения. Разницу в тепловыделении от клетки к клетке сложно количественно оценить экспериментально.Поэтому для оценки эффекта изменения ширины вкладки используется модель.

    Хотя более широкие выступы обеспечивают заметное улучшение теплопередачи, пиковая температура все еще примерно на 7 ° C выше по сравнению с ячейкой с поверхностным охлаждением. Чтобы дополнительно оптимизировать эффективность системы охлаждения вкладки, используется модель для выявления SoC и температуры по всей ячейке с различными TMS, а также для дальнейшей оптимизации параметров конструкции ячейки, которые обеспечивают улучшенную теплопередачу при сохранении однородности температуры.

    Проверка модели

    Разработанная двухмерная термоэлектрическая модель была параметризована для каждого из трех вариантов ячеек в соответствии с описанной ранее методологией. 21 Изменение тепловых и электрических характеристик от ячейки к ячейке было учтено путем индивидуальной параметризации трех вариантов. Геометрические и тепловые параметры, использованные в модели, перечислены в Таблице I и Таблице II соответственно.

    Проверка адиабатических условий

    Параметризованные модели были проверены в сравнении с экспериментами с использованием текущего спроса, представляющего ездовой цикл US06 в «почти адиабатических» условиях, когда все открытые поверхности были покрыты теплоизоляционным материалом.На рисунке 6 показан результат ячейки C70. Проверка для ячеек C30 и S30 достигла аналогичного уровня точности и не показана в рукописи для краткости. На рис. 6а показан входной ток для цикла привода, максимальный ток ограничен 100 А. Измеренное в сравнении с смоделированным напряжением на клеммах показано на рис. 6b. Для прогноза температуры модель показывает хорошее согласие с экспериментом с максимальной абсолютной ошибкой менее 0,6 ° C. Это показывает, что общая модель ячейки может точно представить теплоемкость и тепловыделение.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 6. Прогноз модели по сравнению с экспериментальным измерением при рабочем цикле US06 для элемента C70: (a) входной ток, (b) напряжение на клеммах элемента и (c) температура элемента в центре лицевой стороны.

    Проверка при управлении температурой

    Чтобы модель могла предсказать распределение температуры, модели ячеек всех трех вариантов ячеек были проверены в сравнении с экспериментами с применением TMS.Всего было проведено четыре эксперимента, в которых охлаждение вкладки применялось ко всем вариантам, а охлаждение поверхности применялось только к ячейке S30.

    Для охлаждения поверхности температура на верхней грани (ширина × длина ) ячейки поддерживалась на уровне 20 ° C. Для охлаждения вкладок температура обоих вкладок поддерживалась на уровне 20 ° C. В обоих случаях все остальные открытые поверхности были покрыты теплоизоляционным материалом для минимизации потерь тепла. Температура окружающей среды поддерживалась на уровне 20 ° C.Перед испытаниями клеткам позволяли достичь теплового равновесия. Ячейки также заряжали до 4,2 В до тех пор, пока ток не упадет ниже 0,01 ° С (0,16 А), и оставались в покое в течение 2 часов перед испытанием. Во время испытания элементы разряжались постоянным током 5 ° C (80A) до 2,7 В, а затем заряжались постоянным током 2 ° C (32 A) до 4,2 В. Три датчика температуры (S1, S2, S3) были размещены вдоль направление длины по осевой линии. Прогнозируемые температуры в тех же местах сравнивались с этими измерениями.

    На рис. 7 показана смоделированная температура в каждом месте в сравнении с экспериментальным измерением. Для ячейки поверхностного охлаждения S30 максимальная ошибка находится в местоположении S3 с разницей на + 1,5 ° C по сравнению с экспериментом, как показано на рисунке 7a. Максимальная погрешность возникает на пике температуры в конце разряда. Более высокая прогнозируемая температура в точках S2 и S3 привела к завышению прогноза температуры во время последующей зарядки.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 7. Измерение температуры по длине элемента (S1-S3) при постоянном токе разряда 5C и заряда 2C: (a) элемент S30 с поверхностным охлаждением; (b) элемент S30, охлаждаемый язычком; (c) элемент C30, охлаждаемый язычком, и (d) элемент C70, охлаждаемый язычком.

    Для охлаждающей ячейки C30 под язычком максимальная наблюдаемая ошибка составляет примерно -1,5 ° C и + 1,9 ° C на S1 и S3 соответственно. Модель прогнозирует несколько более высокую полезную емкость, на что указывает время на пике температуры, по сравнению с экспериментами. Это могло быть вызвано деградацией экспериментальной ячейки во время тестирования, что не учитывается в модели.Для ячеек S30 и C70 при охлаждении язычков модель показала очень хорошее согласие эксперимента с максимальной ошибкой менее 1 ° C по отношению к измеренным температурам.

    В целом, этот проверочный эксперимент показал, что модель может прогнозировать распределение температуры всех ячеек при ТМС с приемлемым уровнем точности. Затем модели используются для выявления внутреннего состояния ячейки в разделе «Внутренняя температура, ток и распределение SoC».

    Внутренняя температура, ток и распределение соц.

    На рисунке 8 показаны прогнозируемые распределения внутренней температуры, тока и SoC в ячейках с различными типами TMS.Построены снимки четырех внутренних состояний. Время получения «моментальных снимков» различно для ячеек, охлаждаемых вкладкой, и ячеек с поверхностным охлаждением. Это связано с разницей в общем времени разряда, которая связана с разницей в полезной емкости, вызванной стратегией TMS и вариациями в производительности ячеек. Моделирование было выполнено для тех же температурных и текущих условий, как показано на Рисунке 7. Результат для двух ячеек представлен на Рисунке 8, чтобы сравнить характеристики ячейки с поверхностным охлаждением (S30 — поверхностное охлаждение) с лучшими рабочими характеристиками. охлаждаемая ячейка (C70 — язычок охлаждаемый).

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 8. Внутренние состояния элемента при разряде постоянного тока 5C: (a) область моделирования, (b) распределение температуры, где черные точки являются узлами моделирования, (c) распределение тока и (d) распределение SoC.

    На рисунке 8a показана область моделирования и точное положение внутренних узлов моделирования, используемых в каждом случае. Для ячейки S30 поверхностное охлаждение применяется к верхней поверхности (T = 5.5 мм), а остальные поверхности термоизолированы. Температура поверхности поддерживается на уровне 20 ° C. Для C70 с охлаждением язычка температура на каждом электрическом контакте поддерживается на уровне 20 ° C. Рисунки 8b – 8c) отображают разницу между параметром в каждой точке и средним значением области, где среднее значение области изменяется во времени.

    На рис. 8б показано распределение температуры по толщине и длине ячейки, размеры во время разряда. Во всех случаях разряды постоянного тока прекращаются, когда напряжение на клеммах достигает 2.7 В, что приводит к различной продолжительности разряда и полезной емкости. Температуры, при которых прекращается разряд, используются для сравнения различных систем охлаждения. Для элемента с поверхностным охлаждением средняя температура повышается с 20 ° C до 32 ° C во время разряда. Для сравнения, температура элемента, охлаждаемого язычком, повышается до 40 ° C к концу разряда. При t = 440 с для ячейки с поверхностным охлаждением и t = 485 с для ячейки с охлаждением с выступом средняя разница температур составляет всего 4 ° C. Однако эта разница значительно увеличивается к концу разряда — примерно через 200 секунд — до 8 ° C.Ячейка с лепестковым охлаждением показывает более высокую полезную емкость с окончанием разряда при t = 730 с, что на 65 с больше по сравнению с ячейкой с поверхностным охлаждением.

    Элемент S30 с поверхностным охлаждением создает значительный температурный градиент к концу разряда с максимальной разницей примерно 11,6 ° C между самой горячей и самой холодной частью элемента. Слои, расположенные рядом с охлаждающей поверхностью, имеют температуру около -7,5 ° C по сравнению со средней температурой ячейки, а нижний слой составляет около + 4,1 ° C по сравнению со средней температурой.Напротив, для охлаждаемой ячейки C70 tab максимальная разница температур составляет всего 2 ° C. Центр элемента на + 0,6 ° C выше среднего, а отрицательный конец элемента на -1,4 ° C ниже в конце разряда.

    Импеданс ячейки сильно зависит от температуры. Следовательно, разница в температуре между различными частями ячейки может привести к неравномерному току. Этот неравномерный ток, в свою очередь, приводит к положительной обратной связи между температурой и током.Для элемента S30 с поверхностным охлаждением максимальная скорость разряда была на 2,1 ° C (34 A) ниже, чем средняя скорость 5 ° C (80 A), как показано на рисунке 8b. Это приводит к максимальной скорости разряда 7,1 ° C (114 A) для слоев, наиболее удаленных от охлаждаемой поверхности. Для охлаждаемого элемента C70 tab максимальное отклонение скорости разряда было всего на 0,52 C (8 A) ниже среднего.

    Вследствие неоднородного тока SoC в конце разряда также является неравномерным. Для элемента с поверхностным охлаждением «более холодная» часть элемента разряжается меньше, + 6% SoC по сравнению со средним значением, в то время как более горячая часть элемента имеет недостаток на 1.На 1% больше по сравнению со средней SoC. В случае ячейки охлаждения вкладки SoC варьируется максимум на 0,6% по ячейке.

    Исследование параметров существующих ячеек

    Экспериментальные результаты C70 показывают значительное улучшение по сравнению с вариантами C30 и S30 при охлаждении язычков. Это подтверждает, что большая площадь поперечного сечения электрических вкладок повышает эффективность стратегии охлаждения вкладок. Прогнозирование внутренних состояний показывает, что стратегия охлаждения вкладки обеспечивает гораздо более равномерное распределение температуры, что приводит к более однородному распределению тока и SoC.Однако охлаждение язычка по-прежнему ограничено его общей способностью к отводу тепла из-за площади поверхности для теплопроводности.

    В этом разделе исследуются геометрические параметры, которые потенциально могут улучшить передачу тепла через выступы. Влияние ширины выступа, толщины выступа и толщины токоприемников анализируется с помощью модели. На рис. 9а показаны исследуемые параметры. Для количественной оценки воздействия конструкции в качестве ключевых показателей эффективности используются средняя, ​​максимальная и минимальная температура элемента в конце разряда 5 ° C (80 A).

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 9. Влияние геометрических параметров на производительность системы охлаждения язычка: (а) исследуемые параметры, (б) ширина выступа, (в) толщина выступа и (г) толщина токосъемника (ТК).

    Изменение геометрических параметров может привести к изменению массы элемента и, возможно, к электрохимическим характеристикам элемента. Чтобы понять значение изменения параметра, плотность энергии ячейки пересчитывается в соответствии с изменением.Поскольку исследуемые геометрические изменения не связаны с материалом электрода и геометрией пакета электродов ячейки, предполагается, что на плотность энергии влияет только изменение массы ячейки, тогда как на содержание энергии в ватт-часах это изменение не влияет. .

    В этом разделе в качестве базовой используется модель ячейки для варианта C70. Соответственно изменяются геометрические параметры C70, в то время как электрические и тепловые параметры остаются неизменными. Геометрические свойства базовой ячейки (C70) показаны в таблице IV.Базовая плотность энергии элемента составляет 210 Втч / кг, что получается путем измерения массы и содержания энергии в ячейке при разряде на полную глубину 0,1 ° C (1,6 A).

    Таблица IV. Базовый уровень и диапазон для каждого параметра.

    Параметр Исходный Диапазон анализа
    Ширина выступа 70 мм 10–90 мм
    Толщина выступа 0.2 мм 0,2–1 мм
    Толщина токосъемника — анод 10 мкм Увеличение на 10–90%
    Толщина токосъемника — катод 20 мкм Увеличение на 10–90%

    Для толщины выступа и толщины CC значение параметра увеличивается до 90% от базового значения. Возможный диапазон ширины вкладки ограничен физическим размером. Каждый параметр изменяется независимо от двух других, рисунки 9b – 9d.

    На рисунке 9b показано влияние ширины выступа на среднюю, максимальную и минимальную температуру элемента во время разряда. В качестве справочного материала для анализа также нанесена средняя температура ячеек S30, C30 и C70, измеренная экспериментально в системе охлаждения язычка. Эти ссылки используются в качестве подтверждения между предсказанием модели и экспериментальным измерением при изменении геометрического параметра. Поскольку используется модель ячейки C70, ожидается, что прогноз температуры ячейки будет точно соответствовать экспериментальным измерениям, когда ширина выступа составляет 70 мм.Для ячейки S30 измеренная температура на 0,5 ° C выше, чем при моделировании. Для ячейки C30 прогнозируемое значение на 2 ° C ниже экспериментального. В целом, экспериментальные средние температуры показывают хорошее количественное соответствие с предсказаниями модели.

    При увеличении ширины выступа с 10 мм до 90 мм средняя температура в конце разряда снижается с 44,5 ° C до 39,5 ° C, как показано на рисунке 9b. Увеличение массы за счет более широкого выбора язычков привело к снижению плотности энергии с 210 Втч / кг до 207 Втч / кг.При этом максимальный перепад температур по длине ячейки увеличивается с 1 ° C до 2,4 ° C.

    При увеличении толщины язычка с 0,2 мм (базовая линия) до 1 мм средняя температура снижается с 40,4 ° C до 34,4 ° C. Улучшение пути теплопередачи на выступе привело к увеличению скорости теплопередачи по токосъемнику. Это привело к увеличению температурного градиента по длине ячейки, при этом максимальная разница температур увеличилась с 2 ° C до 3.7 ° С. Подобно изменению ширины, увеличение толщины приводит к снижению плотности энергии на уровне элементов с 210 Втч / кг до 197 Втч / кг, как показано на Рисунке 9c.

    На рисунке 9d показано влияние толщины токосъемника на тепловые характеристики. В этом анализе толщина токосъемников увеличивается пропорционально базовым значениям: 10 мкм (анод) и 20 мкм (катод). Увеличение толщины мало влияет на среднюю температуру ячейки, которая упала всего на 0.25 ° C, что на 90% выше исходного уровня. Разница температур по длине ячейки уменьшилась с 2 ° C до 1,5 ° C с увеличением от 10% до 90%. Это ожидается, поскольку более толстые токосъемники улучшают теплопередачу в плоскости. Однако увеличение толщины токосъемника оказывает существенное влияние на плотность энергии из-за увеличения его массы. Плотность энергии снижается до 177 Втч / кг с увеличением на 90% с 203 Втч / кг с увеличением на 10%. Результат показывает, что толщина токосъемника в текущей конфигурации 70 мм и ширина выступа 0.Толщина язычка 2 мм не является термическим «узким местом».

    Исследование параметров показывает, что термическим «узким местом» по-прежнему является площадь поперечного сечения выступов для этой ячейки. За счет увеличения площади поперечного сечения тепловые характеристики системы охлаждения вкладок могут быть доведены до уровня, сопоставимого с системой с поверхностным охлаждением, при сохранении преимущества минимального температурного градиента. Например, при толщине выступа = 1 мм тепловые характеристики сопоставимы с ячейкой с поверхностным охлаждением, где средняя температура в конце разряда составляет 32 ° C.При той же средней температуре по сравнению с поверхностным охлаждением система охлаждения язычка вызвала гораздо меньший температурный градиент 3,7 ° C в ячейке по сравнению с 11,6 ° C в случае поверхностного охлаждения.

    Это тепловое «узкое место» существует в основном из-за несоответствия между общей площадью сечения токосъемника и площадью поперечного сечения вывода. Простой расчет показывает масштаб несоответствия. Общая площадь поперечного сечения токосъемников для одного электрода определяется как:

    Где CSA cc — общая площадь поперечного сечения всех токоприемников для одного электрода, N cc — количество слоев токосъемников, T cc — толщина тока коллектор и W язычок ширина электрического язычка.

    Площадь поперечного сечения выступа определяется по:

    Где CSA выступ — это общая площадь поперечного сечения одного язычка, T выступ — толщина электрического язычка и W язычок — ширина электрического язычка.

    Предполагается, что ширина электродного листа в точке сварки такая же, как ширина выступа. Результат расчета показан в Таблице V. Несоответствие между общей площадью поперечного сечения токоприемника очевидно, при этом вкладка CSA более чем в три раза меньше, чем CSA куб.см, поз .Следовательно, чтобы устранить «узкое место», площадь поперечного сечения у выступов должна как минимум соответствовать общей площади поперечного сечения каждого токосъемника.

    Таблица V. Площадь поперечного сечения токосъемников и табл.

    Площадь поперечного сечения [мм 2 ]
    CSA куб.см, негр 26,6
    CSA куб.см, поз 51.8
    CSA выступ 14,0

    Дизайн и оптимизация путем экстраполяции модели на другой форм-фактор

    Пока что мы показываем, что охлаждение вкладок может иметь сравнимые тепловые характеристики с охлаждением поверхности, сохраняя при этом минимальный температурный градиент, просто оптимизируя конструкцию выступов ячеек. Однако эти выводы были сделаны на ячейке с соотношением сторон (длина / ширина), близким к единице. Однако элементы пакетного типа с более высоким соотношением сторон становятся все более популярными для автомобильных аккумуляторных батарей из-за ограничений по высоте пола транспортного средства.Ячейки мешочка обычно имеют длинную прямоугольную форму с выступами на противоположной стороне. По сравнению с ячейкой с более высоким соотношением сторон, ячейки, изученные в этой работе, имеют меньшее расстояние для развития теплового градиента в направлении длины. Для дальнейшего изучения целесообразности использования охлаждения вкладок с высоким соотношением сторон с помощью модели создается виртуальная ячейка и ее плотность энергии. По геометрическим размерам виртуальная ячейка аналогична ячейке E63 производства LG Chem.

    Геометрический размер виртуальной автомобильной ячейки показан на рисунке 10a с соотношением сторон приблизительно 2,6. Толщина ячейки такая же, как у пользовательской ячейки (S30, C30 и C70). Параметры электрохимической модели масштабируются на основе ячейки C70 в соответствии с уравнением 1 и уравнением 2. Емкость виртуальной ячейки составляет 51,3 Ач. На основе исследования параметров конструкция вкладок виртуальной ячейки оптимизирована для улучшения характеристик охлаждения вкладок. Электрический вывод виртуальной ячейки — 1.5 мм толщиной и 100 мм шириной. Более толстые язычки приводят к снижению плотности энергии на уровне ячеек на 3,9% по сравнению со стандартной толщиной выступов 0,2 мм. Дальнейшее улучшение было сделано в отношении термического сопротивления при сварке язычков, предполагая, что более толстый язычок приведет к лучшему тепловому контакту (как это будет достигаться во время производства, не изучалось и не известно). 39

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 10. Прогнозируемая табуляция и сравнение охлаждения поверхности для конструкции автомобильного элемента: (a) формат элемента и (b) распределение температуры при различных скоростях разряда, где T — язычок охлажден, а S — поверхностное охлаждение.

    Представлено распределение температуры в конце разряда при стратегиях охлаждения вкладыша и охлаждения поверхности. Производительность двух стратегий TMS сравнивается в диапазоне скоростей разряда от 1С (48 А) до 5С (240 А) с шагом 1С (48 А). На рисунке 10 показаны максимальная, минимальная и средняя температура ячейки в конце разряда для каждого метода охлаждения.

    Ячейка с выступом имеет такую ​​же среднюю температуру, что и ячейка с поверхностным охлаждением, при этом ячейка с выступом только на 0,8 ° C выше при 1 ° C и на 2,1 ° C при 5 ° C. Обе ячейки имеют одинаковую пиковую температуру во всем диапазоне скоростей разряда. Однако ячейка, охлаждаемая язычком, вызывает значительно меньший температурный градиент. Максимальный температурный градиент при 1 ° C составляет 3 ° C для ячейки с охлаждением язычком и 5 ° C для ячейки с поверхностным охлаждением, что на 66% выше. При температуре 5 ° C охлаждение язычка вызывает температурный градиент 10 ° C. Для сравнения, у ячейки с поверхностным охлаждением разница между ячейками составляет 17 ° C, что на 70% больше.

    Это показывает, что с помощью простой модификации геометрии язычка, система охлаждения язычка может достичь эффективности отвода тепла, аналогичной поверхностному охлаждению, при сохранении преимущества уменьшения тепловой неоднородности. Комбинация лучшего отвода тепла и лучшей однородности температуры должна привести к увеличению срока службы элементов по сравнению с системой с поверхностным охлаждением. Предлагаемое изменение конструкции выступа ячейки оказывает незначительное влияние на плотность гравиметрической энергии ячейки. Однако существует значительная возможность для компенсации этих плотностей энергии на уровне ячеек на уровне аккумуляторной батареи.Во-первых, за счет увеличения полезной емкости, вызванного уменьшением неоднородностей внутри ячейки. Во-вторых, TMS, основанные на охлаждении вкладок, могут быть более компактными, чем не требуются охлаждающие пластины между всеми остальными ячейками. В-третьих, потенциально более длительный срок службы аккумуляторной батареи означает, что системе потребуется меньшая избыточная емкость в начале срока службы, что приведет к снижению стоимости и веса на уровне блока.

    В этой работе использовались индивидуализированные литий-ионные элементы, разработанные с различной шириной и положением электрических выступов, чтобы исследовать способы оптимизации стратегии управления температурным охлаждением вкладок.Ячейки были охарактеризованы для количественной оценки улучшения пути теплопередачи за счет более широкой ширины выступов.

    При использовании ячеек, изготовленных по индивидуальному заказу, было показано, что увеличение площади поперечного сечения выступа может привести к значительному улучшению теплопередачи между пакетом ячеек и выступами. Эксперименты показывают, что увеличение ширины выступа с 30 мм до 70 мм может привести к снижению пиковой температуры элемента на 14% при агрессивном разряде. Однако он показал, что охлаждение вкладок по-прежнему гораздо менее способно отводить тепло, чем охлаждение поверхности для этих ячеек.

    Двухмерная электротермическая модель была параметризована и проверена для пользовательских ячеек, используемых в этом исследовании. Модель использовалась для исследования внутренних распределений температуры, тока и SoC. Он показал, что ячейка с наилучшими характеристиками для стратегии охлаждения вкладок все же менее способна отводить тепло по сравнению с ячейкой с поверхностным охлаждением. Тем не менее, охлаждение вкладок по-прежнему дает значительные преимущества в поддержании однородности температуры, тока и SoC. Система с поверхностным охлаждением вызывает температурный градиент по толщине ячейки, более чем в 5 раз больший по сравнению с системой охлаждения язычков.

    Модель показывает, что существующее тепловое «узкое место» между пакетом электродов ячейки и электрическими выводами может быть существенно уменьшено за счет увеличения площади поперечного сечения электрических выводов. Виртуальная ячейка с высоким соотношением сторон и большой емкостью (на основе ячейки LG Chem E63) была смоделирована для изучения возможности использования стратегии охлаждения вкладок в ячейках большого формата и демонстрирует тот же результат, который должен быть возможен для ячеек такой формы и размера. .

    Впервые мы показываем, что охлаждение язычков может быть таким же эффективным, как и обычное охлаждение поверхности, при сохранении преимуществ повышенной термической однородности.Однако для этого необходимо перепроектировать существующие ячейки. Мы обнаружили, что оптимизацию конструкции элемента необходимо проводить только на электрических вкладках, изменив только ширину, толщину, положение и приварку вкладок к токосъемникам. Нет необходимости изменять конструкцию пакетов электродов ячеек каким-либо иным образом. Это потенциально позволит более широко использовать охлаждение вкладок и продлить срок службы батареи.

    Мы выражаем признательность за финансовую поддержку, полученную от Имперского центра исследования, обработки и моделирования материалов в Имперском колледже Лондона.Работа также была поддержана проектом EPSRC TRENDS (номер гранта EP / R020973 / 1) и проектом Innovate UK BATMAN (номер гранта 104180). Эта работа частично выполнялась при финансовой поддержке Института Фарадея (номер гранта EP / S003053 / 1, FIRG003). Мы благодарим Thermal Hazard Technology за помощь в измерении теплоемкости ячеек. Мы также благодарим доктора Монику Маринеску за ее щедрые комментарии к рукописи.

    Tesla Model Y Информация о тепловом насосе, нечасто обсуждаемая в СМИ

    Новая система

    Tesla «усиливает» тепловой насос, повышая его эффективность по сравнению с обычными системами теплового насоса, и использует некоторые уникальные методы нагрева до температуры ниже -10 ° C.

    О системе климат-контроля Model Y написано много. Основные темы для обсуждения — новый тепловой насос и октановый клапан, но в этой системе есть еще кое-что. В этой статье мы обсудим некоторые тонкости системы.

    Если вы цените термодинамику, вам понравится это описание новой системы Теслы:

    «Система проводит термодинамический арбитраж из термодинамических источников с конечным источником и имеет возможность дополнять эти конечные источники»

    Большинство интересных моментов касается режима нагрева, но прежде чем мы перейдем к этому, давайте сначала быстро обсудим режим охлаждения.

    Режим охлаждения

    По большей части режим охлаждения очень похож на Model S и Model 3, за одним исключением. Теперь Tesla добавила в систему «конденсатор с жидкостным охлаждением». В конденсаторе горячий жидкий хладагент отводит тепло. В Model S и Model 3 конденсатор кондиционера находится в передней части автомобиля. Линии хладагента (не линии гликоля) проходят до передней и задней части автомобиля.

    Пространство спереди делится с гликолевым теплообменником, поэтому в Модели 3 спереди есть 2 теплообменника.Они укладываются друг на друга. В модели Y конденсатор кондиционера установлен на брандмауэре автомобиля, а контур охлаждающей жидкости переносит гликоль в переднюю часть автомобиля, чтобы отводить тепло. Прелесть этого подхода в том, что теперь впереди только ОДИН теплообменник, а не 2 (или 3 в случае Model S).

    Модель Y использует конденсатор с жидкостным охлаждением

    Модель Y имеет только 1 теплообменник в передней части автомобиля

    Режим отопления

    Интересные детали, которые не часто обсуждаются, связаны с дополнительными способами, которыми эта система может перемещать тепло между пассажирским салоном, аккумулятором, приводом и внешней средой, чтобы повысить эффективность системы по сравнению с обычным тепловым насосом.Многие из источников тепла являются низкопотенциальными источниками энергии, и их необходимо увеличивать при температуре ниже -10 ° C (14 ° F). Патент описывает несколько способов, которыми Tesla может сделать это без использования высоковольтного нагревателя.

    Система постоянно улучшалась по сравнению с Model S, Model 3 и Model Y. Model S имела возможность нагревать батарею отходящим теплом от приводного двигателя и инвертора, но это было о степени ее гибкости. В остальной части системы использовался кувалдный подход к обогреву с помощью высоковольтного нагревателя «в салоне» (без гликольного контура) и обычного кондиционера с хладагентом (не гликолем), прокачиваемым полностью к передней части автомобиля для охлаждения. .В Model S и Model 3 был 4-ходовой клапан, который предлагал системе небольшую гибкость, но в Model S все компоненты были нанизаны под кавернозным стволом.

    Фотография корявой компоновки модели S TMS

    Модель S имела только один способ отвода отработанного тепла

    Model 3 работает почти так же, как Model S, за исключением того, что Tesla представила «Mr. Супер бутылка ». Главное в супер-бутылке то, что она собрала все компоненты в одно место (бутылку), вместо того, чтобы разложить их и соединить трубками и проводами.

    В Model 3 Tesla объединила все компоненты TMS на «Mr. Супер бутылка »

    Добавление теплового насоса, контура конденсатора с жидкостным охлаждением и 8-ходового октанового клапана открывает множество способов отвода тепла. В патенте фактически обсуждается всего 12 режимов нагрева и 3 режима охлаждения. Система даже использует тепловую массу батареи для хранения тепла. Затем аккумулятор можно использовать в качестве источника тепла, поскольку мы потребляем тепловую энергию, хранящуюся в батарее.

    Мы покажем вам два наиболее интересных режима, которые можно настроить в этой системе.Если вам нужно подробное описание всех режимов, см. Последний раздел в этой статье, а также патент Tesla: US 2019 / 0070924A1, Тепловой насос для электромобилей с оптимальным источником питания с предварительным кондиционированием мощности при экстремальных температурах, 7 марта 2019 г.

    Единственный лучший режим системы отопления показан на рисунке ниже.

    Модель Y может обогревать кабину от 3 источников тепла — режим 9

    В режиме 9 система использует 3 источника для обогрева кабины: внешнее тепло, отбираемое от переднего радиатора (как у обычного теплового насоса), аккумулятор, приводной двигатель и инвертор.Использование более высокотемпературных источников тепла аккумуляторной батареи и приводного двигателя повышает эффективность системы, поскольку тепловые насосы лучше всего работают при более высоких температурах окружающей среды. Это очень похоже на то, как работает домашний геотермальный тепловой насос, когда тепловой насос забирает тепло из земли зимой.

    На рисунке 7 ниже показан еще один интересный режим, в котором мы отбираем тепло из пассажирского салона для нагрева батареи. Этот режим может сработать в солнечный зимний день, когда машина припаркована. Салон нагревается от солнца, но аккумулятор холодный.В этом случае мы используем солнечную энергию для нагрева батареи. В аккумуляторе сохраняется тепло, которое впоследствии может быть использовано для обогрева кабины. Tesla использует тепловую массу батареи для хранения тепла. Когда они вытаскивают его, они позволяют температуре пакета упасть до 10 ° C (50 ° F). Количество тепловой энергии, которое может храниться в батарее, составляет около 2,5-3 кВтч, поэтому батарея может удерживать приличное количество тепла.

    В солнечный зимний день Модель Y могла нагревать аккумулятор за счет солнечного тепла, хранящегося в кабине

    Эти два приведенных выше примера демонстрируют гибкость, которую эта новая система позволяет передавать тепло между многими компонентами и во многих направлениях.

    Еще одна отличительная черта новой системы Tesla — это ее творческий подход к нагреву при температуре ниже -10 ° C. Эти методы (за исключением дополнительного нагрева 12 В) также используются в коммерческих системах отопления, но никогда не применялись к системе управления температурным режимом электромобилей (за исключением систем Kia / Hyundai, которые близки к дублированию трюков Model Y).

    Методы обогрева модели Y при температуре окружающей среды ниже -10 ° C (14F)

    В патенте Тесла описаны три метода нагрева до температуры ниже -10 ° C.Первичный — компрессорный обогрев COP = 1.

    При COP = 1 компрессор обогрева мы запускаем испаритель кабины и конденсатор кабины одновременно и рециркулируем воздух на выходе из конденсатора кабины обратно во вход испарителя.

    В этом режиме мы запускаем испаритель кабины и конденсатор кабины одновременно и рециркулируем воздух на выходе из конденсатора кабины обратно во вход испарителя кабины. Это немного похоже на работу холодильника с открытой дверцей (см. Начало видео части 1 в разделе подробного обсуждения).

    В этом случае тепло, поглощаемое испарителем, компенсируется теплом, отводимым в конденсаторе кабины, и полезное тепловложение в кабину равно электрическому входу в компрессор. По общему признанию, это непонятный способ делать что-то для нас, неспециалистов, но он используется в крупных коммерческих системах HVAC. Электрическая мощность компрессора для компрессоров мощностью 3–4 тонны, таких как модели Y, может составлять около 5–6 кВт, что соответствует существующим резистивным нагревателям электромобилей «в салоне». Это приличное количество тепла.

    Во втором методе мы используем дополнительный обогреватель 12 В в кабине в качестве дополнительного источника тепла.

    В третьем методе мы создаем в инверторе «противофазный» электрический ток. Затем мы используем эту «сдвинутую по фазе» мощность для запуска компрессора и двигателя воздуходувки, чтобы создать больше тепла.

    К сожалению, эти 3 метода предлагают только нагревание с COP = 1, поэтому (в большинстве случаев) чем ближе мы приближаемся к -10C, тем больше наш COP приближается к 1.

    Большинство из того, что мы вам показали, основано на патенте.Некоторые вещи в патенте подтверждены в видеороликах Сэнди Манро о демонтаже модели Y, например, о наличии и испарителя, и конденсатора в контуре кабины. Однако некоторые нет. Например, Сэнди никогда не показывал нам нагреватели на 12 В или режим нагрева компрессора COP = 1. Кроме того, мы не знаем, избавилась ли Tesla от уловки Model 3 «заблокированный приводной двигатель и ток через обмотки», которую она использовала в Model 3.

    Мы предполагаем, что «трюк с заторможенным током ротора через обмотку» в Модели 3 исчез, и что Tesla использует компрессорное нагревание с коэффициентом сжатия 1 и 1000-ваттные вспомогательные нагреватели 12 В для дополнительного тепла при низких температурах, как в патенте.

    Режимы 1-12 — режим обогрева. Есть 3 режима кондиционирования (режимы 13-15).

    Здесь мы дадим вам простое словесное описание. Вы можете увидеть более подробное описание каждого режима в трех частях видеосерии YouTube «Клуб распутывания», озаглавленной «Октавный тепловой насос и система терморегулирования — подробные сведения о работе», части 1-3, в которых показаны анимированные чертежи всех компонентов. в системе, как движутся гликоль и хладагент, как движется тепло и положение октаклапана для каждого режима.

    Впереди, в части 1, они покажут вам, как работает октановый клапан. Это всего лишь два 4-ходовых клапана, установленных друг на друга с шаговым двигателем для вращения центрального диска. Режимы разделены на 2 температурных диапазона: выше -10 ° C (14F) и ниже -10C. COP системы начинает снижаться ниже -10C по мере того, как мы добавляем дополнительный нагрев компрессора с COP = 1.

    COP = 1 нагрев компрессора — еще одна новая функция в системе Tesla. Он используется для замены высоковольтного обогревателя кабины, который Tesla использовала во всех предыдущих моделях.Нагрев компрессора COP = 1 используется в более крупных коммерческих холодильных системах, но, насколько нам известно, ранее не использовался в системах EV HVAC (за исключением, возможно, Kia / Hyundai). Его работа была описана на рисунке 9 в предыдущем разделе.

    Мы встроили видео ниже вместе с разбивкой по отметкам времени с описаниями:



    Режим 1, нагрев, видео часть 1 @ 6:29. температура окружающей среды выше -10C (14F).Радиатор тепла обогревает салон. Привод нагревает аккумулятор.

    Режим 2, обогрев, видеочасть 1 @ 7:53, температура окружающей среды ниже -10C (14F). Приводной агрегат и аккумуляторная тепловая кабина. В этом режиме доступно ограниченное количество тепла, поэтому используется только для поддержания температуры.

    Режим 3, обогрев, видео часть 2 @ 0:55, температура окружающей среды ниже -10C. В салоне холодно. Добавлены 12-вольтовые обогреватели, а также батарея режима 2 и обогрев кабины трансмиссии.

    Режим 4, обогрев, видео часть 2 @ 1:37, температура окружающей среды ниже -10C. Батареи не хватает тепла для обогрева кабины, поэтому добавляется тепло компрессора COP = 1.Общее количество тепла, поступающего в кабину от компрессора, равно электрической энергии, подаваемой в компрессор (доступно 5-6 кВт, что сопоставимо с резистивным обогревателем кабины)

    Режим 5, обогрев, видео часть 2 @ 3:15, температура окружающей среды ниже -10C. Кабина и аккумулятор нуждаются в обогреве. Как и в режиме 4, компрессор @ COP = 1 подает тепло = на свой электрический вход. Если привод достаточно горячий, он может нагреть аккумулятор.

    Режим 6, нагрев, видео часть 2 @ 4:08, температура окружающей среды ниже 10C. Только батарее нужно тепло.Как и в режиме 4, компрессор обеспечивает тепло при COP = 1.

    Режим 7, обогрев, видео часть 2 @ 10:06. Кабина не используется, но теплая. Пример солнечного зимнего дня, сидя на стоянке. Тепло кабины используется для обогрева батареи. Затем при необходимости тепло в батарее позже используется для обогрева кабины.

    Режим 8, нагрев, видео часть 2 @ 6:53. То же, что и режим 7, только после поездки и прогрева кабины от привода.

    Режим 9, обогрев, видео часть 2 @ 7:37, температура окружающей среды выше -10C. Аккумуляторный привод и радиатор используются для обогрева кабины

    Режим 10, нагрев, видео часть 2 @ 8:34.Защита от запотевания, холодный воздух в стекло, горячий воздух в кабину

    Режим 11, нагрев, видео часть 3 @ 0:27. Удаление инея за счет тепла, накопленного в аккумуляторе

    Режим 12, нагрев, видео часть 3 @ 1:32. Деувлажнение и повторный нагрев. Испаритель удаляет влагу, а конденсатор нагревает кабину. Избыточное тепло приводного агрегата и компрессора отводится в атмосферу через радиатор.

    Mode 13, Cooling, video part 3 @ 2:24, используется во время суперзарядки. Батареи необходимо охлаждение, а кабина нуждается в обогреве

    Режим 14, охлаждение, видео часть 3 @ 3:25.Аккумулятор и привод нуждаются в охлаждении, кабине нужно тепло. Тепло отводится к радиатору

    Режим 15, охлаждение, видео часть 3 @ 4:34.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *