Stručná diskuse o aplikaci teplotních senzorů NTC v akumulátorových bateriích

S rychlým rozvojem nových energetických technologií se v energetických systémech, elektromobilech, datových centrech a dalších oblastech stále častěji používají akumulátory energie (jako jsou lithium-iontové baterie, sodíko-iontové baterie atd.). Bezpečnost a životnost baterií úzce souvisí s jejich provozní teplotou.Teplotní senzory NTC (záporný teplotní koeficient)Díky své vysoké citlivosti a cenové efektivitě se staly jednou z klíčových součástí pro monitorování teploty baterií. Níže se zabýváme jejich aplikacemi, výhodami a výzvami z různých hledisek.

I. Princip činnosti a vlastnosti teplotních senzorů NTC

1. Základní princip
   Termistor NTC vykazuje exponenciální pokles odporu s rostoucí teplotou. Měřením změn odporu lze nepřímo získat údaje o teplotě. Vztah mezi teplotou a odporem se řídí vzorcem:

RT=R0​⋅eB(T1​−T01)

kdeRTje odpor při dané teplotěT,R0​ je referenční odpor při dané teplotěT0 aBje materiálová konstanta.

2. Klíčové výhody
   • Vysoká citlivost:Malé změny teploty vedou k významným změnám odporu, což umožňuje přesné monitorování.
   • Rychlá odezva:Kompaktní velikost a nízká tepelná hmotnost umožňují sledování teplotních výkyvů v reálném čase.
   • Nízké náklady:Zralé výrobní procesy podporují nasazení ve velkém měřítku.
   • Široký teplotní rozsah:Typický provozní rozsah (-40 °C až 125 °C) pokrývá běžné scénáře pro akumulátory energie.

II. Požadavky na řízení teploty v bateriových akumulačních sadách energie

Výkon a bezpečnost lithiových baterií jsou vysoce závislé na teplotě:

• Rizika spojená s vysokými teplotami:Přebíjení, nadměrné vybíjení nebo zkraty mohou způsobit tepelný únik, což vede k požárům nebo výbuchům.
• Účinky nízkých teplot:Zvýšená viskozita elektrolytu při nízkých teplotách snižuje rychlost migrace lithiových iontů, což způsobuje náhlou ztrátu kapacity.
• Rovnoměrnost teploty:Nadměrné teplotní rozdíly uvnitř bateriových modulů urychlují stárnutí a zkracují celkovou životnost.

Tedy,monitorování teploty v reálném čase a na více bodechje kritickou funkcí systémů správy baterií (BMS), kde hrají klíčovou roli senzory NTC.

III. Typické aplikace NTC senzorů v akumulátorových bateriích

1. Monitorování teploty povrchu buňky
   • Na povrchu každé buňky nebo modulu jsou instalovány NTC senzory, které přímo monitorují aktivní místa.
   • Metody instalace:Upevnění pomocí tepelného lepidla nebo kovových držáků pro zajištění těsného kontaktu s buňkami.
2. Monitorování rovnoměrnosti teploty vnitřního modulu
   • Více senzorů NTC je rozmístěno na různých místech (např. uprostřed, na okrajích) pro detekci lokalizovaného přehřátí nebo nerovnováhy chlazení.
   • Algoritmy BMS optimalizují strategie nabíjení/vybíjení, aby se zabránilo tepelnému úniku.
3. Řízení chladicího systému
   • Data NTC spouštějí aktivaci/deaktivaci chladicích systémů (vzduchové/kapalinové chlazení nebo materiály s fázovou změnou) pro dynamické nastavení odvodu tepla.
   • Příklad: Aktivace čerpadla kapalinového chlazení při teplotách přesahujících 45 °C a jeho vypnutí při teplotách pod 30 °C za účelem úspory energie.
4. Monitorování okolní teploty
   • Monitorování venkovních teplot (např. venkovního letního horka nebo zimního chladu) za účelem zmírnění dopadů prostředí na výkon baterie.

  

IV. Technické výzvy a řešení v aplikacích NTC

1. Dlouhodobá stabilita
   • Výzva:V prostředí s vysokou teplotou/vlhkostí může docházet k driftu odporu, což způsobuje chyby měření.
   • Řešení:Používejte vysoce spolehlivé NTC s epoxidovým nebo skleněným zapouzdřením v kombinaci s periodickou kalibrací nebo algoritmy autokorekčních funkcí.
2. Složitost vícebodového nasazení
   • Výzva:Složitost zapojení se zvyšuje s desítkami až stovkami senzorů ve velkých bateriových sadách.
   • Řešení:Zjednodušte zapojení pomocí distribuovaných sběrnicových modulů (např. architektura sběrnice CAN) nebo flexibilních senzorů integrovaných do desky plošných spojů.
3. Nelineární charakteristiky
   • Výzva:Exponenciální vztah mezi odporem a teplotou vyžaduje linearizaci.
   • Řešení:Pro zvýšení přesnosti BMS použijte softwarovou kompenzaci pomocí vyhledávacích tabulek (LUT) nebo Steinhartovy-Hartovy rovnice.

V. Trendy budoucího vývoje

1. Vysoká přesnost a digitalizace:NTC s digitálními rozhraními (např. I2C) snižují rušení signálu a zjednodušují návrh systému.
2. Monitorování víceparametrové fúze:Integrujte senzory napětí/proudu pro inteligentnější strategie řízení teploty.
3. Pokročilé materiály:NTC senzory s rozšířeným teplotním rozsahem (-50 °C až 150 °C) pro splnění extrémních požadavků prostředí.
4. Prediktivní údržba řízená umělou inteligencí:Využijte strojové učení k analýze historie teplot, predikci trendů stárnutí a umožnění včasného varování.

VI. Závěr

Teplotní senzory NTC jsou díky své cenové efektivitě a rychlé odezvě nepostradatelné pro monitorování teploty v bateriových akumulačních sadách energie. S tím, jak se zlepšuje inteligence BMS a objevují se nové materiály, senzory NTC dále zvýší bezpečnost, životnost a účinnost systémů pro ukládání energie. Konstruktéři musí pro konkrétní aplikace zvolit vhodné specifikace (např. hodnotu B, balení), optimalizovat umístění senzorů a integrovat data z více zdrojů, aby maximalizovali jejich hodnotu.