С бързото развитие на новите енергийни технологии, батериите за съхранение на енергия (като литиево-йонни батерии, натриево-йонни батерии и др.) се използват все по-често в енергийните системи, електрическите превозни средства, центровете за данни и други области. Безопасността и животът на батериите са тясно свързани с тяхната работна температура.NTC (отрицателен температурен коефициент) температурни сензори, с високата си чувствителност и икономическа ефективност, са се превърнали в един от основните компоненти за наблюдение на температурата на батериите. По-долу разглеждаме техните приложения, предимства и предизвикателства от различни гледни точки.
I. Принцип на работа и характеристики на NTC температурни сензори
- Основен принцип
NTC термисторът показва експоненциално намаляване на съпротивлението с повишаване на температурата. Чрез измерване на промените в съпротивлението могат да се получат индиректни данни за температурата. Връзката температура-съпротивление следва формулата:
RT=R0⋅eB(T1−T01)
къдетоRTе съпротивлението при температураT,R0 е референтното съпротивление при температураT0, иBе материалната константа.
- Основни предимства
- Висока чувствителност:Малките температурни промени водят до значителни вариации в съпротивлението, което позволява прецизен мониторинг.
- Бърз отговор:Компактният размер и ниската топлинна маса позволяват проследяване на температурните колебания в реално време.
- Ниска цена:Зрелите производствени процеси поддържат широкомащабно внедряване.
- Широк температурен диапазон:Типичният работен диапазон (от -40°C до 125°C) обхваща често срещани сценарии за акумулатори за съхранение на енергия.
II. Изисквания за управление на температурата в акумулаторни пакети за съхранение на енергия
Производителността и безопасността на литиевите батерии са силно зависими от температурата:
- Рискове от висока температура:Презареждането, презареждането или късото съединение могат да предизвикат термично претоварване, което да доведе до пожари или експлозии.
- Ефекти при ниски температури:Повишеният вискозитет на електролита при ниски температури намалява скоростта на миграция на литиеви йони, което води до рязка загуба на капацитет.
- Температурна равномерност:Прекомерните температурни разлики в батерийните модули ускоряват стареенето и намаляват общия живот.
По този начин,многоточково наблюдение на температурата в реално времее критична функция на системите за управление на батериите (BMS), където NTC сензорите играят ключова роля.
III. Типични приложения на NTC сензори в акумулаторни батерии за съхранение на енергия
- Мониторинг на температурата на клетъчната повърхност
- NTC сензори са инсталирани на повърхността на всяка клетка или модул, за да наблюдават директно горещи точки.
- Методи за инсталиране:Фиксират се с помощта на термолепило или метални скоби, за да се осигури плътен контакт с клетките.
- Мониторинг на равномерността на температурата на вътрешния модул
- Множество NTC сензори са разположени на различни позиции (например в центъра, по краищата), за да откриват локализирани дисбаланси на прегряване или охлаждане.
- Алгоритмите на BMS оптимизират стратегиите за зареждане/разреждане, за да предотвратят термично претоварване.
- Управление на охладителната система
- Данните от NTC задействат активиране/деактивиране на охладителни системи (въздушно/течно охлаждане или фазово-променящи се материали), за да се регулира динамично разсейването на топлината.
- Пример: Активиране на помпа за течно охлаждане, когато температурите надвишат 45°C и изключването ѝ под 30°C с цел пестене на енергия.
- Мониторинг на околната температура
- Мониторинг на външните температури (напр. лятна жега или зимен студ на открито), за да се смекчат въздействията на околната среда върху работата на батерията.
IV. Технически предизвикателства и решения в приложенията на NTC
- Дългосрочна стабилност
- Предизвикателство:В среда с висока температура/влажност може да възникне дрейф на съпротивлението, причинявайки грешки в измерването.
- Решение:Използвайте високонадеждни NTC-и с епоксидно или стъклено капсулиране, комбинирани с периодично калибриране или алгоритми за самокорекция.
- Сложност на многоточковото внедряване
- Предизвикателство:Сложността на окабеляването се увеличава с десетки до стотици сензори в големи батерийни пакети.
- Решение:Опростете окабеляването чрез разпределени модули за събиране на данни (напр. CAN bus архитектура) или гъвкави сензори, интегрирани в печатни платки.
- Нелинейни характеристики
- Предизвикателство:Експоненциалната зависимост съпротивление-температура изисква линеаризация.
- Решение:Приложете софтуерна компенсация, използвайки таблици за търсене (LUT) или уравнението на Щайнхарт-Харт, за да подобрите точността на BMS.
V. Тенденции за бъдещо развитие
- Висока прецизност и дигитализация:NTC с цифрови интерфейси (напр. I2C) намаляват смущенията в сигнала и опростяват проектирането на системата.
- Мониторинг на многопараметричен синтез:Интегрирайте сензори за напрежение/ток за по-интелигентни стратегии за управление на температурата.
- Разширени материали:NTC сензори с разширени диапазони (от -50°C до 150°C), за да отговорят на екстремни изисквания на околната среда.
- Предсказуема поддръжка, управлявана от изкуствен интелект:Използвайте машинно обучение, за да анализирате историята на температурите, да прогнозирате тенденциите на стареене и да активирате ранни предупреждения.
VI. Заключение
Температурните сензори NTC, с тяхната икономическа ефективност и бърза реакция, са незаменими за наблюдение на температурата в батерии за съхранение на енергия. С подобряването на интелигентността на BMS и появата на нови материали, NTC сензорите ще подобрят допълнително безопасността, живота и ефективността на системите за съхранение на енергия. Проектантите трябва да изберат подходящи спецификации (напр. B-стойност, опаковка) за специфични приложения, да оптимизират разположението на сензорите и да интегрират данни от множество източници, за да увеличат максимално стойността им.
Време на публикуване: 06 април 2025 г.