Виды батарей отопления: Типы и виды радиаторов отопления: преимущества и недостатки

Содержание

Типы и виды радиаторов отопления: преимущества и недостатки

Современный рынок предоставляет покупателям самые разнообразные виды радиаторов отопления, каждый из которых обладает своими превосходствами и недостатками. Для упрощения выбора целесообразно подробно рассмотреть каждый из вариантов, ознакомиться с особенностями и функциональностью.

Содержание статьи:

Панельные стальные (конвекторы)
Алюминиевые радиаторы
Чугунные радиаторы
Биметаллические радиаторы
Внутрипольные конвекторы

Панельные стальные (конвекторы)

Отличаются высоким уровнем КПД (до 75%) и представляют собой ряд стальных панелей с конвекторным оребрением. Будучи наиболее доступным по цене вариантом, они получили широкое распространение в повседневной жизни. В настоящее время по числу используемых панелей и оребрения панельные радиаторы делятся на следующие типы: 10, 11, 20, 21, 22, 30, 33.

Большая часть производителей оборудования размещается в европейских странах, например, DeLonghi (Италия), немецкие Buderus или Kermi, финская PURMO, компания Korado из Чехии. В связи с невысокой стоимостью изделий из Европы российские товаропроизводители в сегменте практически отсутствуют.

Одни из самых востребованных вариантов стальных панельных радиаторов, представленных на рынке, предлагаются в нашем каталоге, обязательно загляните, есть интересные предложения.

Достоинства:

Хороша теплоотдача.
Минимальная инерционность.
Небольшой объем потребляемой энергии.
Экологическая безопасность (допуск монтажа в детских помещениях и больницах).
Самый малый ценник.

Недостатки:

При сливе воды из системы внутренние элементы моментально подвергаются коррозии. Посредственная стойкость к гидроударам не допускает их применение в многоквартирных домах. Конвекция способствует поднятию пыли и образованию сквозняков.

Пригодится: узнайте все существующие размеры батарей отопления, чтобы найти тот, который подойдет именно для вашей квартиры или дома

Алюминиевые радиаторы

Радиаторы производятся посредством литья или экструзии из алюминия, и предназначены исключительно для автономного отопления. Свойства этих изделий, не позволяют проводить монтаж на объектах, имеющих центральное отопление.

Литьевые радиаторы. Цельнолитые типы батарей отличаются повышенной прочностью из-за большей толщины стенок и значительной шириной внутренних каналов.

Экструзионные. Более дешевые модели, в которых устанавливается силуминовый коллектор. Имея цельную структуру, они не допускают возможность варьирования числа секций, и рассматривается их основным минусом. Большинство производителей алюминиевых батарей сосредоточено в Италии, например, ALUWORK, Fondital или FARAL Green HP.

Предлагаем подыскать подходящую модель по доступной цене в нашем каталоге Алюминиевых радиаторов

Преимущества:

Мин. вес, упрощающий выполнение монтажных работ.
Прекрасная тепловая отдача и способность к быстрому прогреву.
Экономичность и возможность установки теплорегуляторов.
Наличие современного дизайна.

Недостатки:

Недостаточная долговечность, не превышающая 15-18 лет.
Высокая чувствительность к качеству теплоносителя.
Низкая конвекция.
Возможность образования водорода.
Восприимчивость к гидроударам.

Основные характеристики товара:

Допустимое давление – 6-16 атм.
Мощность – 82-212 Вт.
Предельная температура – 110°.
Предельный pH воды – 7-8.

Чугунные радиаторы

Старейшие из существующих радиаторов. Чугунный тип батарей отличаются невосприимчивостью к внешнему воздействию, прочностью и долговечностью (эксплуатационные сроки до 50 лет и больше). Чугунные батареи требуют длительного прогрева, но при этом без проблем вписываются в централизованные системы отопления. Именно за счет надежности и доступности во многих случаях выбор делается в пользу таких изделий.

В бюджетном сегменте в большом количестве представлены российские производители и заводы-изготовители соседних стран (Белоруссия, Украина). Европейские бренды предлагают более дорогостоящие модели, но они и по качеству изготовления несколько выше, и по дизайну более привлекательные. Среди них стоит отметить продукцию Konner, Viadrus, Roca.

Наш сайт предлагает оптимальные цены на чугунные радиаторы, о достоинствах которых пойдет речь ниже.

Преимущества:

Длительный период эксплуатации (более 50 лет).
Невосприимчивость к поражению коррозией.
За счет лучевого излучения гарантируют прогрев помещений с большим объемом.
Длительное сохранение тепла в выключенном состоянии.
Самая низкая стоимость на рынке (за исключением художественного литья).

Недостатки:

Длительность нагрева.
Большая масса затрудняет выполнение монтажных работ.
Необходимость использования мощных крепежей.
Большая потребность теплоносителя.
Восприимчивость к гидроударам из-за хрупкости чугуна.

Основные характеристики:

Допустимое давление – 9-12 атм.
Мощность – 100-160Вт.
Предельная температура – 110°.

Биметаллические радиаторы

Изделия данного типа предусматривают наличие стального сердечника в алюминиевой оболочке. В большинстве случаев они обладают четным числом секций.

Существуют и монолитные модели, обладающие стойкостью к давлению до 100 атмосфер, но встречаются они в продаже очень редко. Конструктивно такие радиаторы имеют стальной каркас с оболочкой из алюминия, заливаемой на нее для придания монолитности.

При наличии стальной сердцевины удается добиться высокого уровня прочности, но при этом и стоимость получается соответствующая. Среди российских изготовителей компания Rifar предлагает качественные биметаллические радиаторы, а в Европе итальянские производители — Royal Thermo, Global Style или BiLiner.

В нашем каталоге присутствуют почти все популярные модели биметаллических радиаторов Встречаются в магазинах и псевдобиметаллические образцы. Для них характерно наличие только стального усиления вертикальных каналов. Для них характерна улучшенная теплоотдача и сниженная на 20% стоимость, но показатели стойкости к коррозии также ниже. В сегменте представлены российский бренд Rifar, итальянский Sira и китайский товаропроизводитель Gordi.

Достоинства:

Высокая теплоотдача при минимальной инерционности.
Улучшенная стойкость к гидравлическим ударам.
Потребный наименьший объем теплоносителя.
Устойчивость к поражению коррозией.
Простота выполнения монтажных работ.
Привлекательный внешний вид.

Недостатки:

Уступают по теплоотдаче алюминиевым моделям.
Высокая стоимость.

Основные характеристики:

Допустимое давление – 20-50 атм.
Мощность – 150-180Вт.
Предельная температура – 130°.
Отсутствие требований к теплоносителю.

Внутрипольные конвекторы

Относительно новые системы отопления, предусматривающие скрытый монтаж под полом. Конструктивно такие конвекторы — это теплообменник внутри короба, прикрытого декоративной решеткой. Трубки используются медные, а оребрение алюминиевое. Актуальна установка таких решений при наличии панорамного остекления. Чаще всего применяют такие установки в общественных пространствах (аэропорты, автосалоны).

На рынке предлагается продукция российского завода КЗТО, немецкого бренда Mohlenhoff, чешского OPLFLEX, бельгийского JAGA. Пожалуй, одни из самых недорогих внутрипольных конвекторов имеются в ассортименте нашего каталога!

Положительные моменты:

Конструктивная прочность и простота.
Невосприимчивость к коррозии.
Компактность и незаметность.
Простота монтажа и обслуживания.
Обеспечение равномерного прогрева помещения.
Исключают запотевание стекол.

Недостатки:

Значительная монтажная длина.
Отсутствие принудительной вентиляции.
Низкая тепловая отдача.
Неэкономичность.

Основные характеристики:

Допустимое давление – 10-16 атм.
Мощность – 130-10000Вт
Предельная температура – 110-130°.

После того, как вы получили исчерпывающую информацию по видам батарей отопления, вам уже намного проще сделать выбор в пользу того или иного решения. Если все-таки, вам сложно определиться – задавайте вопросы нашим менеджерам и получите консультацию, мы поможем сделать оптимальный выбор для каждой конкретной ситуации!

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

Центр данных по альтернативным видам топлива: Аккумуляторы для электромобилей

В большинстве подключаемых гибридов и полностью электрических транспортных средств используются подобные литий-ионные аккумуляторы.

Системы накопления энергии, обычно батареи, необходимы для полностью электрических транспортных средств, подключаемых гибридных электромобилей (PHEV) и гибридных электромобилей (HEV).

Типы систем накопления энергии

Следующие системы накопления энергии используются в полностью электрических транспортных средствах, PHEV и HEV.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи в настоящее время используются в большинстве портативных устройств бытовой электроники, таких как сотовые телефоны и ноутбуки, из-за их высокой энергии на единицу массы по сравнению с другими системами хранения электроэнергии. Они также имеют высокое отношение мощности к весу, высокую энергоэффективность, хорошие характеристики при высоких температурах и низкий саморазряд. Большинство компонентов литий-ионных аккумуляторов могут быть переработаны, но стоимость восстановления материалов остается проблемой для отрасли. Министерство энергетики США также поддерживает Премию по переработке литий-ионных аккумуляторов, чтобы разработать и продемонстрировать выгодные решения для сбора, сортировки, хранения и транспортировки отработанных и выброшенных литий-ионных аккумуляторов для возможной переработки и восстановления материалов. В большинстве современных полностью электрических транспортных средств и PHEV используются литий-ионные аккумуляторы, хотя точный химический состав часто отличается от химического состава аккумуляторов бытовой электроники. Продолжаются исследования и разработки, направленные на снижение их относительно высокой стоимости, продление срока их службы и решение проблем безопасности в отношении перегрева.

Никель-металл-гидридные батареи

Никель-металл-гидридные батареи, обычно используемые в компьютерном и медицинском оборудовании, имеют разумную удельную энергию и удельную мощность. Никель-металлогидридные батареи имеют гораздо более длительный жизненный цикл, чем свинцово-кислотные батареи, они безопасны и устойчивы к небрежному обращению. Эти батареи широко используются в HEV. Основными проблемами, связанными с никель-металлгидридными батареями, являются их высокая стоимость, высокий саморазряд и выделение тепла при высоких температурах, а также необходимость контроля потерь водорода.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи могут быть рассчитаны на большую мощность, они недороги, безопасны и надежны. Однако низкая удельная энергия, плохие характеристики при низких температурах, а также короткий календарный и жизненный цикл препятствуют их использованию. Разрабатываются усовершенствованные свинцово-кислотные аккумуляторы большой мощности, но эти аккумуляторы используются только в коммерческих транспортных средствах с электроприводом для вспомогательных нагрузок.

Ультраконденсаторы

Ультраконденсаторы накапливают энергию в поляризованной жидкости между электродом и электролитом. Емкость накопления энергии увеличивается по мере увеличения площади поверхности жидкости. Ультраконденсаторы могут обеспечивать транспортным средствам дополнительную мощность при ускорении и подъеме на холм, а также помогают восстанавливать энергию торможения. Они также могут быть полезны в качестве вторичных накопителей энергии в транспортных средствах с электроприводом, поскольку они помогают электрохимическим батареям выравнивать мощность нагрузки.

Утилизация аккумуляторов

Электромобили появились на автомобильном рынке США относительно недавно, поэтому лишь небольшое их количество подошло к концу срока службы. Поскольку автомобили с электроприводом становятся все более распространенными, рынок переработки аккумуляторов может расшириться.

Широко распространенная переработка аккумуляторов предотвратит попадание опасных материалов в поток отходов как в конце срока службы аккумулятора, так и в процессе его производства. Извлечение материалов из рециркуляции также вернет критические материалы обратно в цепочку поставок и увеличит внутренние источники таких материалов. В настоящее время ведется работа по разработке процессов переработки аккумуляторов, которые сводят к минимуму воздействие на жизненный цикл использования литий-ионных и других типов аккумуляторов в транспортных средствах. Но не все процессы переработки одинаковы и требуют разных методов разделения для извлечения материала:

Плавка : Процессы плавки извлекают основные элементы или соли. Эти процессы сейчас работают в больших масштабах и могут работать с несколькими типами батарей, включая литий-ионные и никель-металлгидридные. Плавка происходит при высоких температурах, когда органические материалы, включая электролит и угольные аноды, сжигаются в качестве топлива или восстановителя. Ценные металлы извлекаются и отправляются на аффинаж, чтобы продукт был пригоден для любого использования. Другие материалы, в том числе литий, содержатся в шлаке, который теперь используется в качестве добавки к бетону.
Прямое восстановление : С другой стороны, некоторые процессы переработки напрямую восстанавливают материалы, пригодные для использования в батареях. Компоненты разделяются различными физическими и химическими процессами, и все активные материалы и металлы могут быть восстановлены. Прямое восстановление представляет собой низкотемпературный процесс с минимальным потреблением энергии.
Промежуточные процессы : Третий тип процесса находится между двумя крайностями. В таких процессах могут использоваться несколько типов батарей, в отличие от прямого восстановления, но материалы извлекаются дальше по производственной цепочке, чем при плавке.

Разделение различных материалов для аккумуляторов часто является камнем преткновения при восстановлении ценных материалов. Таким образом, конструкция батареи, предусматривающая разборку и переработку, важна для успеха электромобилей с точки зрения устойчивости. Стандартизация батарей, материалов и конструкции элементов также упростит и удешевит переработку.

См. отчет: Техническая и экономическая целесообразность использования бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей в стационарных устройствах.

Дополнительная информация

Узнайте больше об исследованиях и разработках аккумуляторов на страницах хранения энергии Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и на странице аккумуляторов Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.

Управление температурным режимом батареи

Влияние температуры

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
Последуют судебные иски

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 снова. 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 батареи и для повышения температуры могут потребоваться внешние нагреватели. Это может быть обеспечено за счет отвлечения части емкости батареи на отопление. С другой стороны, то 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.