Мощность батареи отопления от площади: Расчет радиаторов отопления, количество секций и мощность батареи

Добиться от системы отопления полной эффективности и экономичности — нормальное желание хозяина дома. Как рассчитать количество радиаторов отопления в доме? Существует ли универсальная формула, позволяющая получить точный ответ и сразу заказать определенное количество приборов?

Да, формулы существуют, они разработаны с учетом действующих СНиП, но применить их конкретному частному дому без специальных знаний довольно сложно. Это стоит объяснить отдельно. Для расчета потребности в тепловой энергии применяется сложная система коэффициентов, в которой учитывается все, что может повлиять на обогрев — от площади комнаты до этажа и определенного типа радиаторов. Таким образом можно получить довольно точные значения, но в реальности это необходимо в случаях, когда речь идет о большом строительном проекте, поскольку общее количество приборов и выделяемое ими тепло с учетом потерь составляют внушительные суммы в денежном эквиваленте.

Способы и методики расчета количества радиаторов

Для частного дома, пусть и большого, такая точность не нужна, но узнать, сколько потребуется установить радиаторов, все же необходимо. Поэтому мы рассмотрим ответы в виде самых простых примеров:

• расчет количества радиаторов в системе отопления частного дома по объему помещений;
• расчет с учетом площади помещений;
• расчет с использованием простого калькулятора;
• описание некоторых поправочных коэффициентов, применяемых в профессиональном проектировании.

Любой из этих вариантов даст приемлемый по точности результат, а если вы все же хотите получить точные данные, то лучше поручить эту задачу профессионалу в области проектирования.

Какой тип радиаторов нам интересен

Для примера возьмем трубчатые стальные радиаторы КЗТО из серии Гармония — их параметры можно уверенно считать наиболее подходящими для подбора в частный дом. Варианты с чугунными, алюминиевыми, биметаллическими и панельными радиаторами демонстрируют крайности либо в цене, либо в эффективности теплоотдачи.

При изучении продукции в таблице с характеристиками радиаторов можно найти их мощность, количество секций и размеры. Поэтому мы не будем делать конкретный расчет, а приведем пример в виде описания порядка действий.

Расчет по объему помещения

Самый простой и доступный вариант расчетов количества радиаторов для частного дома учитывает объем помещения. При отступлении от стандартной высоты потолков в 2,7 м это дает возможность опираться на реальные размеры. Сначала узнаем объем помещения в метрах кубических — умножаем площадь на высоту. Для того, чтобы узнать потребность в тепловой энергии, можно применить средний вариант — 41 ватт на кубометр дает комфортную температуру примерно в 20 С даже в панельных многоэтажках. Умножаем 41 на объем помещения, подбираем радиатор по таблице, в которой указаны размеры, количество секций и тепловая мощность, делим цифру потребности на мощность одного прибора и получаем их количество для одного помещения.

Расчет по площади помещения

Теперь посмотрим, как рассчитать радиаторы отопления по площади. Здесь можно условно принять высоту потолков за 2,7 м , а потом ввести поправку, если помещение выше. Исходим из следующих условий:

• дом расположен в средней полосе России;
• используются трубчатые стальные радиаторы;
• площадь помещения известна;
• стены кирпичные, в два кирпича, с хорошей теплоизоляцией.

Для обогрева помещения в таких условиях достаточно затратить от 60 до 100 Ватт на квадратный метр. Принцип расчета тот же — находим в таблице радиатор КЗТО с подходящими нам размерами, узнаем там же его тепловую мощность, делим потребность на мощность прибора.

Может ли возникнуть ситуация, при которой в доме все равно будет прохладно? Может, например в зоне, где часто и подолгу держатся морозы. Тогда потребуется исходить из потребности 150 — 200 Ватт на квадратный метр. Но это еще не все — есть ряд факторов, которые влияют на теплопотери дома. Например, радиатор отопления для дачи, может работать в режиме с пониженной теплоотдачей из-за маломощного котла, а само строение окажется недостаточно утепленным.

Поправочные коэффициенты для точного расчета

Для того, чтобы учесть эти особенности, вводится еще ряд поправочных коэффициентов, на которые умножают полученное значение потребности в тепловой энергии. Во внимание принимается:

• площадь и количество окон;
• соотношение площади стен и остекления;
• наличие и утепление чердака;
• качество стен, характер теплоизоляции;
• расположение радиаторов в помещении;
• тепловой напор — разница между температурой в помещении и температурой радиаторов;
• тип системы отопления — двухтрубная или однотрубная.

Если вы решите, что необходимо учесть все особенности дома, то расчетом должен заниматься только специалист. Пример поправочных коэффициентов при расчете потребности в радиаторах отопления в одном помещении в зависимости от площади остекления и пола:

• 10% — 0,8
• 20% — 0,9
• 30% — 1,0
• 40% — 1,1
• 50% — 1,2

Пример расчета в зависимости от наличия теплоизоляции, если считать нормой стену в два кирпича:

• кирпичные стены — 1,0
• недостаточная (отсутствует) — 1,27
• хорошая — 0,8

Пример расчета в зависимости от того, сколько стен в помещении выходит наружу:

• внутреннее помещение — 1,0
• одна — 1,1
• две — 1,2
• три — 1,3

На профессиональном уровне учитывается очень много параметров, поэтому произвести такой расчет самостоятельно вам не удастся. Обратитесь к специалистам компании КЗТО, мы с удовольствием выполним этот расчет для Вас и подберем оптимальное количество и модели радиаторов отопления, учитывая все ваши пожелания.

Как работают тепловые батареи?

Что такое тепловая батарея?

Тепловая масса любого вида по определению может называться тепловой батареей, так как она обладает способностью накапливать тепло. В контексте дома это означает плотные материалы, такие как кирпичи, каменная кладка и бетон. Даже кувшин с водой, сидящий в солнечном окне, является своего рода тепловой батареей, поскольку он улавливает, а затем выделяет тепло от солнца.

Бетонный пол с хорошей изоляцией также выполняет роль тепловой батареи; после того, как вы накачиваете его полностью тепло, требуется много времени для охлаждения (в зависимости от толщины), и он регулирует внутреннюю температуру в течение этого времени.

Одно из практических применений для получения максимальной отдачи от сияющего бетонного пола в качестве тепловой батареи может быть в областях с колеблющимися затратами на электроэнергию — вы можете настроить пол на таймер, чтобы он включался только в часы с низкой скоростью (с 7 вечера до 7 утра в Онтарио) например). В течение двенадцати часов, в течение которых он выключен, он действует как батарея, медленно выделяя накопленное тепло, поэтому вам не придется платить более высокие тарифы в часы пик.

Когда вы переезжаете в зону активных систем аккумулирования тепла, одним из наиболее распространенных типов тепловых батарей (а их не так много) является огромный резервуар для воды, утопленный в земле, который нагревается солнечными тепловыми панелями.

Даже система такого типа не нова, в 1939 году в кампусе Массачусетского технологического института (Массачусетский технологический институт) был построен первый в США дом с активной солнечной системой отопления, который располагался на вершине огромного резервуара для воды, который был нагрет. тепловыми солнечными батареями.

Что такое термические батареи с фазовым переходом?

Использование «фазового перехода» поднимает планку — держись, обещаю, будет весело 🙂

Требуется значительный вклад энергии, чтобы заставить материал перейти от твердого к жидкому.Эта энергия позже высвобождается, когда этот материал снова затвердевает. Пока эти преобразования происходят, и материал либо поглощает, либо выделяет энергию, температура будет оставаться постоянной. Как только изменение фазы завершится, материал снова начнет менять температуру.

Так что же это значит в реальном выражении? Это означает, что для того, чтобы растопить воду, воск, металл, камень или что-то еще, вам нужно дать ему тонну энергии. но температура не меняется, пока вы это делаете.Таким образом, ваша «батарея» имеет больше энергии, и вы можете хранить больше тепла в том же объеме пространства.

Трудно воспользоваться температурой плавления 0 ° С, но воск плавится при температуре около 37 ° С (в зависимости от его точного химического состава), что идеально подходит для сбора и хранения тепла от солнечных тепловых коллекторов.

Как построить тепловую батарею:

Если у вас была солнечная панель, собирающая тепло (которая напрямую нагревала воздух или жидкость, а не генерировала электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов), вы можете использовать ее для зарядки вашей тепловой батареи.Представьте себе это — большой резервуар с воском (или водой), который нагревается от нагреваемых катушек от солнечного коллектора. Через этот же резервуар проходит другая катушка, которая отводит тепло, чтобы прокачать его через ваш сияющий пол или любую другую систему распределения тепла, которая у вас есть.

Удельная теплоемкость:

Если вы принимаете твердый парафин (теплоемкость Cp = 2,5 кДж / кг · К и теплоту плавления 210 кДж / кг), скажем, 1 кг, при комнатной температуре вам потребуется 2,5 кДж (килоджоулей) тепла, чтобы сделать 1 кг блока идет от 20 ° C до 21 ° C.Чтобы он поднялся с 21 до 22 ° C, вам также потребуется 2,5 кДж (то есть такое же количество энергии).

Парафин плавится при температуре около 37 ° C. Если он упадет до 36 ° C, вам снова понадобится всего 2,5 кДж, чтобы вернуть его к 37 ° C, но вам потребуется 210 кДж (в 84 раза больше), чтобы перейти от 37 до 38 ° C.

Это потому, что для плавления необходимо разрушить некоторые химические связи в твердой решетке, процесс, который требует дополнительной энергии. Таким образом, в целом, если килограмм парафина лежит около 20 ° C, вам потребуется 252.5 кДж до 38 ° С.

Одним из наиболее распространенных строительных материалов с преимуществами тепловых масс является бетон. В отличие от парафина, для 1 кг бетона (Cp = 0,88 кДж / кг · К) потребуется 15,8 кДж, чтобы сделать то же самое. Для воды (Cp = 4,18 кДж / кг · К) необходимое количество энергии будет составлять 75,2 кДж.

Количество подводимой энергии — это количество энергии, запасенной в материале, так как эта энергия будет позже выделяться, когда материал охлаждается до 20 ° C или комнатной температуры. Хотя существует много материалов, которые можно использовать для хранения тепла, это лишь краткое сравнение с некоторыми из наиболее распространенных.

Итак, в заключение, парафин может сохранять в 16 раз больше тепла на кг, чем бетон, и в 3,4 раза больше воды. Таким образом, хотя вода не может быть лучшим материалом для хранения тепла, она, безусловно, является наиболее доступной и доступной по цене.

Значение Cp, указанное в приведенном выше тексте, относится к теплоемкости материалов.

q = m Cp ΔT

где:

q = энергия [Дж]

м = масса материала [кг]

Cp = теплоемкость материала [кДж / (кг · К)]

ΔT = разница температур [K или ° C]

Узнайте больше о пассивном солнечном дизайне дома здесь

Схемы тепловых батарей любезно предоставлены Альтернативной Фотоникой.

заряд в секундах, в последние месяцы

Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более продвинутыми, они все еще ограничены по мощности. Аккумулятор не продвинулся в течение десятилетий. Но мы находимся на грани силовой революции.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов.В то время как чипы и операционные системы становятся все более эффективными для экономии энергии, мы все же смотрим только на один или два дня использования на смартфоне, прежде чем перезаряжаться.

Несмотря на то, что может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем получить недельную жизнь от наших телефонов, развитие идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия аккумуляторов, которые могут быть у нас в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной зарядки. Надеюсь, вы скоро увидите эту технологию в своих гаджетах.

Исследователи из Университета Техаса разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт.Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий для других ингредиентов. «Кобальт — наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодных батареях», — сказал профессор Арумугам Мантирам, механический факультет Уокера и директор Техасского института материалов. «И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что они преодолели общие проблемы с этим решением, обеспечивая хорошее время автономной работы и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет аккумуляторы без кобольта для электромобилей

Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют противоречия в отношении аккумуляторов, особенно использования редкоземельных металлов, таких как коболт.SVOLT, базирующаяся в Чанчжоу, Китай, объявила, что она производит безоболтовые батареи, предназначенные для рынка электромобилей. Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания утверждает, что они имеют более высокую плотность энергии, что может привести к дальности до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также к увеличению срока службы аккумулятора и повышению безопасности. Где мы увидим эти батареи, мы не знаем, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

Чтобы решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод получения гибридного анода с использованием мезопористых кремниевых микрочастиц и углеродных нанотрубок. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает рабочие характеристики батареи, в то время как кремниевый материал устойчиво производится из золы шелухи ячменя.

Литий-серные батареи могут превзойти Li-Ion и снизить воздействие на окружающую среду.

Исследователи Университета Монаш разработали литий-серные аккумуляторы, которые могут питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные. Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. Группа имеет финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что продолжатся исследования в области автомобилей и энергосистемы.

Говорят, что новая технология аккумуляторов оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, а также обеспечивает возможность питания транспортного средства на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.

Батарея IBM получена из морской воды и превосходит литий-ионный

IBM Research сообщает, что обнаружила новый химический состав аккумуляторов, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные. IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда ранее не использовался в сочетании в батарее и что материалы могут быть извлечены из морской воды.

Производительность батареи многообещающая, поскольку IBM Research заявляет, что она может превзойти литий-ионную батарею в ряде различных областей — она ​​дешевле в изготовлении, она может заряжаться быстрее, чем литий-ионная, и может работать как при более высокой мощности и плотности энергии.Все это доступно в батарее с низкой воспламеняемостью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают его новую аккумуляторную технологию пригодной для электромобилей, и она вместе с Mercedes-Benz разрабатывает эту технологию в качестве жизнеспособной коммерческой батареи.

Система управления батареями Panasonic

Несмотря на то, что литий-ионные батареи используются повсеместно и их использование растет, управление этими батареями, в том числе определение того, когда их батареи достигли конца срока службы, затруднено.Panasonic, работающий с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработал новую технологию управления батареями, которая значительно упростит мониторинг батарей и определение в них остаточного содержания литий-ионных батарей.

Panasonic говорит, что ее новая технология может быть легко применена с заменой системы управления батареями, которая упростит мониторинг и оценку батарей с несколькими сложенными ячейками, что можно встретить в электромобиле. Panasonic сказал, что эта система поможет продвинуться к устойчивому развитию, способствуя более эффективному управлению повторным использованием и утилизацией литий-ионных аккумуляторов.

Асимметричная температурная модуляция

Исследования показали, что метод зарядки позволяет нам приблизиться к экстремально быстрой зарядке — XFC — чтобы достичь расстояния в 200 миль от электромобиля примерно за 10 минут при зарядке 400 кВт. Одной из проблем при зарядке является литирование в батареях, поэтому асимметричный метод температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить покрытие, но ограничивает это 10-минутными циклами, избегая роста между твердыми электролитами и интерфазами, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает степень деградации батареи, позволяя заряжать XFC.

Песочная батарея обеспечивает в три раза больший срок службы батареи

Этот альтернативный тип литий-ионной батареи использует кремний для достижения в три раза лучшей производительности, чем современные графитовые литий-ионные батареи. Аккумулятор по-прежнему литий-ионный, как и в вашем смартфоне, но он использует кремний вместо графита в анодах.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде некоторое время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разлагается и его сложно производить в больших количествах.Используя песок, он может быть очищен, измельчен в порошок, затем измельчен с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приводит к чистому кремнию. Это пористый и трехмерный материал, который помогает в производительности и, возможно, сроке службы батарей. Изначально мы взялись за это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano — это стартап, специализирующийся на аккумуляторных технологиях, который выводит эту технику на рынок, и на которую были вложены крупные инвестиции таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение может быть внедрено в существующее производство литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно предназначено для масштабируемого развертывания, обещая повышение производительности аккумуляторов на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Захват энергии от Wi-Fi

Несмотря на то, что беспроводная индуктивная зарядка является обычной практикой, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Команда исследователей, однако, разработала ректенну (антенну для сбора радиоволн), которая, по мнению всего лишь нескольких атомов, делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы можно было получать энергию переменного тока от Wi-Fi в воздухе и преобразовывать ее в постоянный ток, чтобы либо перезарядить батарею, либо напрямую питать устройство.Это может привести к появлению медицинских таблеток без необходимости использования внутренней батареи (безопаснее для пациента) или мобильных устройств, которые не требуют подключения к источнику питания для зарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для своего следующего устройства, если исследование TENG будет осуществлено. ТЭНГ — или трибоэлектрический наногенератор — это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, образующийся при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эта технология может быть использована для питания таких устройств, как носимые устройства. Хотя мы пока еще не увидели его в действии, исследования должны предоставить дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые батареи нанопроволоки

В Калифорнийском университете в Ирвине великие умы взломали батареи нанопроволоки, которые могут выдержать большое количество перезарядок.Результатом могут стать будущие батареи, которые не умирают.

Нанопроволоки, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывают большие возможности для будущих батарей. Но они всегда ломались при перезарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы избежать этого. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали никакого ухудшения качества.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, говорится об испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходную батарею.

В результате получается батарея, которая может работать на уровнях суперконденсаторов для полной зарядки или разрядки всего за семь минут, что делает ее идеальной для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем современные батареи. Твердотельное устройство также должно работать при температуре до минус 30 градусов по Цельсию и до ста.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в автомобилях в ближайшее время, но это шаг в правильном направлении в направлении более безопасных и более быстрых аккумуляторов.

графеновые батареи Grabat

графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых превосходных из доступных. Grabat разработал графеновые аккумуляторы, которые могут предложить электромобилям пробег до 500 миль на зарядке.

Graphenano, компания, занимающаяся разработкой, говорит, что батареи могут быть полностью заряжены всего за несколько минут и могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем ион лития.Разряд также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии, чтобы быстро оторваться.

Нет сведений о том, используются ли батареи Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, беспилотных летательных аппаратов, велосипедов и даже дома.

Лазерные микро-суперконденсаторы

Ученые из Университета Райса сделали прорыв в области супер-суперконденсаторов. В настоящее время они дорогостоящие, но с использованием лазеров, которые могут скоро измениться.

При использовании лазеров для прожигания рисунков электродов в листах пластика затраты на производство и объем работ значительно снижаются. В результате батарея может заряжаться в 50 раз быстрее, чем современные батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже жесткие, способны работать после того, как согнулись более 10000 раз в тестировании.

Пенные батареи

Прието считает, что будущее за батареями — это 3D. Компании удалось взломать это с ее батареей, которая использует подложку из медной пены.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными, благодаря отсутствию легковоспламеняющихся электролитов, но они также будут предлагать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, дешевле в изготовлении и будут меньше, чем в настоящее время.

Prieto стремится сначала размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых. Но в нем говорится, что батареи можно увеличить, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Складная батарея, как бумага, но прочная

The Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан для создания гибких гаджетов. Бумажная батарея может складываться и быть водонепроницаемой, что означает, что она может быть встроена в одежду и предметы одежды.

Батарея уже была создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе сложена более 200 000 раз без потери производительности.

uBeam по воздуху заряжается

uBeam использует ультразвук для передачи электроэнергии. Сила превращается в звуковые волны, не слышимые для людей и животных, которые передаются и затем преобразуются в энергию при достижении устройства.

Концепция uBeam была найдена 25-летним выпускником астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики могут быть прикреплены к стенам или изготовлены в декоративном стиле для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы получить заряд.

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, родившийся в отделе нанотехнологий в Тель-Авивском университете, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из естественных органических соединений, известных как пептиды — короткие цепочки аминокислот — которые являются строительными блоками белков.

Результатом является зарядное устройство, которое может заряжать смартфоны за 60 секунд. Батарея содержит «невоспламеняющиеся органические соединения, заключенные в многослойную защитную конструкцию, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому при ее взрыве не должно быть проблем.

Компания также сообщила о планах по производству аккумулятора для электромобилей, который заряжается за пять минут и предлагает пробег в 300 миль.

Нет сведений о том, когда батареи StoreDot будут доступны в глобальном масштабе — мы ожидали, что они появятся в 2017 году, — но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволит пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Несмотря на то, что в течение некоторого времени он вряд ли будет коммерчески доступен, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с отсутствием достаточного заряда аккумулятора.Телефон будет работать как под прямыми солнечными лучами, так и со стандартными лампами, точно так же, как обычные солнечные панели.

Алюминиево-воздушный аккумулятор обеспечивает 1100 миль за зарядку.

Автомобиль смог проехать 1100 миль за один заряд аккумулятора. Секрет этого супердиапазона — это технология аккумуляторов, называемая алюминий-воздух, которая использует кислород из воздуха для заполнения катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные аккумуляторы, чтобы дать автомобилю гораздо больший радиус действия.

Аккумуляторы для мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской роботизированной лаборатории, которая обнаружила аккумуляторы, которые могут питаться от мочи. Он достаточно эффективен для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы забирают мочу, расщепляют ее и вырабатывают электричество.

Звуковое питание

Исследователи из Великобритании создали телефон, способный заряжаться с использованием окружающего звука в атмосфере вокруг него.

Смартфон был построен с использованием принципа, называемого пьезоэлектрическим эффектом. Были созданы наногенераторы, которые собирают окружающий шум и преобразуют его в электрический ток.

Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут на самом деле питать свой телефон во время разговора.

Зарядка в два раза быстрее, двухуглеродная батарея Ryden

Power Japan Plus уже анонсировала эту новую технологию батарей под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литий, но и может быть изготовлен на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и экологичны, чем существующие альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем ион лития. Они также будут более долговечными, способными выдерживать до 3000 циклов зарядки, плюс они безопаснее с меньшей вероятностью пожара или взрыва.

Натриево-ионные аккумуляторы

Ученые в Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которым не требуется литий, как аккумулятор вашего смартфона.Эти новые батареи будут использовать натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натриево-ионных батарей ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой самый распространенный элемент на планете, батареи можно сделать намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие пять-десять лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

В настоящее время доступно портативное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp. Он использует водород для питания вашего телефона, сохраняя вас от пеленки и оставаясь экологически чистым.

Одна водородная ячейка обеспечивает пять полных зарядок мобильного телефона (емкость 25 Вт / ч на ячейку). И единственный произведенный побочный продукт — водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.

Аккумуляторы со встроенным огнетушителем

Часто литий-ионные аккумуляторы перегреваются, загораются и, возможно, даже взрываются.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 является ярким примером. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные аккумуляторы со встроенными огнетушителями.

Батарея имеет компонент, называемый трифенилфосфат, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавляемый к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется трифенилфосфатный химикат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание батарей за 0,4 секунды.

Аккумуляторы, которые безопасны от взрыва

Литий-ионные аккумуляторы имеют довольно летучий слой пористого материала с жидким электролитом, расположенный между слоями анода и катода. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в штате Массачусетс, разработал батарею, которая обладает удвоенной емкостью по сравнению с литий-ионными, но без присущих ей опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще двух кредитных карт и заменяет электролитную жидкость пластиковой пленкой с аналогичными свойствами.Он может противостоять прокалыванию, измельчению и может подвергаться воздействию тепла, поскольку он не воспламеняется. Еще многое предстоит сделать, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что есть более безопасные варианты.

Аккумуляторы Liquid Flow

Гарвардские ученые разработали аккумулятор, который накапливает энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с существующими литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т. П., Поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, созданной с помощью решений в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально большими результатами, требуя удвоенного напряжения обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнечная энергия, для быстрого поступления в сеть по требованию.

IBM и ETH Zurich разработали гораздо меньшую батарею с жидкостным потоком, которая потенциально может использоваться в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что она может не только подавать питание на компоненты, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный см, при этом 1 Вт мощности зарезервирована для питания батареи.

Zap & Go Углеродно-ионная батарея

Оксфордская компания ZapGo разработала и выпустила первую углеродно-ионную батарею, которая готова к использованию в настоящее время.Углеродно-ионная батарея сочетает в себе возможности сверхбыстрой зарядки суперконденсатора с характеристиками литий-ионной батареи, и при этом она полностью утилизируется.

Компания имеет зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью зарядит смартфон за два часа.

воздушно-цинковые батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей гораздо дешевле, чем современные методы.Цинк-воздушные батареи можно считать превосходящими литий-ионные, потому что они не загораются. Единственная проблема — они полагаются на дорогие компоненты для работы.

Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без дорогих компонентов, а с более дешевыми альтернативами. Более безопасные и дешевые батареи могут быть в пути!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования вашей одежды в качестве источника энергии.Аккумулятор называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), которые преобразуют движение в накопленную энергию. Затем накопленное электричество можно использовать для питания мобильных телефонов или таких устройств, как фитнес-трекеры Fitbit.

Технология может быть применена не только к одежде, но и к дорожному покрытию, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания фонарей или в шине автомобиля, чтобы может привести машину в действие.

Эластичные аккумуляторы

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимую биотопливную ячейку, которая может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что вырабатываемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, что означает, что однажды они смогут питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung

Samsung удалось разработать «шарики графена», способные повысить емкость существующих литий-ионных аккумуляторов на 45 процентов и перезарядить в пять раз быстрее, чем нынешние батареи. Чтобы показать это, Samsung заявляет, что ее новая батарея на основе графена может быть полностью заряжена за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что она использует не только смартфоны, заявив, что ее можно использовать для электромобилей, поскольку она может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.

Более безопасная и быстрая зарядка современных литий-ионных аккумуляторов

Ученые из WMG Университета Уорика разработали новую технологию, позволяющую заряжать современные литий-ионные аккумуляторы в пять раз быстрее, чем рекомендуемые в настоящее время пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи гораздо точнее, чем современные методы.

Ученые выяснили, что современные аккумуляторы действительно можно вытолкнуть за их рекомендуемые пределы, не влияя на производительность или перегрев. Может быть, нам не нужны какие-либо другие упомянутые новые батареи!

— Поддержка Apple

При низком заряде батареи, более высоком химическом возрасте или более низких температурах пользователи чаще сталкиваются с неожиданными отключениями. В исключительных случаях отключения могут происходить чаще, что делает устройство ненадежным или непригодным для использования. Для iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone SE (1-го поколения), iPhone 7 и iPhone 7 Plus iOS динамически управляет пиками производительности, чтобы предотвратить неожиданное отключение устройства, чтобы iPhone все еще мог используемый.Эта функция управления производительностью относится к iPhone и не применяется к любым другим продуктам Apple. Начиная с iOS 12.1, iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X включают эту функцию; iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR включают эту функцию, начиная с iOS 13.1. Эффекты управления производительностью на этих более новых моделях могут быть менее заметными из-за их более совершенного аппаратного и программного дизайна.

Это управление производительностью работает с учетом комбинации температуры устройства, уровня заряда батареи и полного сопротивления батареи.Только если эти переменные требуют этого, iOS будет динамически управлять максимальной производительностью некоторых системных компонентов, таких как процессор и графический процессор, чтобы предотвратить неожиданные отключения. В результате рабочие нагрузки устройства будут самобалансированными, что позволит более плавно распределять системные задачи, а не быстрее и быстрее увеличивать производительность. В некоторых случаях пользователь может не заметить каких-либо различий в ежедневной производительности устройства. Уровень предполагаемых изменений зависит от того, сколько управления производительностью требуется для конкретного устройства.

В случаях, когда требуются более экстремальные формы управления производительностью, пользователь может заметить такие эффекты, как:

• Более длительное время запуска приложения
• Низкая частота кадров при прокрутке
• Затемнение подсветки (которое можно переопределить в Центре управления)
• Уменьшить громкость динамика до -3 дБ
• Постепенное снижение частоты кадров в некоторых приложениях
• В самых экстремальных случаях вспышка камеры отключается, как видно на интерфейсе камеры
• Обновление приложений в фоновом режиме может потребовать перезагрузки при запуске

Эта функция управления эффективностью не влияет на многие ключевые области.Некоторые из них включают в себя:

• Качество сотовой связи и пропускная способность сети
• Захваченное фото и видео качества
• GPS производительность
• Точность определения местоположения
• Датчики, такие как гироскоп, акселерометр, барометр
• Apple Pay

При низком заряде батареи и более низких температурах изменения в управлении производительностью являются временными. Если химический срок службы батареи устройства достаточно велик, изменения в управлении производительностью могут быть более продолжительными.Это связано с тем, что все аккумуляторные батареи являются расходными материалами и имеют ограниченный срок службы, и в конечном итоге их необходимо заменить. Если это влияет на вас и вы хотите улучшить производительность вашего устройства, замена батареи вашего устройства может помочь.

Терморегулятор батареи

Температурные эффекты

Температурные рабочие пределы

Все батареи зависят от их воздействия на электрохимический процесс, будь то зарядка или разрядка, и мы знаем, что эти химические реакции каким-то образом зависят от температуры.Номинальная производительность батареи обычно указывается для рабочих температур где-то в диапазоне от + 20 ° C до + 30 ° C, однако фактическая производительность батареи может существенно отличаться от этого, если батарея работает при более высоких или более низких температурах. См. Температурные характеристики для типичных графиков производительности.

Закон Аррениуса говорит нам, что скорость, с которой протекает химическая реакция, увеличивается экспоненциально с ростом температуры (см. Срок службы батареи).Это позволяет извлекать больше мгновенной энергии из батареи при более высоких температурах. В то же время более высокие температуры улучшают подвижность электронов или ионов, уменьшая внутренний импеданс ячейки и увеличивая ее емкость.

На верхнем конце шкалы высокие температуры могут также инициировать нежелательные или необратимые химические реакции и / или потерю электролита, которые могут привести к необратимому повреждению или полному отказу батареи. Это, в свою очередь, устанавливает верхний предел рабочей температуры для батареи.

На нижнем конце шкалы электролит может замерзнуть, установив предел производительности при низких температурах. Но значительно выше точки замерзания электролита, производительность батареи начинает ухудшаться по мере снижения скорости химической реакции. Даже если батарея может работать при температуре до -20 ° C или -30 ° C, производительность при температуре 0 ° C и ниже может серьезно ухудшиться.

Обратите внимание также, что нижний предел рабочей температуры батареи может зависеть от ее состояния зарядки.Например, в свинцово-кислотной батарее, когда батарея разряжается, электролит серной кислоты становится все более разбавленным водой, и соответственно увеличивается его температура замерзания.

Таким образом, аккумулятор должен находиться в ограниченном диапазоне рабочих температур, чтобы можно было оптимизировать как зарядную емкость, так и срок службы. Поэтому для практической системы может потребоваться как нагрев, так и охлаждение, чтобы поддерживать ее не только в пределах установленных рабочих пределов производителя батареи, но и в более ограниченном диапазоне для достижения оптимальной производительности.

Управление температурным режимом — это не только соблюдение этих ограничений. Аккумулятор подвергается нескольким одновременным внутренним и внешним тепловым воздействиям, которые должны контролироваться.

Источники тепла и мойки

Электрическое отопление (Джоулевское отопление)

При работе любой батареи выделяется тепло из-за потерь I ² R при прохождении тока через внутреннее сопротивление батареи независимо от того, заряжается она или разряжается.Это также называется джоулевым нагревом. В случае разряда общая энергия внутри системы является фиксированной, и повышение температуры будет ограничено доступной энергией. Однако это может вызывать очень высокие локальные температуры даже в аккумуляторах малой мощности. Такой автоматический предел не применяется во время зарядки, поскольку ничто не мешает пользователю продолжать накачивать электрическую энергию в аккумулятор после того, как он полностью зарядится. Это может быть очень рискованной ситуацией.

Разработчики аккумуляторов стремятся поддерживать как можно более низкое внутреннее сопротивление элементов, чтобы свести к минимуму потери тепла или выделение тепла внутри аккумулятора, но даже при сопротивлении элементов, составляющем всего 1 миллиОм, нагрев может быть значительным.См. Эффекты внутреннего импеданса для примеров.

Термохимический нагрев и охлаждение

В дополнение к джоулевому нагреву химические реакции, которые происходят в клетках, могут быть экзотермическими, увеличивая выработанное тепло, или они могут быть эндотермическими, поглощая тепло в процессе химического воздействия. Поэтому перегрев, скорее всего, будет проблемой для экзотермических реакций, в которых химическая реакция усиливает тепло, генерируемое потоком тока, а не для эндотермических реакций, где химическое действие противодействует этому.Во вторичных батареях, поскольку химические реакции являются обратимыми, химические реакции, которые являются экзотермическими во время зарядки, будут эндотермическими во время разряда и наоборот. Так что не избежать проблемы. В большинстве случаев нагрев Джоуля будет превышать эффект эндотермического охлаждения, поэтому необходимо принимать меры предосторожности.

Свинцово-кислотные батареи являются экзотермическими во время зарядки, а батареи VRLA подвержены тепловому разряду (см. Ниже). Ячейки NiMH также являются экзотермическими во время зарядки, и когда они приближаются к полной зарядке, температура элемента может резко возрасти.Следовательно, зарядные устройства для никель-металлогидридных элементов должны быть спроектированы так, чтобы воспринимать это повышение температуры и отключать зарядное устройство для предотвращения повреждения элементов. Аккумуляторы на основе никеля с щелочными электролитами (NiCads) и литиевые батареи, напротив, являются эндотермическими во время зарядки. Тем не менее, тепловой заряд все еще возможен во время зарядки с этими батареями, если они подвергаются чрезмерной зарядке.

Термохимия литиевых элементов немного сложнее, в зависимости от состояния внедрения ионов лития в кристаллическую решетку.Во время зарядки реакция первоначально является эндотермической, а затем переходит в слегка экзотермическую в течение большей части цикла зарядки. Во время разряда реакция обратная, сначала экзотермическая, затем переходящая в слегка эндотермическую для большей части цикла разряда. Как и в случае других химикатов, эффект джоулева нагрева больше, чем термохимический эффект, пока ячейки остаются в своих расчетных пределах.

Внешние тепловые эффекты

Тепловое состояние батареи также зависит от окружающей среды.Если его температура выше температуры окружающей среды, он будет терять тепло за счет проводимости, конвекции и излучения. Если температура окружающей среды выше, батарея будет нагреваться от окружающей среды. Когда температура окружающей среды очень высокая, система управления температурой должна работать очень усердно, чтобы держать температуру под контролем. Один элемент может работать очень хорошо при комнатной температуре сам по себе, но если он является частью аккумуляторной батареи, окруженной подобными элементами, все вырабатывающими тепло, даже если он несет ту же нагрузку, он вполне может превысить свои температурные пределы.

Температура — Ускоритель

Конечным результатом термоэлектрических и термохимических эффектов, которые могут быть усилены условиями окружающей среды, обычно является повышение температуры, и, как мы отмечали выше, это приведет к экспоненциальному увеличению скорости, с которой протекает химическая реакция. Мы также знаем, что если повышение температуры будет чрезмерным, может произойти много неприятностей.

• Активные химические вещества расширяются, вызывая набухание клетки
• Механическое искажение компонентов ячейки может привести к короткому замыканию или обрыву цепи.
• Могут произойти необратимые химические реакции, которые вызывают постоянное снижение активных химических веществ и, следовательно, емкость элемента
• Длительная работа при высокой температуре может привести к растрескиванию пластиковых деталей ячейки
• Повышение температуры вызывает ускорение химической реакции, увеличивая температуру еще больше и может привести к тепловому убеганию
• Газы могут быть выделены
• Давление растет внутри ячейки
• Ячейка может в конечном итоге разорваться или взорваться
• Токсичные или легковоспламеняющиеся химические вещества могут выделяться
• судебных исков последует за

Тепловая мощность — Конфликт

По иронии судьбы, поскольку инженеры по производству аккумуляторов стремятся втиснуть все больше и больше энергии во все меньшие объемы, инженеру прикладных программ становится все труднее получить его снова.Огромная сила батарей новой технологии, к сожалению, также является источником их наибольшей слабости.

Теплоемкость объекта определяет его способность поглощать тепло. Проще говоря, для данного количества тепла, чем больше и тяжелее объект, тем меньше будет повышение температуры, вызванное теплом.

В течение многих лет свинцово-кислотные батареи были одним из немногих источников питания, доступных для мощных применений.Из-за их большого объема и веса повышение температуры во время работы не было основной проблемой. Но в поисках меньших, более легких батарей с более высокой мощностью и плотностью энергии неизбежным последствием является то, что тепловая емкость батареи будет уменьшена. Это, в свою очередь, означает, что для данной выходной мощности повышение температуры будет выше.

(Это предполагает аналогичный внутренний импеданс и аналогичные термохимические свойства, которые не обязательно могут иметь место.) Результатом является то, что рассеяние тепла является основной инженерной проблемой для батарей с высокой удельной энергией, используемых в приложениях большой мощности. Клеточные дизайнеры разработали инновационные технологии конструирования клеток, чтобы получить тепло от клетки. Разработчики аккумуляторных батарей должны найти такие же инновационные решения, чтобы получить тепло от батареи.

EV и HEV Аккумулятор Тепловые Соображения

Подобные конфликты возникают с батареями EV и HEV.Аккумулятор EV большой по размеру с хорошими возможностями рассеивания тепла за счет конвекции и проводимости и подвержен низкому повышению температуры из-за своей высокой теплоемкости. С другой стороны, батарея HEV с меньшим количеством ячеек, но каждый с большим током, должен выдерживать ту же мощность, что и батарея EV, менее чем в одной десятой от размера. С более низкой теплоемкостью и более низкими теплоотдающими свойствами это означает, что батарея HEV будет подвергаться гораздо более высокому повышению температуры.

Принимая во внимание необходимость поддержания работы ячеек в допустимом температурном диапазоне (см. «Жизненный цикл» в разделе «Отказы литиевых батарей»), у аккумуляторной батареи с большей вероятностью возникнут проблемы, чтобы она оставалась теплой в нижней части температурного диапазона, пока Батарея HEV с большей вероятностью будет иметь проблемы с перегревом в условиях высокой температуры, даже если они оба рассеивают одинаковое количество тепла.

В случае электромобиля, при очень низких температурах окружающей среды, самонагрев (I ² R нагрев) потоком тока во время работы, скорее всего, будет недостаточным для поднятия температуры до желаемых рабочих уровней из-за объема батареи и внешние нагреватели могут потребоваться для повышения температуры. Это может быть обеспечено путем отведения части емкости аккумулятора для целей отопления. С другой стороны, то же самое тепловыделение I ² R в аккумуляторе HEV, работающем в высокотемпературных средах, может привести к тепловому разгону, и необходимо обеспечить принудительное охлаждение.

См. Также спецификации EV, HEV и PHEV в разделе «Тяговая батарея»

Тепловой побег

Рабочая температура, которая достигается в батарее, является результатом температуры окружающей среды, увеличенной за счет тепла, выделяемого батареей. Если аккумулятор подвергается воздействию чрезмерных токов, возникает вероятность теплового разгона, что приводит к катастрофическому разрушению аккумулятора.Это происходит, когда скорость тепловыделения внутри батареи превышает ее способность рассеивать тепло. Есть несколько условий, которые могут привести к этому:

• Первоначально тепловые потери I ² R тока зарядки, протекающего через элемент, нагревают электролит, но сопротивление электролита уменьшается с температурой, так что это, в свою очередь, приведет к более высокому току, приводящему к еще более высокой температуре, усиливающей реакция до сбегающего состояния.
• Во время зарядки ток зарядки вызывает экзотермическую химическую реакцию химических веществ в элементе, которая усиливает тепло, генерируемое зарядным током.
• Или во время разряда тепло, производимое экзотермическим химическим воздействием, генерирующим ток, усиливает резистивный нагрев из-за тока, протекающего внутри ячейки.
• Температура окружающей среды чрезмерная.
• Неадекватное охлаждение

Если не будут приняты какие-либо защитные меры, последствия теплового разгона могут привести к расплавлению ячейки или повышению давления в результате взрыва или пожара в зависимости от химического состава и конструкции ячейки. Подробнее смотрите в разделе «Отказы литиевых батарей».

Система терморегулирования должна держать все эти факторы под контролем.

Примечание

Тепловой выход из строя может произойти во время зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов с регулирующим клапаном, когда газообразование блокируется, а рекомбинация способствует повышению температуры. Это не относится к залитым свинцово-кислотным батареям, поскольку электролит испаряется.

Контроль температуры

Отопление

Условия эксплуатации при низких температурах относительно легко справляются.В простейшем случае в батарее обычно достаточно энергии для питания самонагревающихся элементов, которые постепенно приводят батарею к более эффективной рабочей температуре, когда нагреватели можно отключить. В некоторых случаях достаточно держать аккумулятор на зарядке, когда он не используется. В более сложных случаях, например, при использовании высокотемпературных аккумуляторов, таких как аккумуляторы Zebra, работающие при температурах, значительно превышающих нормальные температуры окружающей среды, может потребоваться некоторое внешнее нагревание для доведения аккумулятора до его рабочей температуры при запуске и может потребоваться специальная теплоизоляция температура как можно дольше после его выключения.

Охлаждение

Для аккумуляторов с низким энергопотреблением нормальных цепей защиты достаточно, чтобы поддерживать аккумулятор в пределах рекомендуемых рабочих температур. Однако цепи высокой мощности требуют особого внимания к управлению температурой.

Цели проекта

• Защита от перегрева —
  В большинстве случаев это просто включает в себя мониторинг температуры и прерывание пути тока, если температура при достижении температурных пределов достигается с использованием обычных защитных цепей.Хотя это предотвратит повреждение батареи от перегрева, она может отключить батарею до того, как будет достигнут ее текущий предел переноса, серьезно ограничивающий ее производительность.
• Рассеяние избыточного тепла —
  Отвод тепла от батареи позволяет проводить более высокие токи до достижения температурных пределов. Тепло вытекает из батареи за счет конвекции, проводимости и излучения, и задача дизайнера упаковки состоит в том, чтобы максимизировать эти естественные потоки, поддерживая низкую температуру окружающей среды, обеспечивая твердый, хороший теплоотводящий путь от батареи (используя металлические охлаждающие стержни или пластины между ячеек при необходимости), увеличивая площадь поверхности, обеспечивая хороший естественный воздушный поток через или вокруг пакета и устанавливая его на проводящую поверхность.
• Равномерное распределение тепла —

Несмотря на то, что тепловая конструкция батареи может быть более чем достаточной для рассеивания общего тепла, выделяемого батареей, в батарейном блоке все же могут быть локальные горячие точки, которые могут превышать указанные температурные пределы. Это может быть проблемой с ячейками в середине многоэлементной упаковки, которые будут окружены теплыми или горячими ячейками по сравнению с внешними ячейками в упаковке, которые обращены к более прохладной среде.

Градиент температуры на батарейном блоке может серьезно повлиять на срок службы батареи. Закон Аррениуса указывает, что на каждые 10 ° C повышение температуры скорость химической реакции примерно удваивается. Это создает неуравновешенную нагрузку на элементы в батарее, а также усугубляет любое старение элементов. Смотрите также Взаимодействия между клетками и балансировки клеток.

Разделение ячеек, чтобы избежать этой проблемы, увеличивает объем упаковки.Тепловидение может потребоваться для выявления потенциальных проблемных зон.

Пассивное рассеяние может быть еще более улучшено путем установки элементов в блок из теплопроводящего материала, который действует как теплоотвод. Теплопередача от ячеек может быть максимизирована, если для этой цели используется материал с фазовым переходом (PCM), поскольку он также поглощает скрытую теплоту фазового перехода при переходе от твердого к жидкому состоянию. Оказавшись в жидком состоянии, конвекция также вступает в игру, увеличивая вероятность теплового потока и выравнивания температуры в аккумуляторном блоке.Для этого применения доступны графитовые губчатые материалы с высокой проводимостью, насыщенные воском, который поглощает дополнительное тепло при достижении температуры плавления.

Минимальное прибавление в весе
• —
  Для приложений с очень высокой мощностью, таких как тяговые батареи, используемые в электромобилях и электромобилях, естественного охлаждения может быть недостаточно для поддержания безопасной рабочей температуры, и может потребоваться принудительное охлаждение. Это должно быть последним средством, поскольку это усложняет конструкцию батареи, увеличивает ее вес и потребляет энергию.Однако если принудительное охлаждение неизбежно, первым выбором обычно будет принудительное воздушное охлаждение с использованием вентилятора или вентиляторов. Это относительно просто и недорого, но теплоемкость теплоносителя, воздуха, который предназначен для отвода тепла, является относительно низкой, что ограничивает его эффективность. В худшем случае может потребоваться жидкостное охлаждение.
  Для очень высоких скоростей охлаждения требуются рабочие жидкости с более высокой теплоемкостью. Вода обычно является первым выбором, потому что она недорогая, но могут быть использованы другие жидкости, такие как этиленгликоль (антифриз), которые имеют лучшую теплоемкость.Вес охлаждающей жидкости, насосов для ее циркуляции, охлаждающих рубашек вокруг ячеек, трубопроводов и коллекторов для переноса и распределения охлаждающей жидкости и радиатора или теплообменника для его охлаждения значительно увеличивают общий вес, сложность и стоимость. батареи. Эти штрафы могут значительно перевесить ожидаемые выгоды от использования химических батарей с высокой плотностью энергии.

Восстановление тепла

В некоторых приложениях, таких как электромобили, как отмечалось выше, есть возможность использовать отработанное тепло для обогрева салона, и большинство автомобильных систем включают некоторую форму интеграции управления температурой аккумулятора с климат-контролем автомобиля.Это, однако, полезно только в холодную погоду. В жарком климате высокая температура окружающей среды создает дополнительную нагрузку для управления температурой батареи.