با توسعه سریع فناوری‌های جدید انرژی، بسته‌های باتری ذخیره انرژی (مانند باتری‌های لیتیوم-یون، باتری‌های سدیم-یون و غیره) به طور فزاینده‌ای در سیستم‌های قدرت، خودروهای الکتریکی، مراکز داده و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. ایمنی و طول عمر باتری‌ها ارتباط نزدیکی با دمای کارکرد آنها دارد.سنسورهای دما NTC (ضریب دمای منفی)با حساسیت بالا و مقرون به صرفه بودن، به یکی از اجزای اصلی برای نظارت بر دمای باتری تبدیل شده‌اند. در زیر، کاربردها، مزایا و چالش‌های آنها را از دیدگاه‌های مختلف بررسی می‌کنیم.
اصول کار و ویژگی‌های حسگرهای دمای NTC
- اصل اساسی
یک ترمیستور NTC با افزایش دما، کاهش نمایی مقاومت را نشان می‌دهد. با اندازه‌گیری تغییرات مقاومت، می‌توان داده‌های دما را به‌طور غیرمستقیم به‌دست آورد. رابطه دما-مقاومت از فرمول زیر پیروی می‌کند:
RT=R0⋅eB(T۱−T۰ ۱)
کجاRTمقاومت در دما استT،R0 مقاومت مرجع در دما استT0، وBثابت ماده است.
- مزایای کلیدی
- حساسیت بالا:تغییرات دمایی کوچک منجر به تغییرات قابل توجه مقاومت می‌شود و امکان نظارت دقیق را فراهم می‌کند.
- پاسخ سریع:اندازه جمع و جور و جرم حرارتی کم، امکان ردیابی نوسانات دما را در زمان واقعی فراهم می‌کند.
- هزینه کم:فرآیندهای تولید بالغ، از استقرار در مقیاس بزرگ پشتیبانی می‌کنند.
- محدوده دمایی وسیع:محدوده عملیاتی معمول (-40°C تا 125°C) سناریوهای رایج برای باتری‌های ذخیره انرژی را پوشش می‌دهد.
دوم. الزامات مدیریت دما در بسته‌های باتری ذخیره انرژی
عملکرد و ایمنی باتری‌های لیتیومی به شدت وابسته به دما است:
- خطرات دمای بالا:شارژ بیش از حد، دشارژ بیش از حد یا اتصال کوتاه می‌تواند باعث افزایش ناگهانی دما و در نتیجه آتش‌سوزی یا انفجار شود.
- اثرات دمای پایین:افزایش ویسکوزیته الکترولیت در دماهای پایین، نرخ مهاجرت یون لیتیوم را کاهش می‌دهد و باعث افت ناگهانی ظرفیت می‌شود.
- یکنواختی دما:اختلاف دمای بیش از حد در ماژول‌های باتری، پیری را تسریع کرده و طول عمر کلی را کاهش می‌دهد.
بنابراین،نظارت بر دمای چند نقطه‌ای و بلادرنگیک عملکرد حیاتی سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) است، که در آن سنسورهای NTC نقش محوری دارند.
III. کاربردهای معمول سنسورهای NTC در بسته‌های باتری ذخیره انرژی
- نظارت بر دمای سطح سلول
- حسگرهای NTC روی سطح هر سلول یا ماژول نصب می‌شوند تا مستقیماً نقاط داغ را رصد کنند.
- روش‌های نصب:برای اطمینان از تماس محکم با سلول‌ها، با استفاده از چسب حرارتی یا براکت‌های فلزی ثابت می‌شود.
- نظارت بر یکنواختی دمای ماژول داخلی
- چندین حسگر NTC در موقعیت‌های مختلف (مثلاً مرکز، لبه‌ها) مستقر می‌شوند تا عدم تعادل بیش از حد یا خنک‌کنندگی موضعی را تشخیص دهند.
- الگوریتم‌های BMS استراتژی‌های شارژ/دشارژ را برای جلوگیری از فرار حرارتی بهینه می‌کنند.
- کنترل سیستم خنک‌کننده
- داده‌های NTC باعث فعال/غیرفعال شدن سیستم‌های خنک‌کننده (خنک‌کننده هوا/مایع یا مواد تغییر فاز) می‌شوند تا اتلاف گرما را به صورت پویا تنظیم کنند.
- مثال: فعال کردن پمپ خنک‌کننده مایع وقتی دما از ۴۵ درجه سانتیگراد بالاتر می‌رود و خاموش کردن آن زیر ۳۰ درجه سانتیگراد برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی.
- نظارت بر دمای محیط
- نظارت بر دمای خارجی (مثلاً گرمای تابستان یا سرمای زمستان در فضای باز) برای کاهش تأثیرات محیطی بر عملکرد باتری.
چهارم. چالش‌ها و راه‌حل‌های فنی در کاربردهای NTC
- ثبات بلندمدت
- چالش:رانش مقاومت ممکن است در محیط‌های با دما/رطوبت بالا رخ دهد و باعث خطاهای اندازه‌گیری شود.
- راه حل:از NTC های با قابلیت اطمینان بالا با پوشش اپوکسی یا شیشه، همراه با کالیبراسیون دوره ای یا الگوریتم های خود اصلاحی استفاده کنید.
- پیچیدگی استقرار چند نقطه‌ای
- چالش:پیچیدگی سیم‌کشی با ده‌ها تا صدها حسگر در بسته‌های باتری بزرگ افزایش می‌یابد.
- راه حل:سیم‌کشی را از طریق ماژول‌های جمع‌آوری توزیع‌شده (مثلاً معماری گذرگاه CAN) یا حسگرهای انعطاف‌پذیر یکپارچه با PCB ساده کنید.
- ویژگی‌های غیرخطی
- چالش:رابطه نمایی مقاومت-دما نیاز به خطی‌سازی دارد.
- راه حل:برای افزایش دقت BMS، از جبران‌سازی نرم‌افزاری با استفاده از جداول جستجو (LUT) یا معادله استاینهارت-هارت استفاده کنید.
روندهای توسعه آینده
- دقت بالا و دیجیتالی شدن:NTC های دارای رابط دیجیتال (مثلاً I2C) تداخل سیگنال را کاهش داده و طراحی سیستم را ساده می کنند.
- نظارت بر ادغام چند پارامتری:سنسورهای ولتاژ/جریان را برای استراتژی‌های مدیریت حرارتی هوشمندانه‌تر ادغام کنید.
- مواد پیشرفته:NTC ها با محدوده دمایی گسترده (-50°C تا 150°C) برای برآورده کردن نیازهای محیطی شدید.
- نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه مبتنی بر هوش مصنوعی:از یادگیری ماشینی برای تحلیل تاریخچه دما، پیش‌بینی روند پیری و فعال کردن هشدارهای اولیه استفاده کنید.
ششم. نتیجه‌گیری
حسگرهای دمای NTC، با توجه به مقرون‌به‌صرفه بودن و پاسخ سریعشان، برای نظارت بر دما در بسته‌های باتری ذخیره انرژی ضروری هستند. با بهبود هوشمندی BMS و ظهور مواد جدید، NTCها ایمنی، طول عمر و کارایی سیستم‌های ذخیره انرژی را بیشتر افزایش می‌دهند. طراحان باید مشخصات مناسب (مثلاً مقدار B، بسته‌بندی) را برای کاربردهای خاص انتخاب کنند، محل قرارگیری حسگر را بهینه کنند و داده‌های چند منبع را برای به حداکثر رساندن ارزش آنها ادغام کنند.
زمان ارسال: آوریل-06-2025