Виды отопительных батарей: 13 видов радиаторов отопления: плюсы, минусы, характеристики

Содержание

13 видов радиаторов отопления: плюсы, минусы, характеристики

Качество и эффективность работы системы отопления влияет на создание комфортной среды в жилом помещении. Один из основных элементов отопительной системы – радиатор, который передает тепло от нагретого теплоносителя с помощью излучения, конвекции и теплопроводности.

Подразделяются на отдельные группы в зависимости от материала изготовления, конструкции, формы, применения.

Одной из важных деталей, на что нужно обращать внимание при выборе — материал изготовления. Современный рынок предлагает несколько вариантов: алюминиевые, чугунные, стальные, биметаллические отопительные приборы.

Содержание:

  • Алюминиевые радиаторы
  • Стальные радиаторы
  • Чугунные радиаторы
  • Биметаллические радиаторы
  • Секционные радиаторы
  • Панельные радиаторы
  • Трубчатые радиаторы
  • Вертикальные радиаторы
  • Плоские радиаторы
  • Напольные радиаторы
  • Радиаторы для ванной
  • Радиатор для квартиры
  • Радиатор для частного дома

Алюминиевые радиаторы

Теплообменники из алюминия комплексно обогревают помещение путем теплового излучения и конвекции, происходящей посредством движения нагретого воздуха от нижних секций отопителя к верхним.

Главные характеристики:

  • Рабочее давление от 5 до 16 атмосфер;
  • Тепловая мощность одной секции – 81–212 Вт;
  • Максимальная температура нагрева воды – 110 градусов;
  • pH воды составляет 7–8;
  • Срок службы составляет 10–15 лет.

Существует два метода изготовления:

  1. Литьевой.

При повышенном давлении изготавливаются отдельные секции из алюминия с добавлением кремния (не более 12%), которые скрепляются в один отопительный прибор. Количество секций варьируется, к одной секции возможно присоединить дополнительные.

  1. Метод экструзии.

Этот способ дешевле литьевого и подразумевает изготовление на экструдере вертикальных частей батареи, а коллектора – из силумина (сплава алюминия с кремнием). Детали соединяются, добавление или сокращение секций невозможно.

Преимущества:

  1. Высокие показатели теплопроводности
  2. Легкий вес, удобство монтажа
  3. Повышенный уровень теплоотдачи, которому способствуют конструктивные особенности теплообменника.
  4. Современный дизайн, позволяющий вписываться в любой интерьер.
  5. Благодаря уменьшенному объему теплоносителя в секциях, алюминиевые агрегаты быстро нагреваются.
  6. Конструкция батареи позволяет встраивать терморегуляторы, термоклапаны, которые способствуют экономному расходу тепла, регулируя нагрев теплоносителя до необходимой температуры.
  7. Легки в монтаже, установка возможна без привлечения профессионалов.
  8. Внешнее покрытие батареи препятствует образованию отслоений краски.
  9. Низкая стоимость.

Недостатки:

  1. Чувствительны к ударам и прочим физическим воздействиям, а также скачкам давления. Эти батареи противопоказаны к установке на промышленных предприятиях по причине высокого давления в отопительной системе.
  2. Необходимость постоянно поддерживать уровень pH воды в пределах допустимого значения.
  3. Загрязненный теплоноситель – вода с твердыми частицами, химическими примесями — повреждает внутренний защитный слой стенок, вызывая их разрушение, образование коррозии и засоров, что снижает срок эксплуатации. Необходима установка и чистка фильтров.
  4. Алюминий в реакции с кислородом в воде окисляется, в результате чего освобождается водород. Это приводит к газообразованию в отопительной системе. Чтобы не произошло разрыва, требуется установка устройства для спуска воздуха, которое нуждается в постоянном обслуживании.
  5.  Стыки между секциями подвержены образованию протечек.
  6. Алюминиевые радиаторы несовместимы с медными трубами, которые часто используются в современных системах отопления. При их взаимодействии происходят процессы окисления.
  7. Слабая конвекция.

Стальные радиаторы

Характеристики:

  • Теплоотдача – 1200–1800 Вт;
  • Показатель рабочего давления – от 6 до 15 атмосфер;
  • Температура горячей воды составляет 110–120 С.
  • Толщина стали – от 1,15 до 1,25 мм.

Преимущества:

  1. Малая инерционность. Стальной теплообменник очень быстро нагревается и начинает отдавать тепло помещению
  2. Повышенная теплоотдача путем теплового излучения и конвекции
  3. Долгий срок службы благодаря несложной конструкции
  4. Удобство монтажа
  5. Легкий вес
  6. Низкая стоимость
  7. Привлекательный внешний вид, оригинальный дизайн. Стальные изготавливаются в различных формах, позволяющих размещать их вертикально, горизонтально и под углом
  8. Совместимость с различными материалами, используемыми в качестве креплений
  9. Высокий уровень энергосбережения
  10. Установка регуляторов температуры
  11. Несложная конструкция обеспечивает легкий уход

Недостатки:

  1. Низкая устойчивость к коррозии. Агрегаты из самой толстой стали выдерживают срок эксплуатации не более десяти лет.
  2. Нельзя длительное время оставлять без воды внутри, что не подходит для централизованного отопления.
  3. Неспособность выдерживать сильные гидроудары и скачки давления, особенно в местах сварных швов.
  4. Если внешнее покрытие было изначально нанесено с изъянами, со временем оно начнет отслаиваться.

Модели стальных радиаторов различаются по типу подключения — оно может быть боковым или нижним. Универсальным считается нижнее подключение, оно неброское в интерьере, но дороже по стоимости.

В зависимости от количества панелей и конвекторов, или внутренних секций, существует несколько типов .

Тип 10 имеет одну панель без конвектора, 11 – одну панель и один конвектор, 21 – две греющих панели и одну внутреннюю секцию, и так далее по аналогии разделяются типы 22, 33 и прочие. Трехпанельные теплообменники имеют достаточно тяжелый вес, медленнее нагреваются и требуют более сложного ухода.

Чугунные радиаторы

Изготавливаются из нескольких одинаковых секций, вылитых из чугуна и герметично соединенных друг с другом. При установке подобного отопителя необходимо определиться с количеством секций, которое зависит от площади помещения, количества окон, высоты этажа, углового размещения квартиры.

Характеристики:

  • Выдерживаемое давление 18 атмосфер;
  • Температура горячей воды – 150 C;
  • Мощность 100–150 Вт;

Преимущества:

  1. Устойчивость к образованию коррозии. Чугун – износостойкий материал, качество теплоносителя не влияет на функциональность.
  2. Продолжительное время после прекращения нагрева сохраняет тепло.
  3. Срок эксплуатации 30 лет и более.
  4. Совместимость с другими материалами.
  5. Повышенная теплоотдача благодаря вертикальному расположению внутренних ребер.
  6. Термостойкость, прочность.
  7. Благодаря внутреннему диаметру и объему секций создается минимальное гидравлическое сопротивление и не случаются засоры.

Недостатки:

  1. Тяжелый вес, создающий трудности с монтажом и перемещением.
  2. Медленный нагрев.
  3. Невозможность встраивания регулятора температуры.
  4. Сложность в уходе и окрашивании.
  5. Внешнее покрытие не устойчиво, может отслаиваться и шелушиться. По этой причине возникает необходимость периодического окрашивания батареи.
  6. Непрезентабельный внешний вид.
  7. Повышенные затраты топлива в связи с большим внутренним объемом.
  8. У чугунных теплообменников пористая внутренняя поверхность, собирающая на себе загрязнения, которые со временем приведут к ухудшению теплопроводных качеств батареи.

Биметаллические радиаторы

К этому виду относятся устройства с алюминиевым корпусом и стальными трубами внутри. Они наиболее распространены при установке в жилых помещениях.

Характеристики:

  • Показатель рабочего давления – от 18 до 40 атмосфер;
  • Тепловая мощность – 125–180 Вт;
  • Допустимая температура теплоносителя составляет от 110 до 130 градусов;
  • Гарантийный срок эксплуатации в среднем 20 лет.

Разновидности:

  1. Биметаллические на 100%, т. е. внутренний сердечник состоит из стали, внешняя часть – из алюминия. Они прочнее.
  2. Биметаллические на 50% – из стали состоят только те трубы, которые усиливают вертикальные каналы. По стоимости они дешевле, чем первый тип, и нагреваются быстрее.

Преимущества:

  1. Продолжительный срок службы без необходимости в техническом обслуживании.
  2. Повышенный уровень теплопередачи. Это достигается за счет быстрого нагрева алюминиевых панелей и небольшого внутреннего объема стального сердечника.
  3. Прочность, надежность, устойчивость к механическим воздействиям и скачкам давления.
  4. Устойчивость к образованию коррозии за счет использования высокопрочной стали со специальным покрытием.
  5. Легкий вес, удобство монтажа.
  6. Эстетичный внешний вид, который впишется в интерьер.

Недостатки:

  1. Дорогостоящие.
  2. Во время спуска воды из отопительной системы, при одновременном воздействии воздуха и воды, стальной сердечник может подвергаться коррозии. В таком случае лучше использовать биметаллические модели с медным сердечником и алюминиевыми панелями.
  3. Алюминий и сталь отличаются показателями теплового расширения. Поэтому возможна нестабильность теплопередачи, характерные шумы и потрескивание внутри устройства, в первые годы эксплуатации.

Для правильной эксплуатации теплообменника из биметалла рекомендуется устанавливать кран для отвода воздуха и запорную арматуру на подводящую и отводящую трубу.

По конструктивным особенностям разделяются на следующие типы:

  1. Секционные
  2. Панельные
  3. Трубчатые

Секционные радиаторы

Приборы, состоящие из однотипных секций, соединенных вместе, внутри каждой из которых проведено от двух до четырех каналов, по которым движется теплоноситель.

Корпус с секциями собирается нужной тепловой мощности, длины, формы. Изготавливаются из различных материалов – стали, алюминия, чугуна, биметаллов.

Преимущества:

  1. Возможность устанавливать дополнительные секции или убирать лишние в зависимости от необходимой длины теплообменника и площади отапливаемого помещения.
  2. Повышенная теплоотдача, производящаяся методом излучения и конвекции.
  3. Увеличивая количество секций, повышается мощность радиатора.
  4. Низкая стоимость.
  5. Экономичность.
  6. Установка регуляторов температуры.
  7. Различное межосевое расстояние позволяет устанавливать отопитель повсеместно.

Недостатки:

  1. Стыки между секциями подвержены протечкам воды, а при резко возрастающем давлении могут разойтись.
  2. Сложности в уходе, связанные с удалением загрязнений в пространстве между секциями.
  3. Внутренняя поверхность секций имеет неровности, что создает засоры.

Панельные радиаторы

Состоят из двух обработанных антикоррозийной защитой металлических щитов, скрепленных между собой при помощи сварки. Внутри панелей по вертикальным каналам циркулирует теплоноситель, а к тыльной стороне присоединены ребра для увеличения площади нагреваемой поверхности в форме П.

Панельные теплообменники разделяются на одно-, двух -, и трехрядные, изготавливаются из стали.

Преимущества:

  1. Разнообразие размеров панельных щитов позволяет подбирать для отопления в соответствии с площадью помещения. В зависимости от габаритов увеличивается или уменьшается мощность. Большая площадь поверхности щитов обладает повышенной теплоотдачей.
  2. Благодаря малой инерционности, батарея быстро реагирует на смену температуры.
  3. Легкий вес.
  4. Благодаря компактной конструкции, размещение батареи возможно в труднодоступных местах помещения.
  5. Низкая стоимость.
  6. Для нагрева панельного радиатора необходимо в несколько раз меньше количества воды, чем для секционного.
  7. Эстетичный внешний вид.
  8. Удобство в монтаже из-за целостной конструкции.

Недостатки:

  1. Невозможность применения в системах с высоким давлением.
  2. Нуждаются в чистом теплоносителе без химических примесей и грязи.
  3. Невозможность увеличить или уменьшить размеры для отопления как в случае с секционным.
  4. При некачественной покраске защитным материалом возможно образование коррозии.
  5. Чувствительность к гидроударам.

 

Трубчатые радиаторы

Состоят из вертикальных трубок количеством от 1 до 6, соединенных нижним и верхним коллектором. Благодаря несложной конструкции обеспечивается беспрепятственная и эффективная циркуляция теплоносителя.

Уровень теплоотдачи зависит от толщины трубок и размеров самого агрегата, которые варьируются от 30 см до 3 м. Показатель рабочего давления, выдерживаемого трубчатыми моделями, составляет до 20 атмосфер. Производятся из стали.

Главное преимущество – устойчивость к перепадам давления. Закругленные края и форма трубок не позволяют скапливаться на их поверхности пыли и другим загрязнениям. Внешний вид стильный и современный, многообразие форм позволяет создать дизайнерскую модель для любого интерьера. Прочные сварные стыки исключают протекание воды.

Недостатки: подверженность коррозии и стоимость.

Благодаря конвекции, такие радиаторы основательно прогревают воздух помещения.

При создании комфортных условий для проживания внимание уделяется деталям, которые должны гармонично вписываться в дизайн жилого или общественного помещения. Часто при воплощении дизайн-проекта, требуется органично вписать в него каждый элемент.

Отопительный прибор также имеет разновидности форм, способных создавать целостность интерьера. К таким относятся вертикальные, плоские, зеркальные, напольные, плинтусные устройства из различных материалов.

Вертикальные радиаторы

Агрегаты с вертикальным размещением были созданы для тех случаев, когда в помещении невозможна установка. Это зависит как от дизайна интерьера, так и от габаритов или нестандартной формы жилой площади.

Вертикальный теплообменник можно сделать частью интерьера и не скрывать за декоративными элементами. Главное отличие – размеры, где длина превышает ширину, и вертикальное размещение на стене. Прибор такого типа незаменим в помещении с панорамными окнами.

Вертикальные радиаторы могут быть разнообразных конструкций – панельной, трубчатой, секционной, и изготовлены из различных материалов – чугуна, стали, алюминия. По способу подключения к отопительной системе различают боковое, нижнее и диагональное.

Преимущества:

  1. Большой ассортимент форм и размеров, цветовых решений.
  2. Компактность, которая достигается за счет уменьшения длины батареи вдоль стены.
  3. Декоративность выражается также в незаметности всех его крепежных и соединительных элементов.
  4. Простота монтажа, которая достигается благодаря небольшому весу и цельности его конструкции.
  5. Большая площадь для увеличения теплоотдачи.
  6. Быстрота нагревания.
  7. Для нагрева не требуется большого количества воды, что помогает экономить.
  8. Легкость в уходе.

Недостатки:

  1. Дорогостоящий
  2. Возможно падение теплотехнических характеристик отопителя по причине того, что воздух сверху всегда будет теплее нижнего. В соответствии с этим, верхняя часть будет отдавать меньше тепла, чем нижняя.
  3. Неравномерное распределение тепла по всей площади помещения вследствие того, что излучаемое тепло скапливается в верхней части комнаты.
  4. Рекомендуется встраивать батарею с редуктором для нормализации внутреннего давления.

В остальных случаях недостатки и достоинства соответствуют тем, которые свойственны каждому типу обычных батарей – секционным, трубчатым, панельным.

Факторы, влияющие на эффективность работы:

  1. Одно- или двухтрубная сема подключения в системе. Первая является менее экономичной в расходе воды, но простая в монтаже и не требует излишних затрат.
  2. Тип подачи воды в систему – верхний, нижний, боковой.
  3. Способ подключения к отопительной системе. Универсальным считается диагональное подключение.

Результативность теплоотдачи зависит от правильности подключения к системе обогрева. Перед установкой важно утеплить часть стены для сокращения тепловых потерь.

Плоские радиаторы

Для компактного размещения и освобождения пространства используются плоские модели.

Характеристики:

  • Гладкая лицевая панель, не позволяющая скапливаться на ней пыли.
  • Габариты – от 30 см до 3 м.
  • Расходуется малое количество воды, что позволяет легко регулировать при помощи термостатов.
  • Нижнее и боковое подключение.
  • Используется в качестве декоративного элемента, строгих форм или ярких цветов.

Функционирование аналогичное панельным и секционным: между двумя металлическими листами циркулирует теплоноситель, в случае, если проложен ТЭН, получается электрический плоский вариант.

Рабочее давление до десяти атмосфер, максимальный нагрев воды – 110 С. Различают однопанельные, двухпанельные и трехпанельные отопители.

Главное достоинство – компактные размеры и быстрый нагрев. Помимо этого, они легки в уходе, имеют привлекательный и стильный внешний вид. Декорация плоских теплообменников позволяет вписать в любой дизайн помещения, а зеркальная поверхность заменит зеркало. Малая глубина монтажа и хороший показатель теплового излучения.

Из недостатков невозможность установки во влажных помещениях во избежание возникновения коррозии, а также высокая стоимость.

Плоские и вертикальные должны оборудоваться устройствами спуска воздуха, поскольку такое расположение вызывает разницу во внутреннем давлении.

Напольные радиаторы

Радиатор, идентичный обычным настенным теплообменникам, но устанавливаемый на горизонтальную поверхность. Он состоит из теплообменника с циркулирующим в нем теплоносителем, окруженным пластинами из алюминия или стали и закрытого снаружи металлической обрешеткой или защитным кожухом.

Снабжен клапаном для удаления воздуха и подсоединяется к трубам с любым диаметром. Единственное отличие от настенных вариантов – напольный радиатор крепится к полу или автономно стоит на нем.

Характеристики:

  • Показатели рабочего давления до 15 атмосфер;
  • Температура нагрева внешнего корпуса – до 60 градусов;
  • Температура теплоносителя – 110 C;
  • Размеры в длину составляют до 2 м, в высоту в среднем – 1 м.

Изготавливаются из чугуна, алюминия, стали, биметаллов. Многие из моделей трансформируются из настенных в напольные и наоборот, при помощи кронштейнов.

Достоинства:

  1. Пожаро — и травмобезопасный.
  2. Равномерный обогрев помещения.
  3. Разнообразие форм и размеров под стиль интерьера и по желанию покупателя.
  4. Использование меди в теплообменнике улучшает антикоррозийные качества, увеличивает срок службы.
  5. Встроенное электронное и автоматизированное управление.
  6. Экономичность.
  7. Установка возможна в любом месте помещения, куда подводится труба с горячим водоснабжением.
  8. Обеспечение естественной конвекции.
  9. Встроенные дополнительные функции обогревают и очищают окружающий воздух.
  10. Напольный теплообменник – удобный вариант в помещениях, в которых нет возможности установки настенных из-за веса, или установлены панорамные окна.
  11. Компактные размеры.
  12. Повышенная теплоотдача.
  13. Устойчивость к механическим воздействиям.

Недостатки:

  1. Возможны проблемы с монтажом, поскольку установка напольного радиатора подразумевает подводку труб, скрытых под полом.
  2. Стоимость с медными трубами и алюминиевыми пластинами достаточно высокая. Чугунные модели стоят дешевле, но обладают меньшей теплопроводностью. Стальные напольные модели обладают малой теплоотдачей.

Радиаторы для ванной


Комфортную атмосферу в ванной комнате, отсутствие сырости, неприятного запаха, поддержание оптимального уровня влажности обеспечит правильно установленный радиатор.

Разделяют по способу нагрева и форме:

  1. Водяные, нагреваемые проточной водой

Присоединяются к отопительной системе дома по способу обычного настенного. Дополнительно может оснащаться терморегуляторами, с помощью которых устанавливается необходимая температура поверхности.

В качестве внешнего покрытия водяного агрегата рекомендуется использовать нержавеющую сталь, медь или латунь.

  1. Электрические

Функционирует автономно, внутри встроен нагревательный элемент, работающий от сети. Удобство монтажа. Не способен обогреть всю площадь ванной комнаты, поэтому целесообразно использовать его в совокупности с другими обогревателями, например, с системой теплый пол. К тому же подобный тип дороже в обслуживании, чем водяной.

  1. Комбинированные: водяные и электрические.

Способны функционировать от системы отопления и от сети. Из минусов – стоимость. Бывают простых форм и дизайнерских.

В зависимости от материала различают:

  1. Чугунные.

Плюсы: повышенная теплоотдача, дешевая цена, хороший срок службы.

Минусы: непривлекательный облик. Если отсутствует защитный полимерный слой, произойдет отслоение внешнего лакокрасочного покрытия, и батарея потеряет внешний вид.

  1. Стальные.

Минусы: подверженность коррозии, возникновение протечек со временем, которые под сильным давлением воды пробивают брешь.

  1. Алюминиевые.

Плюсы: легкий вес, компактный размер, привлекательный внешний вид.

Минусы: не подходят для системы с централизованным отоплением, поскольку не переносят гидроударов и загрязненного песком и химическими примесями, теплоносителя.

  1. Биметаллические.

Плюсы: срок службы (до 20 лет), хорошие показатели теплоотдачи, устойчивость к гидроударам и перепадам давления.

Минусы: стоимость.

  1. Инфракрасные.

Плюсы: удобное крепление в любом месте ванной комнаты, сохраняя полезную площадь помещения, возможность регулирования температуры, обогрев предметов, находящихся в комнате.

Минусы: высокая стоимость.

Батарею отопления в ванной комнате, независимо от типа и формы, можно закрыть декоративной панелью. Так поверхность не подвергнется внешним воздействиям при неизменном количестве излучаемого тепла.

Радиатор для квартиры

В многоквартирных домах не каждый агрегат может использоваться эффективно на протяжении долгих лет.

Необходимо учитывать особенности системы централизованного отопления:

  1. Теплоноситель имеет загрязнения в виде различных химических примесей, способных со временем вызывать коррозию.
  2. Твердые песчинки и прочие засоры с течением времени воздействуют на стены труб, взывая их истирание.
  3. Температура воды изменяется, так же, как и уровень кислотности.
  4. Скачки давления вызывают расхождение стыков сварных швов на стенках.

Параметры выбора:

  1. Указанное производителем рабочее давление в агрегате превышает давление в отопительной системе.
  2. Прибор отопления устойчив к гидроудару.
  3. Внутренняя поверхность стенок теплообменника должна быть со специальным защитным покрытием, защищающим от химического воздействия элементов друг на друга, а толщина стенок должна противостоять физическим воздействиям засоряющих частиц изнутри.
  4. Выбирать стоит с наибольшей теплоотдачей.
  5. Длительность срока службы.
  6. Внешний дизайн.

Варианты, подходящие для установки в квартире:

  1. Биметаллические.

Подходят по всем необходимым параметрам для установки и долгой службы в квартире многоэтажного дома. Выдерживают гидроудары, максимальное рабочее давление составляет до 50 атмосфер, внутренняя и внешняя обработка защитным покрытием сохраняет от коррозии и изношенности поверхности.

Легкий вес создает удобство при монтаже, а внешний вид привлекателен в любом интерьере. Единственный минус – дорогостоящий.

  1. Чугунные.

Долгий срок службы, толстые стенки, устойчивость к образованию коррозии, химически пассивный материал таких теплообменников создает условия для использования в квартире. Чугун долго сохраняет тепло по сравнению с другими материалами. Обогрев излучением эффективнее конвекции.

Хорошая теплоотдача, доступная цена, при сливании воды из системы внутренняя поверхность не ржавеет. Минусы –  слишком большие скачки давления чугун может не выдержать, имеет тяжелый вес и создает неудобства при монтаже.

Не подходят для установки в квартире:

  1. Стальные.

Не выдерживают давления, характерного для системы централизованного отопления, несмотря на хорошую теплоотдачу и экономичность использования ресурсов.

  1. Алюминиевые.

Алюминий быстро подвергается коррозии в соединении с водой с химическими примесями и ее уровнем pH, не выдерживает сильного давления в отопительной системе.

Подходят биметаллические и чугунные. Если высота дома составляет более пяти этажей, и в квартире изначально были установлены не чугунные батареи, рекомендуется монтировать биметаллические.

Радиатор для частного дома

Для правильного выбора отопителя в частный дом нужно опираться на следующие особенности автономной системы отопления:

  1. В отличие от централизованной отопительной системы, автономная работает при небольшом давлении и без примесей химических веществ.
  2. Отсутствие больших перепадов давления.
  3. Уровень кислотности воды относительно постоянный.

Перед выбором необходимо совершить точный расчет выделяемой тепловой энергии в соответствии с площадью помещений.

Следует учитывать тепловые потери здания, чтобы правильно подобрать мощность. Немаловажными факторами являются его размеры, а также соотношение цены и качества.

Особенности:

  1. Стальные.

Секционные и панельные типы представляют собой доступный по цене вариант с хорошей теплоотдачей и привлекательным внешним видом. В частном доме с большими оконными проемами позволяет перекрыть доступ холодного воздуха извне.

Трубчатые стальные аналогичны по положительным характеристикам, но цена более высокая.

Плюсы стальных теплообменников при использовании в частном доме: легкий вес, удобные размеры, долгий срок эксплуатации, экономичность и отсутствие окисляемости от некачественного теплоносителя.

Минусы: необходимость постоянной заполненности водой во избежание появления коррозии, обслуживание раз в три года для исключения засоров внутри батареи, а также чувствительность к механическим воздействиям.

  1. Алюминиевые.

Благодаря своей большой тепловой мощности, алюминиевый теплообменник подходит для автономной системы отопления. Для  длительной службы  нужно следить за уровнем pH воды.

При выборе подобного типа радиатора нужно сделать точный расчет по площади помещения, иначе существует риск перепада температур между полом и потолком. Должны быть снабжены датчиками температуры, давления и грязевыми фильтрами.

  1. Биметаллические.

Характеристики подходящие для использования в частном доме, но стоимость высокая. Поскольку автономная система отопления не требует сопротивления мощным скачкам давления и агрессивной среде теплоносителя, можно найти выгодный вариант с необходимыми для качественной службы параметрами.

Стоимость биметаллического радиатора окупится по причине длительности срока службы.

  1. Чугунные.

Благодаря тому, что чугунный радиатор медленно остывает, можно экономить на топливных ресурсах. Повышенная устойчивость к коррозии и прочность в соотношении с низкой стоимостью способны обеспечить длительный срок эксплуатации, что подойдет для отопления частного дома.

Недостаток – требуется периодический уход, чистка, покраска, необходимость прочного крепления чугунной батареи.

Реклама от спонсоров: // // //

какие бывают радиаторы, сравнение батарей, радиатор отопления в разрезе на фото и видео


Содержание:

1. Какие бывают радиаторы отопления
2. Популярные типы батарей отопления
3. Характеристики секционных типов батарей отопления и их сравнение
4. Панельные стальные радиаторы

С наступлением отопительного сезона многие жильцы жалуются на холодные батареи в квартире. Но не всегда в проблеме плохого обогрева виноваты коммунальные службы. Часто причина кроется в том, что радиаторы отопления засорились или уже пришли в негодность и нуждаются в замене на современные типы батарей отопления. Прежде чем приступить к реконструкции отопительной системы, не помешает поинтересоваться, какие бывают батареи отопления и какими они обладают преимуществами и недостатками.

Данной теме посвящена эта статья, рассказывающая о современных отопительных приборах для квартир и частных домовладений. В ней говорится о том, какие бывают радиаторы отопления.

Какие бывают радиаторы отопления


Батареи отопления, они же радиаторы, которые устанавливают в жилых помещениях, бывают в основном водяными или электрическими.

Водяные типы батарей отопления обогревают жилье при помощи воды, которую используют в качестве теплоносителя (детальнее: «Водяные радиаторы отопления — типы и виды»). После того как жидкость нагрета до определенной температуры, она начинает циркулировать по трубам и батареям, отдавая тепловую энергию окружающему воздуху.

Электрические радиаторы отопления только внешне похожи на обычные приборы, но принцип работы у них отличается. Пользуются ими обычно в качестве дополнительного источника тепла, поскольку высокие цены на электричество делают эксплуатацию таких обогревателей экономически невыгодной.

Правда, если отсутствует возможность обустроить водяное отопление, ничего другого не остается, как использовать электрические приборы для обогрева. Допустим, что на дачу за городом семья ездит только по выходным — в таком случае электроконвектора будет достаточно, ведь замерзнуть он не даст.

Популярные типы батарей отопления


Если сравнить радиаторы отопления, то в первую очередь видно, что все они отличаются по конструкционному решению. Исходя из того, что выглядят они по-разному, батареи делят на секционные и панельные изделия.

Секционные радиаторы. Такие приборы делят на три основные группы:

  • батареи, произведенные из чугуна;
  • радиаторы, изготовленные из алюминиевого сплава;
  • биметаллические изделия.

Из названия уже ясно, что обогревательный прибор состоит из секций, собранных в единую конструкцию. Например, многим потребителям знакомы используемые не одно десятилетие чугунные батареи, представляющие собой набор конкретного количества секций. Новые алюминиевые приборы также состоят из нескольких секций, но если посмотреть на эти радиаторы отопления сравнение будет в пользу современных изделий, поскольку выглядят они более эстетично.

Панельные батареи. Их изготавливают только из стали. Внешне они представляют собой плоское изделие, имеющее выпуклости. Плоские батареи широко применяли в 80-х годах прошлого века. В основном их монтировали в панельных домах. Современные панельные отопительные приборы были модифицированы и их внешний вид немного изменился.
После этого их теплоотдача возросла, и они как когда-то используются для обогрева жилых помещений.

Делая сравнение радиаторов отопления секционных и панельных, можно отметить, что первые широко применяются в отопительных системах и потребители отзываются о них положительно.

Характеристики секционных типов батарей отопления и их сравнение

  1. Чугунные секционные радиаторы. Рассматривая типы батарей отопления, следует отметить, что именно приборы из чугуна известны потребителям давно, со времен Советского Союза. Их в те годы устанавливали повсеместно – в жилых, производственных и общественных помещениях.

    Конструкционное решение чугунных секционных радиаторов позволяет прогревать их до высоких температур. За счет особенностей чугуна как материала изготовления батарей, они продолжительное время отдают тепло и поэтому им в те годы отводились лидирующие позиции среди отопительных приборов, теплоотдача чугунных радиаторов достаточно хорошая.

    Правда, чугунные радиаторы необходимо прогревать до нужной температуры более долго, а для этого требуется большее количество топлива или энергоносителя. В целях экономии денег не все потребители выбирают для установки чугунные изделия.

    Внешний вид современных радиаторов из чугуна претерпел незначительные изменения при тех же технических характеристиках. Одна секция способна обогреть около двух «квадратов» площади. В продаже даже можно встретить дизайнерские модели, которые могут стать украшением комнаты.

    Поскольку для нагрева чугунных приборов необходимо большое количество топлива, их не устанавливают, если планируют использовать дорогостоящие источники энергии, например, электричество. Выбирают более экономичные отопительные радиаторы, среди которых батареи из алюминия.

  2. Алюминиевые секционные радиаторы. Данные приборы считаются современной альтернативой чугунным приборам, поскольку они меньше весят и менее теплоемкие. Алюминиевые секционные изделия тепло отдают не хуже чугуна и быстро прогреваются до нужной температуры (подробнее: «Как выбрать алюминиевые радиаторы отопления: технические характеристики»). Благодаря эстетичному и аккуратному внешнему виду отлично вписываются в современный интерьер.

    Одна алюминиевая секция обогревает один «квадрат» помещения. Если установить такие батареи самостоятельно, с монтажом без особых проблем можно справиться своими силами, поскольку они намного легче изделий из чугуна. По мнению специалистов, если сделать сравнение батарей отопления для частного дома, то явными лидерами сейчас стали алюминиевые секционные радиаторы.

  3. Биметаллические радиаторы. Внешне такие отопительные батареи похожи на алюминиевые приборы. Биметаллические радиаторы отопления в разрезе можно посмотреть на фото. В них соединены элементы из стали и алюминиями. По причине изготовления из двух сплавов данные приборы получили название биметаллические.

    Когда смотришь на биметаллический радиатор отопления в разрезе, то внутри его виден теплопроводный канал из нержавеющей стали. Благодаря такой конструкции, прочность приборов значительно возросла. А теплопроводность биметаллических радиаторов больше чем алюминиевых. Эти обогревательные изделия можно устанавливать с теплоносителем класса эконом. Одна секция такого радиатора снабжает теплом 1,4 «квадрата» площади. Биметаллические радиаторы имеют незначительный вес, а их монтаж аналогичен установке алюминиевых батарей.


У разных типов современных отопительных приборов секции могут отличаться размерами. Поэтому, выбирая радиаторы, следует уточнять мощность секции. Исходя из данного параметра, можно сделать расчет количества секций, учитывая площадь помещения.

Панельные стальные радиаторы


Согласно техническим характеристикам, которые указываются в документах, прилагаемых к отопительным батареям, можно отметить, что панельные радиаторы из стали являются золотой серединой между чугунными и алюминиевыми изделиями. Теплоотдача стальных приборов меньше, чем у чугунных, но выше по сравнению с алюминиевыми теплообменниками (детальнее: «Стальные радиаторы: технические характеристики, преимущества и недостатки»).

Радиаторы из стали (она обладает хорошей тепло проводимостью) изготавливают из стальных листов, соединенных в единую конструкцию при помощи метода штамповки. Такие батареи изготавливают одно-, двух-, трехрядными. Максимальная температура, которую способны выдержать стальные приборы, достигает 120 градусов.

Чтобы нагреть панельный теплообменник, необходимо в 7 раз меньше воды по сравнению с чугунными аналогами. Расчет мощности этих приборов измеряют, исходя из целого радиатора. Таким образом, определенный размер панельного отопительного изделия, рассчитан на конкретное количество «квадратов» помещения. Читайте также: «Счетчики на батарею в квартиру».

Детально о типах батарей отопления на видео:


Виды и типы радиаторов отопления.

Академия РДС

Современные производители таких отопительных приборов, как радиаторы, на сегодняшний день предлагают широкий ассортимент товаров. Виды радиаторов отопления теперь зависят не только от технических характеристик, но и от внешнего вида. Разберемся подробнее с тем, какие виды радиаторов отопления бывают.

Виды батарей отопления в зависимости от материала
Алюминиевые радиаторы

Отличное преимущество радиаторов из алюминия – это высокая теплопроводность. Но стоит отметить, что такие радиаторы для индивидуального отопления являются очень чувствительными к качеству носителя тепла. Если вода будет хоть немного грязной, они тут же выйдут из строя.

Конструкция батареи позволяет встраивать терморегуляторы, термоклапаны, которые способствуют экономному расходу тепла, регулируя нагрев теплоносителя до необходимой температуры.

Алюминиевые радиаторы противопоказаны к установке на промышленных предприятиях по причине высокого давления в отопительной системе.


Стальные радиаторы отопления

Стальные батареи могут быть трубчатыми и панельными. Панельные варианты относятся к категории бюджетных, но они имеют высокую теплоотдачу. Панельные модели довольно неприхотливые, поэтому они широко используются не только в домах, но и в офисах, и на производствах.

Трубчатые стальные батареи – это отопительные приборы разряда премиум. Такие характеристики достались этим моделям не только благодаря отличным техническим параметрам – высокому уровню теплоотдачи и большому сроку работы (около 25 лет). Помимо всего этого, такие батареи имеют отличный внешний вид.

Модели стальных радиаторов различаются по типу подключения — оно может быть боковым или нижним. Универсальным считается нижнее подключение.
Чугунные радиаторы

Чугунные радиаторы изготавливаются из нескольких одинаковых секций, вылитых из чугуна и герметично соединенных друг с другом. При установке подобного отопителя необходимо определиться с количеством секций, которое зависит от площади помещения, количества окон, высоты этажа, углового размещения квартиры.

Обычно от чугунных радиаторов отпугивает их внешний вид – в современные комнаты их очень трудно вписать. Главным преимуществом радиаторов из чугуна является то, что они не требовательны к носителю тепла. Так, технические характеристики радиаторов отопления радиаторов из чугуна позволяют использовать в них воду любого качества.


Биметаллические радиаторы

Биметаллические радиаторы — устройства с алюминиевым корпусом и стальными трубами внутри. Они наиболее распространены при установке в жилых помещениях. Такие батареи являются очень прочными, а их срок эксплуатации также большой – из-за того, что устройства комплектуются металлическими трубами. Единственным недостатком биметаллических радиаторов является их высокая стоимость.


Для правильной эксплуатации теплообменника из биметалла рекомендуется устанавливать кран для отвода воздуха и запорную арматуру на подводящую и отводящую трубу.
Конструкция радиаторов

В зависимости от конструктивных особенностей, радиаторы можно разделить на несколько подвидов:

  • Секционные радиаторы отопления – такие батареи имеют несколько секций, поэтому вы сможете собрать радиатор нужного размера и мощности. Размеры и формы секций могут быть различными.
  • Трубчатые радиаторы – это цельная конструкция из металла, которая имеет верхний и нижний горизонтальный коллектор и приваренные к нему вертикальные трубки. Такие батареи – это прерогатива централизованного отопления, для которого они и были разработаны.
  • Панельные батареи – могут быть как стальными, так и бетонными. Бетонные встраивают внутри стен, они могут передавать тепло только излучением.
  • Пластинчатые батареи – обладают конвективным теплообменом, представляют собой сердечник и насаженные на него ребра из металлических тонких пластин.
Как выбрать модель радиатора

Выбирая типы батарей отопления, прежде всего, следует определиться со сроком их эксплуатации. Такой показатель будет зависеть от того, какое качество имеет изделие и в каких условиях оно эксплуатируется.

Стоит отметить, что существует еще один показатель, который нужно особенно учитывать, — это возможность выдерживать давление теплоносителя. Минимальный показатель – 7 атмосфер, однако специалисты рекомендуют выбирать радиаторы отопления с вентилятором на 15 атм – если система потерпит гидравлический удар.

На сегодняшний день многие потребители при выборе разновидности батарей отопления очень часто обращают внимание на такой параметр, как дизайн. Конечно, это также важно. Но помните, что красота радиаторов ни в коем случае не должна быть в ущерб качеству и функциональности.

С уважением,

Команда Факультета Сантехники и водоснабжения

#РДС-Академия


Управление температурным режимом батареи

 

 

Температурные эффекты

 

Диапазон рабочих температур

Действие всех батарей зависит от электрохимического процесса, 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 может существенно отличаться от этой, если батарея работает при более высоких или низких температурах. Типичные графики производительности см. в разделе «Температурные характеристики».

 

Закон Аррениуса говорит нам, что скорость, с которой протекает химическая реакция, увеличивается экспоненциально с повышением температуры (см. Срок службы батареи). Это позволяет извлекать из батареи больше мгновенной мощности при более высоких температурах. В то же время более высокие температуры улучшают подвижность электронов или ионов, снижая внутреннее сопротивление клетки и увеличивая ее емкость.

В верхней части шкалы высокие температуры могут также инициировать нежелательные или необратимые химические реакции и/или потерю электролита, что может привести к необратимому повреждению или полному отказу батареи. Это, в свою очередь, устанавливает верхний предел рабочей температуры для батареи.

В нижней части шкалы электролит может замерзнуть, что ограничивает низкотемпературные характеристики. Но намного выше точки замерзания электролита характеристики батареи начинают ухудшаться, так как скорость химической реакции снижается. Несмотря на то, что батарея может работать при температурах до -20°C или -30°C, производительность при 0°C и ниже может серьезно ухудшиться.

Учтите также, что нижний предел рабочей температуры батареи может зависеть от состояния ее заряда. Например, в свинцово-кислотном аккумуляторе, когда аккумулятор разряжается, сернокислотный электролит все больше разбавляется водой, и соответственно повышается его температура замерзания.

 

Таким образом, батарея должна находиться в ограниченном диапазоне рабочих температур, чтобы можно было оптимизировать как емкость заряда, так и срок службы. Таким образом, практической системе может потребоваться как нагрев, так и охлаждение, чтобы поддерживать ее не только в рабочих пределах, указанных производителем батареи, но и в более ограниченном диапазоне для достижения оптимальной производительности.

 

Однако управление температурой

заключается не только в соблюдении этих ограничений. Аккумулятор подвержен нескольким одновременным внутренним и внешним тепловым воздействиям, которые необходимо держать под контролем.

 

Источники и поглотители тепла

 

Электрическое отопление (Джоулево отопление)

При работе любой батареи выделяется тепло из-за потерь I 2 R при протекании тока через внутреннее сопротивление батареи независимо от того, заряжается она или разряжается. Это также известно как джоулев нагрев. В случае разряда общая энергия в системе фиксирована, и повышение температуры будет ограничено доступной энергией. Однако это все еще может вызывать очень высокие локальные температуры даже в маломощных батареях. Такой автоматический предел не применяется во время зарядки, поскольку ничто не мешает пользователю продолжать подавать электроэнергию в аккумулятор после того, как он полностью заряжен. Это может быть очень рискованная ситуация.

 

Конструкторы аккумуляторов стремятся поддерживать внутреннее сопротивление элементов как можно ниже, чтобы свести к минимуму тепловые потери или выделение тепла внутри аккумулятора, но даже при таком низком сопротивлении элемента, как 1 миллиОм, нагрев может быть значительным. Примеры см. в разделе Эффекты внутреннего импеданса.

 

Термохимический нагрев и охлаждение

В дополнение к джоулеву нагреву, химические реакции, протекающие в клетках, могут быть экзотермическими, добавляя выделяемое тепло, или они могут быть эндотермическими, поглощая тепло в процессе химического действия. Таким образом, перегрев, скорее всего, будет проблемой экзотермических реакций, в которых химическая реакция усиливает тепло, выделяемое текущим потоком, а не эндотермических реакций, где химическое действие противодействует этому. Во вторичных батареях, поскольку химические реакции обратимы, химические реакции, которые являются экзотермическими во время зарядки, будут эндотермическими во время разрядки, и наоборот. Так что от проблемы никуда не деться. В большинстве ситуаций Джоулев нагрев превысит эндотермический охлаждающий эффект, поэтому все же необходимо принять меры предосторожности.

Свинцово-кислотные аккумуляторы экзотермичны во время зарядки, а аккумуляторы VRLA склонны к тепловому выходу из строя (см. ниже). Ячейки NiMH также экзотермичны во время зарядки, и по мере того, как они приближаются к полной зарядке, температура ячейки может резко возрасти. Следовательно, зарядные устройства для NiMH элементов должны быть спроектированы таким образом, чтобы обнаруживать повышение температуры и отключать зарядное устройство, чтобы предотвратить повреждение элементов. Напротив, батареи на основе никеля с щелочными электролитами (NiCads) и литиевые батареи являются эндотермическими во время зарядки. Тем не менее, тепловой разгон все еще возможен во время зарядки этих аккумуляторов, если они подвержены перезарядке.

Термохимия литиевых элементов несколько сложнее и зависит от состояния интеркаляции ионов лития в кристаллическую решетку. Во время зарядки реакция сначала является эндотермической, а затем переходит в слегка экзотермическую в течение большей части цикла зарядки. Во время разряда реакция обратная, сначала экзотермическая, затем переходит в слегка эндотермическую на протяжении большей части цикла разряда. Как и в других химических процессах, джоулев тепловой эффект больше, чем термохимический эффект, пока ячейки остаются в своих проектных пределах.

 

Внешние тепловые эффекты

Тепловое состояние батареи также зависит от окружающей среды. Если его температура выше температуры окружающей среды, он будет терять тепло посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Если температура окружающей среды выше, батарея будет нагреваться от окружающей среды. Когда температура окружающей среды очень высока, система управления температурным режимом должна работать очень усердно, чтобы поддерживать температуру под контролем. Отдельный элемент может очень хорошо работать при комнатной температуре сам по себе, но если он является частью аккумуляторной батареи, окруженной аналогичными элементами, выделяющими тепло, даже если он несет одинаковую нагрузку, он может значительно превысить свои температурные пределы.

 

Температура — ускоритель

Конечным результатом термоэлектрических и термохимических эффектов, возможно усиленных условиями окружающей среды, обычно является повышение температуры, и, как мы отмечали выше, это вызывает экспоненциальное увеличение скорости, с которой протекает химическая реакция. Мы также знаем, что при чрезмерном повышении температуры может произойти много неприятных вещей

    • Активные химические вещества расширяются, вызывая набухание клетки
    • Механическая деформация компонентов ячейки может привести к короткому замыканию или обрыву цепи
    • Могут происходить необратимые химические реакции, вызывающие необратимое снижение количества активных химических веществ и, следовательно, емкости клетки
    • Длительная работа при высокой температуре может привести к растрескиванию пластиковых частей ячейки
    • Повышение температуры ускоряет химическую реакцию, увеличивая температуру еще больше, что может привести к тепловому разгону
    • Могут выделяться газы
    • Внутри ячейки повышается давление
    • Ячейка может в конечном итоге разорваться или взорваться
    • Могут выделяться токсичные или легковоспламеняющиеся химические вещества
    • Судебные иски последуют

 

Теплоемкость — Конфликт

По иронии судьбы инженеры по производству аккумуляторов стремятся впихнуть все больше и больше энергии во все меньшие объемы, а инженеру-прикладнику все труднее получить ее обратно. Большая сила новых аккумуляторов, к сожалению, также является источником их самой большой 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 приложений высокой мощности. Из-за их большого размера и веса повышение температуры во время работы не было серьезной проблемой. Но в поисках более компактных и легких аккумуляторов с более высокой мощностью и плотностью энергии неизбежным последствием является снижение тепловой емкости аккумулятора. Это, в свою очередь, означает, что для данной выходной мощности повышение температуры будет выше.

(Это предполагает аналогичный внутренний импеданс и аналогичные термохимические свойства, что может не обязательно иметь место. ) В результате рассеивание тепла является серьезной инженерной проблемой для батарей с высокой плотностью энергии, используемых в приложениях высокой мощности. Разработчики ячеек разработали инновационные методы конструирования ячеек, чтобы отводить тепло от ячейки. Разработчики аккумуляторных батарей должны найти не менее инновационные решения для отвода тепла от аккумуляторной батареи.

 

Температурные характеристики аккумуляторов электромобилей и гибридных автомобилей

Аналогичные конфликты возникают с батареями электромобилей и гибридных автомобилей. Аккумулятор электромобиля большой, с хорошими возможностями отвода тепла за счет конвекции и теплопроводности, а также с низким повышением температуры из-за его высокой теплоемкости. С другой стороны, батарея HEV с меньшим количеством элементов, но каждый из которых несет более высокие токи, должна выдерживать ту же мощность, что и батарея EV, но менее чем в одну десятую размера. При более низкой теплоемкости и более низких свойствах рассеивания тепла это означает, что батарея HEV будет подвергаться гораздо большему повышению температуры.

 

Принимая во внимание необходимость поддерживать работу элементов в пределах допустимого диапазона температур (см. «Срок службы» в разделе «Неисправности литиевых батарей»), батарея электромобиля, скорее всего, столкнется с проблемами, связанными с поддержанием ее тепла в нижней части диапазона температур, в то время как аккумулятор 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) за счет протекающего тока во время работы, скорее всего, будет недостаточным для повышения температуры до желаемых рабочих уровней из-за габаритов аккумулятора и для повышения температуры могут потребоваться внешние нагреватели. Это может быть обеспечено за счет отвлечения части емкости батареи на отопление. С другой стороны, тот же I 2 R тепловыделение в аккумуляторной батарее HEV, работающей в условиях высокой температуры, может привести к тепловому разгону, и необходимо обеспечить принудительное охлаждение.

 

См. также Технические характеристики электромобилей, гибридных автомобилей и гибридных электромобилей в разделе «Тяговые батареи»

.

 

Термический разгон

Рабочая температура, достигаемая в аккумуляторе, является результатом температуры окружающей среды, дополненной теплом, выделяемым аккумулятором. Если батарея подвергается чрезмерным токам, возникает возможность теплового разгона, что приводит к катастрофическому разрушению батареи. Это происходит, когда скорость выделения тепла внутри батареи превышает ее способность рассеивания тепла. Есть несколько условий, которые могут привести к этому:

  • Первоначально тепловые потери I 2 R зарядного тока, протекающего через элемент, нагревают электролит, но сопротивление электролита уменьшается с температурой, так что это, в свою очередь, приводит к тому, что более высокий ток приводит к еще большему повышению температуры, усиление реакции до тех пор, пока не будет достигнуто состояние бегства.
  • Во время зарядки зарядный ток вызывает экзотермическую химическую реакцию химических веществ в ячейке, которая усиливает выделение тепла зарядным током.
  • Или во время разрядки тепло, выделяемое экзотермическим химическим действием, генерирующим ток, усиливает резистивный нагрев из-за протекания тока внутри элемента.
  • Слишком высокая температура окружающей среды.
  • Недостаточное охлаждение

Если не принять каких-либо защитных мер, последствиями теплового разгона могут стать расплавление элемента или повышение давления, что может привести к взрыву или пожару, в зависимости от химического состава и конструкции элемента. Подробнее см. в разделе «Неисправности литиевых батарей».

 

Система терморегулирования должна держать все эти факторы под контролем.

 

Примечание

Термический разгон может произойти во время зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов с регулируемым клапаном, когда выделение газа подавляется, а рекомбинация способствует повышению температуры. Это не относится к залитым свинцово-кислотным аккумуляторам, поскольку электролит выкипает.

 

Регуляторы температуры

 

Отопление

Рабочие условия при низких температурах относительно легко переносятся. В простейшем случае в батарее обычно достаточно энергии для питания самонагревающихся элементов, которые постепенно доводят батарею до более эффективной рабочей температуры, когда нагреватели можно отключить. В некоторых случаях достаточно поддерживать цикл зарядки аккумулятора, когда он не используется. В более сложных случаях, например, с высокотемпературными батареями, такими как батарея Zebra, работающая при температуре, значительно превышающей нормальную температуру окружающей среды, может потребоваться некоторый внешний нагрев, чтобы довести батарею до рабочей температуры при запуске, и может потребоваться специальная теплоизоляция для поддержания температуру как можно дольше после выключения.

 

Охлаждение

Для аккумуляторов малой мощности обычных цепей защиты достаточно, чтобы поддерживать аккумулятор в рекомендуемых пределах рабочей температуры. Однако цепи высокой мощности требуют особого внимания к управлению тепловым режимом.

 

Цели проекта

  • Защита от перегрева —
    В большинстве случаев это просто включает в себя контроль температуры и прерывание пути тока, если температура достигает температурных пределов, с использованием обычных схем защиты. Хотя это предотвратит повреждение батареи от перегрева, тем не менее, она может отключить батарею до того, как будет достигнут предел допустимой нагрузки по току, что серьезно ограничит ее производительность.
  • Рассеивание избыточного тепла —
    Отвод тепла от батареи позволяет проводить более высокие токи до того, как будут достигнуты пределы температуры. Тепло выходит из батареи за счет конвекции, теплопроводности и излучения, и задача разработчика упаковки состоит в том, чтобы максимизировать эти естественные потоки, поддерживая низкую температуру окружающей среды, обеспечивая прочный, хороший путь отвода тепла от батареи (используя металлические охлаждающие стержни или пластины между ячеек, если это необходимо), максимально увеличивая площадь поверхности, обеспечивая хороший естественный поток воздуха через упаковку или вокруг нее и устанавливая ее на проводящую поверхность.
  • Равномерное распределение тепла —

    • Несмотря на то, что тепловой расчет батареи может быть более чем достаточным для рассеивания всего тепла, выделяемого батареей, внутри аккумуляторной батареи все еще могут быть локальные горячие точки, температура которых может превышать указанные 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, обращенными к более прохладной среде.

    Градиент температуры на аккумуляторной батарее может серьезно повлиять на срок службы батареи. Согласно закону Аррениуса, при повышении температуры на каждые 10°С скорость химической реакции увеличивается примерно вдвое. Это создает несбалансированную нагрузку на элементы батареи, а также усугубляет любой возрастной износ элементов. См. также «Взаимодействия между ячейками» и «Балансировка ячеек».

    Разделение ячеек во избежание этой проблемы увеличивает объем упаковки. Для выявления потенциальных проблемных зон может потребоваться тепловизионное изображение.

    Пассивное рассеяние можно еще больше улучшить, установив ячейки в блок из теплопроводного материала, который действует как теплоотвод. Теплопередачу от ячеек можно максимизировать, если для этой цели использовать материал с фазовым переходом (PCM), поскольку он также поглощает скрытую теплоту фазового перехода при переходе из твердого состояния в жидкое. В жидком состоянии также вступает в действие конвекция, увеличивающая потенциал для теплового потока и выравнивания температуры по всей аккумуляторной батарее. Для этого применения доступны графитовые губчатые материалы с высокой проводимостью, насыщенные воском, который поглощает дополнительное тепло, когда температура достигает точки плавления.

  • Минимальная добавка к весу —
    Для приложений с очень высокой мощностью, таких как тяговые батареи, используемые в электромобилях и гибридных автомобилях, естественного охлаждения может быть недостаточно для поддержания безопасной рабочей температуры, и может потребоваться принудительное охлаждение. Это должно быть последним средством, так как это усложняет конструкцию батареи, увеличивает вес батареи и потребляет энергию. Однако, если принудительное охлаждение неизбежно, первым выбором обычно является принудительное воздушное охлаждение с использованием вентилятора или вентиляторов. Это относительно просто и недорого, но теплоемкость теплоносителя, воздуха, который предназначен для отвода тепла, относительно низка, 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 можно использовать и другие жидкости, такие как этиленгликоль (антифриз), которые имеют лучшую теплоемкость. Вес хладагента, насосов для его циркуляции, охлаждающих рубашек вокруг ячеек, трубопроводов и коллекторов для переноса и распределения хладагента, а также радиатора или теплообменника для его охлаждения — все это значительно увеличивает общий вес, сложность и стоимость. аккумулятора. Эти штрафы могут значительно перевесить выгоды, которые ожидаются от использования аккумуляторов с высокой плотностью энергии.

 

Рекуперация тепла

В некоторых приложениях, таких как электромобили, как указано выше, существует возможность использовать отработанное тепло для обогрева салона, и большинство автомобильных систем включают в себя ту или иную форму интеграции управления температурой аккумулятора с климат-контролем автомобиля. Однако это полезно только в холодную погоду. В жарком климате высокая температура окружающей среды создает дополнительную нагрузку на управление температурой батареи.

 

 

 

 

 

Способы и системы нагрева аккумуляторов

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка на патент претендует на преимущество приоритета китайской заявки на патент CN 201810133183. 2, поданной 9 февраля., 2018 г. под названием «Система нагрева батареи с чистым внутренним сопротивлением», полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.


ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ CROSS

Эта заявка на патент относится к батареям и, в частности, к способам и системам предварительного нагрева батареи в холодных условиях и предварительного нагрева стандартных батарей без необходимости какой-либо модификации существующих геометрий батарей.


ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вторичные батареи, особенно литий-ионные (Li-ion) батареи, широко используются в повседневной жизни. Благодаря высокой плотности энергии, удельной энергии и низкой скорости снижения емкости литий-ионные аккумуляторы стали незаменимым компонентом для рынка электромобилей (EV) и гибридных электромобилей (HEV). Тем не менее, литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к своей рабочей температуре. Чрезвычайно низкая температура может существенно уменьшить доступную энергию, которая может быть разряжена из аккумуляторов, а также может вызвать процесс литиевого покрытия анодов аккумуляторов во время последовательности зарядки, что ускоряет процесс снижения емкости и может привести к таким проблемам безопасности, как внутреннее короткое замыкание. Таким образом, низкая температура отрицательно влияет на функциональность устройств с питанием от литий-ионных аккумуляторов. Например, радиус действия электромобиля будет сокращен, а рекуперация энергии обычно отключена; мобильный телефон может автоматически отключаться; и вспышку нельзя использовать на цифровой камере. Следовательно, технология быстрого предварительного нагрева необходима для правильной работы системы накопления энергии литий-ионных аккумуляторов.

Квалифицированная система предварительного нагрева литий-ионных аккумуляторов должна быть способна определять температуру аккумулятора (или аккумуляторного блока) и предварительно нагревать аккумулятор (или аккумуляторный блок), когда температура ниже установленного значения, и должна гарантировать, что каждый аккумулятор в аккумуляторе блок прогревается равномерно с максимальным перепадом температур в пределах 5°С, что продлевает срок службы батареи (аккумуляторного блока). Кроме того, система предварительного нагрева, которая быстро прогревает аккумулятор (или аккумуляторный блок) с высокой эффективностью, будет способствовать дальнейшему применению и развитию устройств с питанием от литий-ионных аккумуляторов в холодных регионах и странах.

На сегодняшний день существует четыре основных системы предварительного нагрева батареи: система обогрева с принудительной конвекцией, система обогрева переменного тока (AC), внешняя система нагрева резисторов и встроенная система нагрева резисторов. Если рассматривать их по отдельности, то системы обогрева с принудительной конвекцией и внешним резистором нагревают батарею с поверхности, что занимает больше времени для нагрева, когда батарея толстая. Для сравнения, системы обогрева переменного тока и встроенного резистора нагревают батарею внутри. Система обогрева переменного тока заряжает и разряжает аккумулятор (или аккумуляторный блок) с высокой частотой для выработки джоулевого тепла для нагрева аккумулятора (или аккумуляторного блока). Однако это занимает относительно больше времени и приводит к снижению емкости батареи при длительном использовании. В последние годы была изобретена конструкция, которая собирает нагревательный резистор внутри литий-ионной батареи, что может повышать температуру батареи с -30°С до 0°С за одну минуту. Эта конструкция очень эффективна и действенна, но требует изменения конструкции литий-ионной батареи и применима только к пакетным и призматическим литий-ионным батареям и не включает цилиндрические литий-ионные батареи, которые имеют более высокую плотность накопления энергии. Кроме того, при проектировании батареи этот дополнительный внутренний компонент должен учитываться в процессе проектирования.

Соответственно, было бы полезно предоставить разработчикам устройств с литий-ионными батареями метод быстрого и эффективного предварительного нагрева литий-ионных батарей, не требуя, чтобы они ограничивались конкретными конструкциями и производителями литий-ионных батарей и т. д. Соответственно, метод предварительного нагрева батареи и система, совместимая с любой литий-ионной батареей, были бы выгодны.

Другие аспекты и признаки настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после ознакомления со следующим описанием конкретных вариантов осуществления изобретения в сочетании с прилагаемыми рисунками.


СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является смягчение ограничений предшествующего уровня техники, относящихся к батареям и, более конкретно, к способам и системам предварительного нагрева батареи в холодных условиях и предварительного нагрева стандартных батарей без модификации существующей геометрии батареи.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предлагается система, включающая:

  • предоставление батареи;
  • обеспечение схемы предварительного нагрева для предварительного нагрева батареи, содержащей датчик тока, включенный последовательно с электрическим переключателем, соединенным последовательно с батареей, и датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с батареей; и
  • , обеспечивающий контроллер или схему управления, соединенную с датчиком тока, датчиком температуры и электрическим переключателем; при этом
  • в первой конфигурации, когда температура батареи превышает заданную температуру, электрический выключатель разомкнут, и батарея может разряжаться во внешнюю цепь;
  • во второй конфигурации, когда температура батареи ниже заданной температуры, электрический выключатель замыкается таким образом, что батарея замыкается накоротко и нагревается за счет джоулевого нагрева через ее внутреннее сопротивление, и если протекающий ток ниже заданного максимального тока электрический выключатель остается замкнутым; и
  • в третьей конфигурации, где температура батареи ниже заданной температуры, но замыкание электрического выключателя таким образом, что батарея замыкается накоротко и нагревается за счет джоулевого нагрева через ее внутреннее сопротивление, приводит к тому, что протекающий ток превышает заданный максимальный ток. Электрический переключатель модулируется, чтобы удерживать ток ниже заданного максимального тока.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предложен способ, включающий:

  • предоставление аккумулятора;
  • обеспечение схемы предварительного нагрева для предварительного нагрева батареи, содержащей датчик тока, включенный последовательно с электрическим переключателем, соединенным последовательно с батареей, и датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с батареей; и
  • , обеспечивающий контроллер или схему управления, соединенную с датчиком тока, датчиком температуры и электрическим переключателем; при этом
  • в первой конфигурации, когда температура батареи превышает заданную температуру, электрический выключатель разомкнут, и батарея может разряжаться во внешнюю цепь;
  • во второй конфигурации, когда температура батареи ниже заданной температуры, электрический выключатель замыкается таким образом, что батарея замыкается накоротко и нагревается за счет джоулевого нагрева через ее внутреннее сопротивление, и если протекающий ток ниже заданного максимального тока электрический выключатель остается замкнутым; и
  • в третьей конфигурации, где температура батареи ниже заданной температуры, но замыкание электрического выключателя таким образом, что батарея замыкается накоротко и нагревается за счет джоулевого нагрева через ее внутреннее сопротивление, приводит к тому, что протекающий ток превышает заданный максимальный ток. электрический переключатель модулируется, чтобы удерживать ток ниже заданного максимального тока.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предоставляется энергонезависимый энергонезависимый машиночитаемый носитель, хранящий исполняемые компьютером инструкции для выполнения микропроцессором, причем инструкция, относящаяся к процессу, включает этапы:

  • определение превышает ли температура батареи заданную заданную температуру;
  • при положительном определении температуры размыкание электрического выключателя, входящего в состав электрической цепи, вместе с датчиком тока, включенным последовательно с аккумуляторной батареей;
  • при отрицательном определении относительно температуры замыкания электрического выключателя, так что батарея замыкается накоротко через внешнюю электрическую цепь и нагревается за счет джоулевого нагрева через свое внутреннее сопротивление;
  • определение того, является ли ток, протекающий в электрической цепи, когда электрический выключатель замкнут, ниже заданного максимального тока;
  • при положительном определении тока, удерживающего электрический выключатель в замкнутом состоянии; и
  • при отрицательном определении в отношении тока, модулирующего электрический переключатель, чтобы удерживать ток ниже заданного максимального тока.

Другие аспекты и признаки настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после ознакомления со следующим описанием конкретных вариантов осуществления изобретения в сочетании с прилагаемыми фигурами.


КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:


РИС. 1А изображает упрощенную принципиальную схему аккумуляторной системы отопления согласно варианту осуществления изобретения;


РИС. 1B изображает упрощенные принципиальные схемы аккумуляторной системы обогрева в соответствии с вариантом осуществления изобретения, относящимся к нескольким батареям или блокам батарей, содержащим несколько батарей;


РИС. 2 изображает примерную последовательность операций для аккумуляторной системы отопления согласно варианту осуществления изобретения;


РИС. 3 показан температурный профиль стандартной литий-ионной батареи типа 18650, использующей систему предварительного нагрева батареи в соответствии с вариантом осуществления изобретения, при начальной температуре батареи -30°С, что указывает на достижение внутренней температуры 0°С в течение примерно 45 секунд; и


РИС. 4 показаны кривые разряда для литий-ионных аккумуляторов типа 18650 при комнатной температуре (25°С), при -30°С без предварительного нагрева и при -30°С с системой предварительного нагрева аккумулятора в соответствии с вариантом осуществления изобретение.


ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее описание относится к батареям и, более конкретно, к способам и системам для предварительного нагрева батареи в холодных условиях и предварительного нагрева стандартных батарей без модификации существующей геометрии батареи.

Следующее описание представляет собой только репрезентативные варианты осуществления и не предназначено для ограничения объема, применимости или конфигурации раскрытия. Скорее последующее описание варианта(ов) осуществления предоставит специалистам в данной области техники описание, позволяющее реализовать вариант или варианты осуществления изобретения. При этом понимается, что в функцию и расположение элементов могут быть внесены различные изменения без отклонения от сущности и объема, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. Соответственно, вариант осуществления является примером или реализацией изобретения, а не единственной реализацией. Различные проявления «одного варианта осуществления», «варианта осуществления» или «некоторых вариантов осуществления» не обязательно все относятся к одним и тем же вариантам осуществления. Хотя различные признаки изобретения могут быть описаны в контексте одного варианта осуществления, признаки также могут быть предоставлены по отдельности или в любом подходящем сочетании. И наоборот, хотя изобретение может быть описано здесь в контексте отдельных вариантов осуществления для ясности, изобретение также может быть реализовано в одном варианте осуществления или любой комбинации вариантов осуществления.

Ссылка в описании на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления» или «другие варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантами осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления, но не обязательно все варианты осуществления изобретения. Используемая здесь фразеология и терминология не должны рассматриваться как ограничивающие, а предназначены только для описательных целей. Следует понимать, что если формула изобретения или спецификация относится к элементу «а» или «какой-либо», такая ссылка не должна толковаться как относящаяся только к одному из этих элементов. Следует понимать, что если в спецификации указано, что функция, структура или характеристика компонента «может быть», «может быть», «может» или «может быть» включена, этот конкретный компонент, функция, структура или характеристика не требуется. быть включенным.

Ссылки на такие термины, как «слева», «справа», «сверху», «снизу», «спереди» и «сзади», предназначены для использования в отношении ориентации конкретной функции, структуры или элемента в пределах фигуры, изображающие варианты осуществления изобретения. Было бы очевидно, что такая направленная терминология по отношению к фактическому использованию устройства не имеет конкретного значения, поскольку устройство может использоваться пользователем или пользователями во множестве ориентаций.

Ссылка на термины «включающий», «содержащий», «состоящий» и их грамматические варианты не исключают добавления одного или нескольких компонентов, признаков, этапов, целых чисел или их групп и что эти термины не должны толковаться как уточняющие компоненты, функции, шаги или целые числа. Аналогичным образом, фраза «состоящий в основном из» и ее грамматические варианты при использовании в данном документе не следует толковать как исключающую дополнительные компоненты, этапы, целые числа признаков или их группы, а скорее означает, что дополнительные признаки, целые числа, этапы, компоненты или их группы не изменяют существенно основные и новые характеристики заявленной композиции, устройства или способа. Если спецификация или формула изобретения относятся к «дополнительному» элементу, это не исключает наличия более одного дополнительного элемента.

«Перезаряжаемая батарея», также известная как аккумуляторная батарея, вторичный элемент или аккумулятор, представляет собой тип электрической батареи, которую можно заряжать, разряжать в нагрузку и многократно перезаряжать, в отличие от одноразовой или первичной батареи, которая поставляется полностью заряженным и выбрасывается после использования. Он состоит из одной или нескольких электрохимических ячеек. Термин «аккумулятор» используется, поскольку он накапливает и хранит энергию посредством обратимой электрохимической реакции. Аккумуляторные батареи производятся самых разных форм и размеров, от пуговичных элементов до мегаваттных систем, подключенных для стабилизации электрической распределительной сети. Используется несколько различных комбинаций электродных материалов и электролитов, включая свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ионные), алюминий-ионные (Al-ионные) и литиевые. -ионный полимер (литий-ионный полимер).

Литий-ионная батарея или «литий-ионная» батарея (часто сокращенно LIB), используемая в данном документе и в настоящем раскрытии, относится к типу перезаряжаемой батареи, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разряда. и обратно при зарядке. В литий-ионных батареях в качестве материала одного электрода используется интеркалированное соединение лития по сравнению с металлическим литием, используемым в неперезаряжаемой литиевой батарее. Электролит, обеспечивающий движение ионов, и два электрода являются составными компонентами элемента литий-ионного аккумулятора. Химический состав, производительность, стоимость и характеристики безопасности различаются в зависимости от типа ЛИА. В портативной электронике в основном используются ЛИА на основе оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ), который обеспечивает высокую плотность энергии, но представляет угрозу безопасности, особенно при повреждении. Литий-железо-фосфат (LiFePO 4 ), литий-ионный марганцево-оксидный аккумулятор (LiMn 2 O 4 , Li 2 MnO 3 или LMO) и литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид (LiNiO3Mn3Co5) ) предлагают меньшую плотность энергии, но более длительный срок службы и меньшую вероятность несчастных случаев в реальном мире (например, пожар или взрыв). Такие батареи широко используются для электроинструментов, медицинского оборудования и других целей. NMC, в частности, является ведущим претендентом на применение в автомобилестроении, в то время как литий-никель-кобальт-алюминий-оксид (LiNiCoAlO 2 или NCA) и титанат лития (Li 4 Ti 5 O 12 или LTO) обычно считаются специальными конструкциями, предназначенными для определенных нишевых ролей. Новые конструкции литий-серных батарей обещают более высокое отношение производительности к весу, хотя и с более низким напряжением при 2,0 В. В большинстве перезаряжаемых цилиндрических элементов используется химия с номинальным напряжением около 3,7 вольт, но элементы LiFePO 4 производят только 3,2 вольта.

Аккумулятор «18650» или «тип 18650», используемый в данном описании и далее в данном раскрытии, относится к литий-ионному аккумулятору, обеспечивающему типичную емкость от 1500 до 3600 мАч и имеющему максимальный диаметр 18,6 мм (0,75 дюйма) и длину 65,2 мм (2,6 дюйма). Такие литий-ионные аккумуляторы типа 18650 используются во многих батареях для портативных компьютеров, светодиодных фонариках, электронных сигаретах, беспроводных электроинструментах и ​​электромобилях Tesla, таких как Tesla Roadster, Tesla Model S и Tesla Model X. Аккумуляторы типа 18650 также можно отнести к как батареи типа 168A.

Термин «датчик тока», используемый здесь и во всем этом раскрытии, относится к устройству, которое обнаруживает электрический ток в проводнике, т.е. провод, и генерирует сигнал, пропорциональный этому току. Генерируемый сигнал может быть аналоговым напряжением или током или даже цифровым выходным сигналом, а затем может использоваться для отображения измеренного тока, сохраняться для дальнейшего анализа в системе сбора данных или может использоваться для целей управления. Примеры датчиков тока, совместимых с измерениями постоянного тока, включают, помимо прочего, датчики на эффекте Холла, резисторы и феррозондовые трансформаторы. Примеры датчиков тока, совместимых с измерениями переменного тока (AC), включают, помимо прочего, датчики на эффекте Холла, трансформаторы, феррозондовые трансформаторы, резисторы и пояса Роговского. Катушка Роговского обычно подключается к электрической (или электронной) схеме интегратора для обеспечения выходного сигнала, пропорционального току, и, следовательно, часто подключается к однокристальным сигнальным процессорам со встроенными аналого-цифровыми преобразователями и т. д.

Термин «электрический переключатель», используемый здесь и во всем описании, относится к электрическому компоненту, который может «замыкать» или «размыкать» электрическую цепь, прерывая ток или перенаправляя его с одного проводника на другой. Примеры электрических переключателей с электрическим управлением в отличие от других, таких как термоактивируемые, механически активируемые, оптически активируемые и т. д., включают реле, твердотельные реле, транзисторы, полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), силовой транзистор и т. д. в зависимости от требований к напряжению и току, которые должен выдерживать электрический выключатель, а также скорости переключения, частоты переключения и т. д.

Варианты осуществления изобретения описаны и изображены в отношении литий-ионной перезаряжаемой батареи типа 18650. Однако варианты осуществления изобретения могут использоваться с другими литий-ионными перезаряжаемыми батареями, включая, помимо прочего, 10180, 10280, 10440, 14250, 14430, 14500, 14650, 15270, 16340, 16650, RCR 123A, 17500, 17670, 18350, 18490, 18500, 20700, 21700, 25500, 26650, 32600, 32650 и 75400. Также очевидно, что варианты осуществления изобретения могут использоваться с аккумуляторными блоками и/или блоками питания, которые объединяют несколько литий-ионных аккумуляторных батарей. в одном корпусе, например, в съемном аккумуляторе портативного компьютера, аккумуляторном блоке для переносных электроинструментов, в электромобиле и т. д.

Кроме того, хотя варианты осуществления изобретения описаны и изображены в отношении литий-ионных перезаряжаемых батарей, представленные способы и системы будут совместимы с другими технологиями вторичных перезаряжаемых батарей. Например, варианты осуществления изобретения совместимы с технологией литий-ионных батарей, технологией литий-ионных полимерных батарей, технологией ионно-алюминиевых батарей, технологией батарей Ni-MH и технологией батарей Ni-Cd.

Варианты осуществления изобретения используют управляемое соединение положительных и отрицательных контактов (выводов) литий-ионной батареи (или блока батарей) через внешнюю схему управления, которая нагревает батарею (или блок батарей) путем генерирования постоянного и импульсного тока на внутреннее сопротивление батареи (или аккумуляторной батареи). Как показано на фиг. 1А показана схема варианта осуществления изобретения, содержащего батарею 9.0123 150 , датчик температуры, соединенный с аккумулятором 150 вместе с датчиком тока 120 и электрическим переключателем 130 , расположенным в электрической цепи между положительным и отрицательным выводами. Датчик тока 120 , электрический переключатель 130 и датчик температуры 140 соединены со схемой 110 управления. Схема управления может быть схемой управления на основе микропроцессора, специализированной интегральной схемой (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицей (FPGA), микроконтроллером и т.д., в зависимости от ситуации.

На этапе нагрева внешняя схема управления образует замкнутый контур с аккумулятором (или аккумуляторным блоком) через датчик тока 120 и электрический выключатель 130 . Из-за существенно повышенного внутреннего сопротивления батареи (или аккумуляторной батареи) при низкой температуре контурный ток на начальном этапе будет на низком уровне и в безопасных пределах. Джоулево тепло, выделяемое на этом этапе, нагревает батарею с высокой скоростью. По мере повышения температуры батареи (или блока батарей) внутреннее сопротивление батареи (или блока батарей) будет постепенно падать, а ток контура превысит безопасный максимальный ток разряда. На этом этапе внешняя цепь управления будет размыкать и замыкать электрический выключатель 9. 0123 130 в импульсном режиме, чтобы гарантировать, что ток контура находится в пределах безопасного максимального тока разряда, таким образом нагревая аккумулятор (или аккумуляторный блок) как можно быстрее.

Соответственно, варианты осуществления изобретения используют новый метод для предварительного нагрева вторичной батареи, батарей, блока батарей или блоков батарей с использованием джоулевого тепла, генерируемого за счет тока, протекающего через внутреннее сопротивление батареи (или блока батарей). Соответственно, в системе нагрева внутреннего сопротивления, изображенной на фиг. 1A, система использует внешнюю схему управления для замыкания и размыкания контура, образованного батареей (или аккумуляторной батареей), для генерирования непрерывных и импульсных токов и выделения джоулевого тепла на внутреннем сопротивлении батареи, а также для предварительного нагрева батареи (или аккумуляторной батареи). Соответственно, внешняя схема управления замыкает контур, когда обнаруженный температурный сигнал ниже заданной заданной температуры, т. е. 0°C, 10°C и т. д., а внешняя схема управления сравнивает ток замкнутого контура с максимальным заданным током, установленным для динамического включения/выключения электрического выключателя, тем самым создавая прерывистый ток замкнутого контура для продолжения процесса нагрева. без превышения максимального безопасного тока для батареи.

Соответственно, батарея может быть нагрета посредством варианта осуществления изобретения, такого как описано в отношении фиг. 1А. Очевидно, что альтернативные комбинации этих элементов могут использоваться при рассмотрении нескольких батарей и блоков батарей, содержащих несколько батарей, если они находятся в одной электронной системе. Соответственно, ссылаясь на фиг. 1B первое изображение 100 A изображает несколько батарей, каждая из которых имеет соответствующий датчик температуры (батарея и датчик температуры 9).0123 1030 ) соединены с несколькими цепями переключателей датчиков тока 1020 и одной цепью управления 1010 . Соответственно, каждая схема переключателя датчика тока , 1020, может управляться независимо, так что могут быть учтены различные характеристики батареи, такие как максимальный безопасный ток и т. д. Альтернативно, во многих приложениях несколько батарей содержатся и объединяются в одном модуле, таком как батарея ноутбука, например, и соответственно на втором изображении 100 B Один датчик тока и цепь управления 1020 используются вместе с цепью управления и аккумулятором 1040 , который содержит один датчик температуры. Соответственно, предполагается, что между всеми батареями в аккумуляторном блоке , 1040 и датчиком температуры существует хороший тепловой контакт. На третьем изображении , 100, C, напротив, показан аккумуляторный блок , 1050, с несколькими датчиками температуры, каждый из которых связан с аккумулятором в аккумуляторном блоке 9.0123 1050 , в котором несколько датчиков температуры соединены со схемой управления 1010 , а аккумуляторная батарея 1050 также соединена с цепью переключателя одного датчика тока. Соответственно, очевидно, что эти альтернативные устройства и другие варианты, очевидные для специалиста в данной области техники, могут быть предоставлены как часть электронного устройства, в котором электронное устройство затем «заполняется» перезаряжаемыми батареями изготовителем оригинального оборудования. или потребителя, например.

Теперь со ссылкой на фиг. 2 показана примерная последовательность операций , 200, для системы предварительного нагрева батареи, такой как описана и изображена на фиг. 1А. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что схема управления может быть изменена, чтобы приспособиться к альтернативным конструкциям, таким как показанные на фиг. 1Б. Как показано, последовательность операций 200 включает этапы с 210 по 280 соответственно, где они включают:

    • Первый этап 210 , на котором процесс инициируется;
    • Второй этап 220 , на котором посредством получения сигнала схемой управления считывается датчик температуры для определения температуры аккумулятора (или аккумуляторного блока). Этот полученный сигнал затем обрабатывается, чтобы определить, выше или ниже текущая температура батареи заданной заданной температуры, т.е. 0°C, как показано, или другое значение, при котором предварительный нагрев батареи (или аккумуляторной батареи) был сочтен целесообразным. На основании этого решения процесс переходит к третьему шагу 230 , когда температура выше заданной заданной температуры, и четвертый шаг 240 , когда температура ниже заданной заданной температуры.
    • Третий этап 230 , на котором определено, что температура выше заданной заданной температуры, и, соответственно, электрический выключатель, например, MO SFET отключается, открывая замкнутый контур, и батарея работает нормально.
    • Четвертая ступень 240 , в котором было определено, что температура ниже заданной заданной температуры, и, соответственно, электрический выключатель, т.е. МОП-транзистор включается, замыкая замкнутый контур, так что ток протекает через замкнутый контур, который «замыкает накоротко», и через внутреннее сопротивление батареи (или блока батарей), повышая температуру батареи (или блока батарей).
    • Пятый этап 250 , на котором считывается показания датчика тока и определяется, был ли превышен заданный максимальный ток. Если нет, процесс переходит к шестому шагу 9.0123 260 , чтобы определить, достигла ли температура батареи заданного заданного значения. Если заданный максимальный ток превышен, процесс переходит к седьмому этапу 270 .
    • Шестой этап 260 , на котором датчик температуры считывается, чтобы определить, выше или ниже текущая температура батареи заданной заданной температуры, т.е. 0°C, как показано, или другое значение, при котором предварительный нагрев батареи (или аккумуляторной батареи) был сочтен целесообразным. На основании этого решения процесс переходит к третьему шагу 9.0123 230 , когда температура превышает заданную заданную температуру, или возвращается к четвертому шагу 240 , когда температура ниже заданной заданной температуры.
    • Седьмой шаг 270 , на котором, если достигнут заданный максимальный предел тока, а температура батареи не достигает или превышает заданную заданную температуру, тогда блок управления выдает широтно-импульсно-модулированные (ШИМ) управляющие сигналы уменьшающегося рабочего цикла для проведения электрического переключаться между состояниями «включено» и «выключено», чтобы убедиться, что ток не превышает заданный максимальный предел тока, и переходит к шагу 9. 0123 280 .
    • Восьмой шаг 280 , на котором датчик температуры считывается, чтобы определить, выше или ниже текущая температура батареи заданной заданной температуры, т.е. 0°C, как показано, или другое значение, при котором предварительный нагрев батареи (или аккумуляторной батареи) был сочтен целесообразным. На основании этого решения процесс переходит к третьему этапу 230 , когда температура превышает заданную заданную температуру, или возвращается к четвертому этапу 9.0123 270 , когда температура ниже заданного заданного значения температуры, поскольку ранее был достигнут заданный максимальный предел тока.

Соответственно, схема управления контролирует датчики тока и температуры, чтобы определить, как управлять MOSFET. Цепь управления отключит прямой замкнутый контур (короткое замыкание), как только ток контура превысит установленный предел или будет достигнута заданная заданная температура. Если температура не достигнута, схема управления модулирует переключатель с помощью ШИМ, чтобы гарантировать, что ток нагрева ниже предела. При необходимости схема управления может активировать другой электрический переключатель (например, другой полевой МОП-транзистор), когда температура превышает заданную температуру, чтобы электрическое устройство могло потреблять энергию.

Уменьшающийся рабочий цикл ШИМ-сигнала, управляющего электрическим переключателем, может уменьшаться заранее определенным образом, установленным в зависимости от нагрева конкретной батареи или аккумуляторной батареи.

Уменьшающийся рабочий цикл ШИМ-сигнала, управляющего электрическим переключателем, может уменьшаться заранее определенным образом в зависимости от температуры батареи или аккумуляторной батареи.

Предлагаемая система отопления имеет следующие преимущества:

    • любые имеющиеся в продаже литий-ионные аккумуляторы можно использовать с этой техникой для обогрева. Никаких внутренних и внешних модификаций конструкции не требуется;
    • Нагрев аккумулятора (или аккумуляторного блока) достигается простой и экономичной внешней схемой управления;
    • техника нагрева может обеспечить быстрый нагрев литий-ионных аккумуляторов;
    • батарея (или аккумуляторная батарея) самонагревается за счет собственного внутреннего сопротивления, благодаря чему батарея (или аккумуляторная батарея) может нагреваться равномерно, тем самым сводя к минимуму разницу температур между отдельной батареей и аккумуляторной батареей; и
    • , поскольку тепло вырабатывается внутри самой батареи (или аккумуляторной батареи), эффективность нагрева этой технологии нагрева может достигать более 95%.

При низкой температуре, обычно ниже -10°С, затрудняются процессы диффузии и интеркаляции ионов лития, что приводит к значительному повышению внутреннего сопротивления литий-ионных аккумуляторов. Эта функция способствует чистому нагреву внутреннего сопротивления, делая ток замкнутого контура на низком уровне и легко контролируемым.

Когда внешняя цепь управления включена, датчик температуры автоматически определяет температуру батареи. Цепь управления замкнет электрический выключатель, чтобы включить нагрев, если обнаруженная температура ниже установленной температуры. Непрерывный и импульсный ток, генерируемый в контуре, воздействует на внутреннее сопротивление батареи (или аккумуляторной батареи) с выделением джоулевого тепла. Это джоулево тепло используется в этом методе для нагрева батареи и извлекается из самой батареи (или аккумуляторной батареи). Во внешнем контуре отсутствует нагревательный элемент, который используется только для управления нагревом батареи.

Внутреннее сопротивление батареи падает по мере повышения температуры батареи, что приводит к быстрому увеличению тока замкнутого контура. Чтобы избежать воздействия большого тока замкнутого контура на литий-ионный аккумулятор (или аккумуляторный блок), датчик тока внешней цепи управления определяет ток замкнутого контура и сравнивает его с безопасным максимальным током разряда. Если обнаруженный ток выше, электрический переключатель (например, MOSEFET) внешней схемы управления будет выключен, чтобы избежать дальнейшего увеличения тока замкнутого контура, и схема управления будет переключена в режим управления импульсным током для управления ток замкнутого контура в безопасном диапазоне. В этом изобретении безопасный максимальный ток зависит от типа батареи, материалов, производственного процесса и мастерства и обычно предоставляется производителем батареи. Из соображений безопасности может применяться коэффициент безопасности для обеспечения подходящего тока замкнутого контура.

В общем, температура батареи остается на низком уровне после первого отключения выключателя. Внешняя схема управления выдает сигнал широтно-импульсной модуляции и работает вместе с датчиком тока и переключателем, чтобы открывать и закрывать контур на высокой частоте, чтобы поддерживать ток контура ниже безопасного максимального тока и достигать самого быстрого нагрева.

Наконец, как только температура батареи, определенная датчиком температуры, достигнет установленного значения, переключатель выключится, и батарея (или аккумуляторный блок) будет работать нормально.

Для проверки эффекта предварительного нагрева в методе чистого нагрева с внутренним сопротивлением были проведены испытания на стандартной коммерческой литий-ионной батарее типа 18650. Перед испытанием батарея была помещена в батарейный лоток с положительным и отрицательным выводами, соединенными с внешней схемой управления. Затем батарею с лотком поместили в камеру с температурой -30°С для имитации очень холодной погоды. Аккумулятор выдерживали в климатической камере в течение 12 часов, чтобы убедиться, что вся батарея достигла температуры -30°C.

Во время теста внешняя плата управления питалась от источника питания. Датчик температуры внешней схемы управления сначала определит температуру батареи и сравнит ее с заданным значением, если обнаруженное значение ниже, переключатель на плате управления будет замкнут, а датчик тока будет измерять ток контура при высокая частота для управления открытием и закрытием петли. Кривая предварительного нагрева батареи показана на фиг. 3. Как видно, температура батареи достигла 0°С через 42 секунды. Время нагрева значительно улучшилось по сравнению с доступными в настоящее время методами нагрева. Кроме того, метод нагрева с использованием только внутреннего сопротивления может применяться к любым типам литий-ионных аккумуляторов без изменения внутренней и внешней структуры, что делает его лучшим выбором для нагрева литий-ионных аккумуляторов, используемых в холодных регионах.

Цепь управления, электрический выключатель и датчик тока — все это устройства с низким током, так что даже при низких температурах литий-ионный аккумулятор или другая батарея могут обеспечить необходимый ток для работы цепи управления. Это отличается от типичного требования к потреблению большого тока от батареи или аккумуляторной батареи, когда электронное устройство включено. Эта батарея сама по себе может быть перезаряжаемой батареей и заряжаться во время работы электронного устройства, в котором установлена ​​батарея (или аккумуляторная батарея), или основной батареей.

На фиг. 4 сравнивается разрядная способность литий-ионной батареи типа 18650 в различных рабочих условиях. При комнатной температуре (25°С в тесте) процесс разрядки протекает плавно при токе разряда 3 А, и батарея может разряжаться при емкости 3,1 Ач. Для сравнения мы также разряжали батарею при начальной температуре -30°С. На фиг. 4, из-за значительного увеличения внутреннего сопротивления напряжение аккумуляторной батареи резко упало до 0 В без разрядки емкости. Однако с установленной внешней схемой управления и предварительным нагревом до 0°С батарея смогла разрядить большую часть своей емкости, что обеспечило правильную работу устройств с питанием от литий-ионных аккумуляторов.

Хотя варианты осуществления изобретения были описаны в отношении схемы предварительного нагрева для коммерческих литий-ионных аккумуляторов и других перезаряжаемых батарей без каких-либо модификаций батареи, было бы очевидно, что в других вариантах осуществления изобретения батарея может включать температуру датчик.

Хотя варианты осуществления изобретения были описаны в отношении схемы предварительного нагрева для коммерческих литий-ионных аккумуляторов и других перезаряжаемых батарей без какой-либо модификации батареи, было бы очевидно, что в других вариантах осуществления изобретения батарея может включать один или датчика температуры, электрического переключателя и датчика тока, при этом дополнительные контакты на аккумуляторе соединяют один или несколько датчиков температуры, электрического переключателя и датчика тока со схемой управления.

Конкретные детали приведены в приведенном выше описании для обеспечения полного понимания вариантов осуществления. Однако следует понимать, что варианты осуществления могут быть реализованы без этих конкретных подробностей. Например, схемы могут быть показаны на блок-схемах, чтобы не затенять варианты осуществления ненужными подробностями. В других случаях известные схемы, процессы, алгоритмы, структуры и методы могут быть показаны без ненужных подробностей, чтобы не затенять варианты осуществления.

Реализация методов, блоков, шагов и средств, описанных выше, может осуществляться различными способами. Например, эти методы, блоки, этапы и средства могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или их комбинации. Для аппаратной реализации блоки обработки могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (ASIC), процессорах цифровых сигналов (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых пользователем вентильных матрицах ( ПЛИС), процессоры, контроллеры, микроконтроллеры, микропроцессоры, другие электронные блоки, предназначенные для выполнения описанных выше функций и/или их комбинации.

Также следует отметить, что варианты осуществления могут быть описаны как процесс, который изображается в виде блок-схемы, блок-схемы, блок-схемы потока данных, структурной схемы или блок-схемы. Хотя блок-схема может описывать операции как последовательный процесс, многие операции могут выполняться параллельно или одновременно. Кроме того, порядок операций может быть изменен. Процесс завершается, когда его операции завершены, но могут иметь дополнительные шаги, не показанные на рисунке. Процессу может соответствовать метод, функция, процедура, подпрограмма, подпрограмма и т. д. Когда процесс соответствует функции, его завершение соответствует возврату функции в вызывающую функцию или основную функцию.

Кроме того, варианты осуществления могут быть реализованы аппаратным обеспечением, программным обеспечением, языками сценариев, прошивкой, промежуточным программным обеспечением, микрокодом, языками описания оборудования и/или любой их комбинацией. При реализации в программном обеспечении, встроенном программном обеспечении, промежуточном программном обеспечении, языке сценариев и/или микрокоде программный код или сегменты кода для выполнения необходимых задач могут храниться на машиночитаемом носителе, таком как носитель данных. Сегмент кода или исполняемая машиной инструкция может представлять собой процедуру, функцию, подпрограмму, программу, процедуру, подпрограмму, модуль, программный пакет, сценарий, класс или любую комбинацию инструкций, структур данных и /или операторы программы. Сегмент кода может быть связан с другим сегментом кода или аппаратной схемой путем передачи и/или приема информации, данных, аргументов, параметров и/или содержимого памяти. Информация, аргументы, параметры, данные и т. д. могут передаваться, пересылаться или передаваться с помощью любых подходящих средств, включая совместное использование памяти, передачу сообщений, передачу маркеров, передачу по сети и т. д.

Для реализации микропрограммы и/или программного обеспечения методологии могут быть реализованы с помощью модулей (например, процедур, функций и т. д.), которые выполняют описанные здесь функции. Любой машиночитаемый носитель, реально содержащий инструкции, может быть использован при реализации методологий, описанных в данном документе. Например, программные коды могут быть сохранены в памяти. Память может быть реализована внутри процессора или быть внешней по отношению к процессору, и может различаться по реализации, когда память используется для хранения программных кодов для последующего выполнения, по сравнению с тем, когда память используется для выполнения программных кодов. Используемый здесь термин «память» относится к любому типу долговременного, краткосрочного, энергозависимого, энергонезависимого или другого носителя данных и не должен ограничиваться каким-либо конкретным типом памяти или количеством запоминающих устройств, или типом носителя, на котором память сохраняется.

Кроме того, как раскрыто в настоящем документе, термин «носитель данных» может обозначать одно или несколько устройств для хранения данных, включая постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), магнитное ОЗУ, основную память, носители данных на магнитных дисках, оптические носители данных, устройства флэш-памяти и/или другие машиночитаемые носители для хранения информации. Термин «машиночитаемый носитель» включает, но не ограничивается ими, портативные или стационарные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, беспроводные каналы и/или различные другие носители, способные хранить, содержать или переносить инструкции и/или данные.

Методологии, описанные в настоящем документе, в одном или нескольких вариантах осуществления могут выполняться машиной, которая включает в себя один или несколько процессоров, принимающих сегменты кода, содержащие инструкции. Для любого из описанных здесь способов, когда инструкции выполняются машиной, машина выполняет способ. Включается любая машина, способная выполнять набор инструкций (последовательных или иных), определяющих действия, которые должны быть предприняты этой машиной. Таким образом, типичная машина может быть представлена ​​типичной системой обработки, которая включает в себя один или несколько процессоров. Каждый процессор может включать в себя один или несколько процессоров, графический процессор и программируемый блок DSP. Система обработки дополнительно может включать в себя подсистему памяти, включающую в себя основное ОЗУ, и/или статическое ОЗУ, и/или ПЗУ. Подсистема шины может быть включена для связи между компонентами. Если системе обработки требуется дисплей, такой дисплей может быть включен, например, жидкокристаллический дисплей (ЖКД). Если требуется ручной ввод данных, система обработки также включает в себя устройство ввода, такое как одно или несколько буквенно-цифровых устройств ввода, таких как клавиатура, устройство управления наведением, такое как мышь, и так далее.

Память включает в себя машиночитаемые сегменты кода (например, программное обеспечение или программный код), включая инструкции для выполнения, при выполнении системой обработки, одного или нескольких методов, описанных в настоящем документе. Программное обеспечение может полностью находиться в памяти или также может полностью или по меньшей мере частично находиться в ОЗУ и/или в процессоре во время его выполнения компьютерной системой. Таким образом, память и процессор также составляют систему, содержащую машиночитаемый код.

В альтернативных вариантах машина работает как автономное устройство или может быть подключена, например, по сети к другим машинам, в сетевом развертывании машина может работать в качестве сервера или клиентской машины в серверно-клиентской сетевой среде или в качестве одноранговой машины в одноранговой или распределенной сетевой среде. Машина может быть, например, компьютером, сервером, кластером серверов, кластером компьютеров, веб-приложением, распределенной вычислительной средой, облачной вычислительной средой или любой машиной, способной выполнять набор инструкций (последовательное или иным образом), которые определяют действия, которые должны быть предприняты этой машиной. Термин «машина» также может включать любую совокупность машин, которые по отдельности или совместно выполняют набор (или несколько наборов) инструкций для выполнения любой одной или нескольких обсуждаемых здесь методологий.

Вышеприведенное раскрытие иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не претендует быть исчерпывающим или ограничивать изобретение конкретными раскрытыми формами. Многие вариации и модификации вариантов осуществления, описанных в данном документе, будут очевидны специалисту в данной области техники в свете приведенного выше раскрытия. Объем изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Кроме того, при описании репрезентативных вариантов осуществления настоящего изобретения в описании может быть представлен способ и/или процесс по настоящему изобретению в виде конкретной последовательности этапов. Однако в той степени, в которой способ или процесс не зависит от определенного порядка этапов, изложенного в настоящем документе, способ или процесс не должен ограничиваться конкретной последовательностью описанных этапов. Как понятно специалисту в данной области техники, возможны и другие последовательности этапов. Следовательно, конкретный порядок этапов, изложенных в описании, не следует рассматривать как ограничение формулы изобретения. Кроме того, формула изобретения, относящаяся к способу и/или процессу по настоящему изобретению, не должна ограничиваться выполнением их стадий в том порядке, в котором они написаны, и специалист в данной области может легко понять, что последовательности могут варьироваться и при этом оставаться неизменными. в духе и объеме настоящего изобретения.

Эффективное управление температурой литий-ионных аккумуляторов

Литиевые аккумуляторы широко используются во многих областях: автоматизация, робототехника, логистика, строительство зданий, судоходство, воздушные платформы, сельское хозяйство, наземное вспомогательное оборудование аэропортов, электромобили и другие. Однако каждое применение имеет свои уникальные требования, а условия окружающей среды и температуры наружного воздуха, при которых будет работать конкретное транспортное средство или машина, также могут сильно различаться.

Влияние температуры на литиевые батареи

Само собой разумеется, что управление температурным режимом аккумуляторной батареи является важным функциональным аспектом. Рабочая температура батареи играет решающую роль в ее сроке службы и производительности, поэтому разумно поддерживать температуру в правильном диапазоне.

Слишком низкая температура может уменьшить емкость аккумулятора; слишком высокая температура может вызвать деградацию и, как следствие, меньшее количество жизненных циклов.

По этой причине литиевые батареи, в состав которых входит усовершенствованная система управления батареями (BMS) и системы обогрева и охлаждения (при необходимости), обеспечивают оптимальную работу машины при любой температуре и окружающих условиях без ущерба для срока службы батареи.

Компания Flash Battery встраивает управление температурным режимом батареи в аккумуляторную систему. Это обеспечивает правильную работу аккумуляторной батареи в экстремальных условиях, например, при температуре от -30°C до +45°C, а также срок службы и эффективность литиевой батареи остаются неизменными.

Типы систем отопления и охлаждения

Системы отопления могут быть реализованы двумя способами:

  • С применением электрических нагревательных элементов в камерах
  • С жидкостным контуром

Охлаждение, с другой стороны, может быть реализовано тремя различными способами:

  • С системой принудительной вентиляции, обеспечивающей обмен между воздухом внутри аккумуляторной батареи и наружным воздухом.
  • С системой воздушного охлаждения внутри упаковки
  • С системой жидкостного охлаждения внутри упаковки

Наилучшее решение из перечисленных вариантов будет зависеть от области применения, нагрузки на аккумуляторную батарею и ожидаемого массового производства.

Система обогрева в литиевых батареях

Настоятельно рекомендуется использовать систему обогрева в литиевых батареях, предназначенных для гибридных или электрических транспортных средств. В Flash Battery мы внедряем его почти во все наши аккумуляторы.

Почему?

Во избежание проблем с безопасностью аккумуляторной батареи.

Одним из недостатков литиевых аккумуляторов является то, что они не могут заряжаться при температуре ниже 0°C. Кроме того, если оставить их при температуре ниже 10°С, страдает их внутреннее сопротивление, что вызывает падение напряжения и, как следствие, потерю КПД.

Оснащение батареи системой обогрева для обеспечения правильной работы и стабильной производительности даже при низких температурах является очень выгодным.

Благодаря системе обогрева транспортное средство или машина, подключенная к сети для зарядки, может поддерживать температуру литиевой батареи, например, 15°C, и быть готовой к использованию с максимальной производительностью.

Более того, система обогрева не только оказывает незначительное влияние на общую стоимость аккумулятора, но и позволяет оставлять транспортное средство или машину на открытом воздухе независимо от погодных условий.

ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ

→  Отсутствие снижения производительности аккумуляторной батареи
→   Повышение общей эффективности транспортного средства или машины
→   Транспортное средство или машину можно использовать сразу после периода простоя при низких температурах
→   Низкое влияние на общую стоимость батареи

Система охлаждения в литиевых батареях

Выбор того, следует ли интегрировать систему охлаждения в блок литиевых батарей, немного сложнее. Система охлаждения может быть особенно дорогостоящей и окажет значительное влияние на конечную стоимость батареи. И на самом деле, это может быть даже ненужным.

По этой причине крайне важно заранее тщательно изучить эксплуатационные требования приложений. Как правило, если не ожидается ни короткого времени зарядки и разрядки, ни многократных циклов в один и тот же день, то система охлаждения не нужна.

Возьмем, к примеру, подметально-уборочную машину: она работает всего несколько часов в день, поэтому система охлаждения не будет эффективным выбором. На самом деле, если аккумулятор охлаждается, но затем автомобиль остается бездействующим до конца дня, встроенная система охлаждения в любом случае будет бесполезна, поскольку аккумулятор большую часть времени будет подвергаться воздействию наружной температуры.

И наоборот, система охлаждения является хорошим выбором для интенсивного использования. Нагрузка на аккумулятор в этих случаях очень высока из-за многочисленных коротких зарядов и разрядов, которые способствуют повышению внутренней температуры.

Возьмем, к примеру, AGV и LGV, работающие круглосуточно и без выходных в логистической системе таких стран, как Марокко, Бразилия и Катар с особенно жарким климатом: без системы охлаждения срок службы батареи в этих транспортных средствах в этих условиях будет резко сократилось.

ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

→  Идеально подходит для интенсивного использования с короткими зарядками и разрядками
→  Подходит для автомобилей с высокой нагрузкой на аккумулятор

НЕДОСТАТКИ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ для приложений, работающих всего несколько часов в день

Какое решение лучше всего подходит для вашего автомобиля или машины?

Каждое приложение имеет свои уникальные требования.

РубрикаРазное