Нагрев телефона во время работы или зарядки, что является физическим явлением

Обновлено: 12.08.2022

Обновление 2021 г.: мы больше не продаем наш термоэлектрический генератор, но мы по-прежнему заинтересованы в обеспечении гибкого питания с помощью наших бесбутановых, ветрозащитных и перезаряжаемых электрических зажигалок, а также наших гибких, универсальных и защищенных от непогоды светодиодных светильников, которые работают в любом месте в кемпинге, в кухонных шкафах, в высокотехнологичных играх или для работы на дому.

Теперь вернемся к термоэлектрике!

Строго говоря, термоэлектрические генераторы берут разницу температур и превращают ее в электрическую энергию. Удивительно, но эти материалы можно запускать и в обратном направлении! Если вы подадите энергию в термоэлектрический генератор, вы создадите разницу температур. Небольшие мини-холодильники для нескольких газированных напитков используют термоэлектрические генераторы для эффективного охлаждения нескольких напитков.


Чтобы понять, как термоэлектрики генерируют электричество из разницы температур, мы должны немного знать о том, как электроны движутся в металле. Металлы являются хорошими проводниками, потому что электроны могут свободно двигаться в них, подобно жидкости в трубе. Представьте, что у вас есть труба, полная воды, и вы поднимаете один конец, что происходит? Вода будет течь по трубе от верхнего конца к нижнему. Это потому, что когда вы подняли трубу, вы увеличили потенциальную энергию, и вода хочет течь вниз. В термоэлектрическом материале то же самое происходит с жидкими электронами, когда вы его нагреваете.

Нагрев одного конца термоэлектрического материала заставляет электроны двигаться от горячего конца к холодному концу. Когда электроны переходят с горячей стороны на холодную, возникает электрический ток, который PowerPot использует для зарядки USB-устройств. Чем больше разница температур, тем больше производится электрического тока и, следовательно, больше энергии.

Сложность термоэлектрических генераторов заключается в том, что когда вы нагреваете горячую сторону, холодная сторона генератора тоже нагревается. Чтобы генерировать энергию с помощью термоэлектрического генератора, вам нужен как источник тепла, так и способ рассеивания тепла, чтобы поддерживать разницу температур между термоэлектрическими материалами. Это делается без движущихся частей путем нагревания воды в PowerPot. Вода удерживает в несколько раз больше тепла, чем алюминий на фунт, поэтому она является прекрасным радиатором. Кроме того, вода при кипении никогда не нагревается выше 212 F (100 C), что эффективно ограничивает максимальную температуру «холодной» стороны термоэлектрического генератора. Вот почему в PowerPot всегда должно быть что-то водянистое, иначе можно перегреть термоэлектрический генератор.

рендеринг показывает температуру распределение в PowerPot во время работы

Эта визуализация показывает распределение температуры в PowerPot во время работы, при этом некоторые детали удалены для ясности.

Основные сведения о термоэлектрике

Термоэлектрическая мощность — это преобразование разницы температур непосредственно в электрическую энергию. Термоэлектрическая энергия является результатом двух физических эффектов: эффекта Зеебека и эффекта Пельтье.

Эффект Зеебека назван в честь Томаса Дж. Зеебека, который впервые обнаружил это явление в 1821 году. Зеебек заметил, что когда петля, состоящая из двух разнородных материалов, нагревается с одной стороны, создается электромагнитное поле. На самом деле он открыл электромагнитное поле прямо с помощью компаса! Он отметил, что сила электромагнитного поля и, следовательно, напряжение пропорциональны разнице температур между горячей и холодной сторонами материала, которая создает разницу напряжений. Величина коэффициента Зеебека (S) зависит от материала и рабочей температуры. Таким образом, коэффициент Зеебека определяется как:


< /p>

В этом уравнении ΔV — это разница напряжений между горячей и холодной сторонами, ΔT — разница температур между горячей и холодной сторонами. Отрицательный знак исходит из отрицательного заряда электрона и правил протекания тока. Отрицательный коэффициент Зеебека приводит к тому, что электроны являются доминирующими носителями заряда (n-тип), тогда как дырки являются доминирующими носителями (p-тип) в материалах с положительным коэффициентом Зеебека. Говорят, что большинство носителей заряда перемещаются от нагретой стороны к более холодной стороне. Неосновные носители заряда движутся в противоположном направлении, но с меньшей скоростью из-за фононного увлечения и скоростей диффузии носителей заряда. Таким образом, для реализации протекания тока в устройстве требуются материалы как n-типа, так и p-типа.

Что нужно помнить об эффекте Зеебека:

  • В твердых телах есть носители заряда, которые облегчают поток электроэнергии.
  • Носители заряда бывают двух видов: отрицательные электроны "n-типа" и положительные "дырки", которые мы используем для отслеживания подвижного положительного заряда в твердых телах "p-типа".
  • Нагрев одного конца проводящего твердого тела увеличивает концентрацию носителей заряда, и распределение заряда создает напряжение, которое можно измерить. Это называется эффектом Зеебека.

Эффект Пельтье был впервые обнаружен в 1834 году Жаном К.А. Пельтье, в честь которого он был назван. Пельтье обнаружил, что всякий раз, когда цепь из двух разнородных материалов пропускает ток, тепло поглощается на одном конце соединения и выделяется на другом. Это линейно зависимый и термодинамически обратимый процесс, в отличие от необратимого и квадратичного по природе джоулева нагревания. Этот процесс лежит в основе термоэлектрического охлаждения и контроля температуры, в настоящее время это наиболее широкое применение термоэлектрических устройств.

Однако при применении перепада температур происходит обратный процесс, и возникает ток, тем самым вырабатывая энергию. На рисунке ниже показано устройство TEP в конфигурации как для охлаждения, так и для генерации электроэнергии.


< /p>

Термоэлектрический генератор диаграмма

Термоэлектрический охладитель (слева) и электрогенератор (справа). Течение тока помечено в направлении электронов.

Эффективность, с которой материал способен генерировать энергию, определяется показателем качества (Z). Как видно из приведенного ниже уравнения, добротность больше всего зависит от коэффициента Зеебека материала.

Z = (S² * п)/К

В приведенном выше уравнении добротность определяется с точки зрения коэффициента Зеебека, электропроводности и теплопроводности. Максимальное производство электроэнергии требует минимизации теплопроводности при максимальном увеличении коэффициента Зеебека и электропроводности.

Термоэлектрический генератор PowerPot

PowerPot – это термоэлектрический генератор, использующий тепло для выработки электроэнергии. PowerPot не имеет движущихся частей или батарей, а поскольку термоэлектрическая технология встроена в дно кастрюли, она может производить электричество из самых разных источников тепла. Просто добавьте воды и поместите PowerPot в огонь (например, дрова, пропан, бутан, спирт, газ), и он начнет генерировать электричество в течение нескольких секунд. Просто подключите высокотемпературный кабель к задней части кастрюли и наблюдайте, как ваши USB-устройства безопасно заряжаются от огня.

Чем больше разница температур между водой в кастрюле и дном кастрюли, тем больше электроэнергии будет производить PowerPot. Например, таяние снега в PowerPot — отличный способ вырабатывать электричество, потому что снег намного холоднее пламени. Тем не менее, вам не нужно беспокоиться о перегрузке вашего устройства, потому что PowerPot имеет встроенный регулятор, который обеспечивает безопасную зарядку ваших USB-устройств. Регулятор выдает 5 вольт (стандарт USB) и ток до 1000 миллиампер, что является максимальным значением, которое может выдержать любой смартфон/MP3-плеер на рынке. Это означает, что при зарядке USB-устройства с помощью PowerPot время зарядки будет таким же, как и от домашней розетки.

Современная компьютерная память кодирует информацию, переключая магнитные биты внутри устройств. Новаторское исследование, проведенное исследователями из Департамента электротехники и вычислительной техники Национального университета Сингапура, позволило найти новый эффективный способ использования «спиновых волн» для переключения намагниченности при комнатной температуре для более энергоэффективной спиновой памяти и логические устройства.

Традиционные электронные чипы страдают от значительного «джоулева тепла», которое возникает из-за протекания электрического тока, создающего высокие температуры. Это вызвано быстрым движением и частыми столкновениями движущихся зарядов внутри устройств. Эта серьезная проблема не только приводит к большому количеству рассеиваемой мощности, но также снижает скорость обработки микросхемы и ограничивает количество микросхем, которые можно встроить в устройства.

"Мы всегда сталкиваемся с такими проблемами и неудобствами при использовании наших телефонов, компьютеров и других электронных устройств.Мы часто обнаруживаем, что эти устройства становятся «горячими» и «медленными», более того, нам нужно часто их заряжать, а иногда приходится брать с собой еще одно портативное зарядное устройство», — пояснил профессор Ян Хёнсу, руководитель группы этого исследования.

Итак, вместо того, чтобы применять стандартные методы инжекции электронов, используемые в традиционной электронике, команда профессора Янга творчески использовала "спиновые волны" для переключения намагниченности. Спиновые волны — это распространяющиеся возмущения в упорядочении магнитных материалов, и с точки зрения квазичастиц спиновые волны известны как «магноны».

Команда создала двухслойную систему, состоящую из антиферромагнитного магнонного транспортного канала и спинового источника с топологическим изолятором. Затем они впервые в мире успешно продемонстрировали переключение намагниченности, управляемое спиновыми волнами, в соседнем ферромагнитном слое с высокой эффективностью при комнатной температуре.

Новая схема переключения, основанная на спиновых волнах, позволяет избежать перемещения зарядов. Следовательно, для устройств можно ожидать гораздо меньшего джоулевого тепла и рассеивания мощности. Развитие коммутации на основе спиновых волн может открыть новые возможности для энергоэффективных микросхем.

Результаты исследования были опубликованы 29 ноября 2019 года в журнале Science.

Спиновые волны и магнонный крутящий момент

«Спиновые волны (магноны) могут передавать информацию о спине даже в изоляторах без участия движущихся зарядов. Это уникальное свойство потенциально позволяет более длительное распространение спина, но с меньшим рассеянием по сравнению со спинами электронов», — объяснил доктор Ван И, первый автор этого исследования. работа.

«Тогда мы можем контролировать намагниченность, если перенесем информацию о спине от магнонов к локальной намагниченности, которую можно понимать как «магнонный крутящий момент», — сказал доктор Ван. Точно так же, как линейная сила представляет собой толчок или тягу, крутящий момент можно рассматривать как скручивание объекта. «Следовательно, этот новый способ манипулирования намагничиванием может быть использован для будущих запоминающих устройств и логических устройств», — добавил он.

Возможные приложения и следующие шаги

«Наша работа впервые показывает, что магнонного крутящего момента достаточно для переключения намагниченности при комнатной температуре. Даже эффективность магнонного крутящего момента сравнима с эффективностью электрического вращающего момента, которую мы исследовали ранее. Мы считаем, что ее можно значительно повысить с помощью инженерных устройств. , так что крутящий момент магнона станет более энергоэффективным", — сказал профессор Ян.

«Мы знаем, что электрический вращающий момент открыл эру для приложений спинтроники, таких как магнитные запоминающие устройства с произвольным доступом (MRAM). Мы считаем, что наш отчет о новой схеме магнонного вращающего момента для переключения намагниченности — это идея, меняющая правила игры в спинтронике. , Это оживит не только новую область исследований в области магноники, но и практические устройства, управляемые магнонами", — заявил доктор Ван.

Затем исследовательская группа продолжит работу над повышением эффективности магнонных крутящих моментов и исследует все магнонные устройства без использования электрических деталей. Кроме того, рабочая частота спиновых волн находится в терагерцовом диапазоне. Терагерцовые устройства могут передавать данные на значительно более высоких скоростях, чем это возможно в настоящее время. «Поэтому устройства на основе магнонного крутящего момента позволят в будущем реализовать сверхвысокоскоростные приложения», — сказал профессор Ян.

Вот почему смартфоны перегреваются, и несколько шагов, которые вы можете предпринять, чтобы охладить их.


(Иллюстрация: Yusak_P/Shutterstock)

Тепло — злейший враг вашего телефона. Современные смартфоны содержат мощные процессоры и аккумуляторы большой емкости в тонких корпусах, из-за чего перегрев становится серьезной проблемой даже в нормальных условиях эксплуатации (смотрим на вас, Galaxy Note 7). Независимо от того, идет ли речь о зарядке, бездействии или выполнении более активных задач, ваш телефон имеет безопасную внутреннюю температуру, которую необходимо поддерживать, чтобы избежать короткого замыкания, возгорания или даже взрыва.

Иногда внутренние дефекты могут привести к серьезным проблемам, в других случаях срок службы телефонов зависит от того, как мы обращаемся с ними. Какой бы ни была причина, если ваш телефон перегревается, вы можете предпринять несколько шагов, чтобы охладить ситуацию и предотвратить ее повторение.

Какой температуры должен быть мой телефон?

Производители смартфонов рекомендуют держать устройство при температуре от 32 до 95 градусов Фаренгейта/от 0 до 35 градусов Цельсия, когда оно заряжается, выполняет задачи или простаивает. Он может нагреваться сильнее, если вы часами играли в игры, транслировали видео или зеркально отображали свой экран, или вы синхронизируете огромное количество данных с облаком, восстанавливаетесь из резервной копии или используете графику с интенсивным или дополненным режимом. приложения или функции реальности, среди прочего.

К сожалению, нет простого способа проверить внутреннюю температуру вашего устройства. В прошлом некоторые телефоны отображали эту информацию в меню настроек, но это уже не так.Вместо этого вам понадобится стороннее приложение для надежного наблюдения за внутренними процессами вашего телефона.

На что обращать внимание

Хотя в телефонах есть процессоры, как в вашем компьютере, у них нет внутренних вентиляторов для снижения температуры, в основном потому, что телефоны выполняют не такие трудоемкие задачи, как ПК. Современные смартфоны помогут вам в этом, выводя предупреждение на экран, если устройство перегревается. Он также может отключить определенные функции, чтобы помочь ему остыть. Но полагаться на эти предупреждения — плохая идея; регулярное воздействие высоких температур на телефон может привести к его необратимому повреждению.

Будьте осторожны, где вы кладете свой телефон

Производители советуют пользователям хранить свои устройства при температуре окружающей среды от -4 до 113 градусов по Фаренгейту. Если чуть ниже, телефон может заклинить; выше, и вы рискуете необратимым повреждением. Так что держите его подальше от приборной панели в жару.

Это может показаться глупым, но обратите внимание, куда вы кладете телефон, когда он заряжается. Поскольку подключение к источнику питания естественным образом повысит температуру устройства, держите телефон в чистоте. Не заряжайте его в постели и не прячьте под подушками, одеялами, бумагами или книгами. Вместо этого ваш смартфон должен как можно дольше лежать на твердой плоской поверхности.

Отключить и перезапустить

Ваш телефон стал слишком горячим (но не настолько, чтобы вы не могли с этим справиться)? Это должно быть само собой разумеющимся, но не кладите его в морозильник. Внезапные перепады температуры могут серьезно повредить телефон, поскольку компоненты внутри устройства расширяются при нагревании, поэтому сильный холод может привести к нежелательному увлажнению телефона.

Вместо этого отключите телефон от сети, если он заряжается. Затем выключите его и оставьте в прохладном месте, вдали от прямых солнечных лучей или любых источников тепла, таких как радиатор. Если на устройстве есть чехол для телефона, снимите его.

Попробуйте другое зарядное устройство

Если устройство только что заряжалось, проверьте его на наличие повреждений. Кабель расплавлен или измельчен до такой степени, что видна внутренняя проводка? Утилизируйте его безопасно и используйте без повреждений.

Даже если с зарядным устройством все в порядке, убедитесь, что оно произведено известным брендом. В идеале вы будете заряжать свой телефон только зарядным устройством, которое входит в комплект. Но если ваш новый iPhone или телефон Galaxy не поставлялся с ним, убедитесь, что зарядное устройство произведено Apple или Samsung, или остановитесь на известном бренде, таком как Anker.

Дешевые альтернативы от неизвестных компаний, продаваемые в Интернете, небезопасны; потенциальные опасности не стоят тех нескольких долларов, которые вы могли бы сэкономить. Если вы не знаете, что искать, у Apple есть целая страница, посвященная выявлению поддельных зарядных устройств MFi для iPhone.

Перевести вредоносные приложения в спящий режим

ЦП вашего устройства усердно работает для обработки игр, функций дополненной реальности и даже GPS-навигации. Если телефон нагревается во время работы одного из этих приложений, принудительно закройте программу и дайте устройству отдохнуть.

Даже если вы не используете приложение активно, оно все равно может работать в фоновом режиме и нагружать ЦП. На устройстве Android вы можете перевести эти программы в спящий режим. Конкретные инструкции различаются в зависимости от производителя вашего телефона и операционной системы, но на устройстве Samsung под управлением Android 11 вы можете открыть «Настройки» > «Аккумулятор и уход за устройством».

Нажмите «Батарея» и выберите «Ограничения использования в фоновом режиме». Опция Перевод неиспользуемых приложений в спящий режим должна быть включена по умолчанию; если нет, включите его. Вы также можете вручную добавить некорректно работающие приложения в разделы «Спящие приложения» — те, которые лишь изредка запускаются в фоновом режиме, — и «Глубоко спящие приложения» — те, которые запускаются только при их открытии. Выберите категорию, коснитесь значка +, выберите приложения-нарушители и нажмите "Добавить", чтобы перевести их в спящий режим.

Ваше устройство может уведомлять вас, когда определенное приложение использует слишком много ресурсов, и предлагать перевести приложение в спящий режим или удалить его. Не игнорируйте предупреждения такого типа.

Рекомендовано нашими редакторами

Установить обновления

Что еще нельзя игнорировать? Обновления. Производители телефонов и разработчики приложений регулярно выпускают обновления программного обеспечения, и эти обновления безопасности и функций защищают телефоны от недостатков безопасности и помогают им запускать продвинутые приложения.

На iPhone выберите «Настройки» > «Основные» > «Обновление ПО», чтобы вручную проверить наличие обновлений ОС. Нажмите «Автоматические обновления», чтобы установить их автоматически, когда телефон подключен к сети Wi-Fi и заряжается. Для устройства Android найдите параметр «Обновление ПО» или «Обновление системы» в настройках.

Ваши приложения также должны быть настроены на автоматическое обновление. Откройте «Настройки» > «App Store» на iPhone и убедитесь, что «Обновления приложений» в заголовке «Автоматические загрузки» включены. На Android щелкните свой профиль пользователя в магазине Google Play и выберите «Управление приложениями и устройством». При наличии обновлений будет отображаться параметр Доступные обновления.

Проверить наличие вредоносных программ

Если ваш телефон по-прежнему перегревается, причиной может быть вредоносное ПО.Например, вредоносное ПО Loapi для Android может увеличить вычислительную мощность вашего процессора, перегреть аккумулятор и нанести непоправимый ущерб устройству. Если ваше устройство работает медленнее, чем обычно, запускает всплывающие окна и нагревается даже в режиме ожидания, возможно, в вашем телефоне есть вирус.

Подход Apple к iOS-приложениям, обнесенный стеной, означает, что ваш iPhone с меньшей вероятностью будет поражен вредоносными программами, чем телефон Android. Если вы регулярно загружаете новые приложения из Play Store, убедитесь, что эти загрузки сканируются. Откройте Google Play и щелкните значок пользователя. Выберите «Управление приложениями и устройством» и найдите слова «Вредоносные приложения не найдены». (Вы также можете нажать на эту запись и выполнить сканирование вручную, чтобы убедиться в этом.) Коснитесь шестеренки настроек на этой странице и убедитесь, что Play Protect включен.

Хотя это хороший инструмент, он не решит все проблемы. Приложения, зараженные вредоносными программами, нашли способы обойти процесс проверки в Play Store. Когда это произойдет, Google может отключить приложение, но тем, кто его загрузит, придется удалить его вручную. Именно это произошло, когда в Play Store были обнаружены 16 приложений, зараженных вредоносным ПО Joker, и еще 21 приложение, зараженное вредоносным ПО HiddenAds.

Если вы считаете, что ваше устройство заражено вредоносным ПО, или хотите предотвратить такую ​​проблему, многие популярные антивирусные компании предлагают бесплатные антивирусные приложения для Android или включают их в подписку для нескольких устройств. Bitdefender, Kaspersky, Norton и McAfee — выбор редакции PCMag в этой категории.

информационный бюллетень, чтобы получать наши лучшие новости о мобильных технологиях прямо на ваш почтовый ящик.","first_published_at":"2021-09-30T21:18:21.000000Z","published_at":"2021-09-30T21:18:21.000000 Z","last_published_at":"2021-09-30T21:18:03.000000Z","created_at":null,"updated_at":"2021-09-30T21:18:21.000000Z">)" x-show=" показатьEmailSignUp()" >

Нравится то, что вы читаете?

Подпишитесь на информационный бюллетень Race to 5G, чтобы получать наши лучшие новости о мобильных технологиях прямо на вашу почту.

Этот информационный бюллетень может содержать рекламу, предложения или партнерские ссылки. Подписка на информационный бюллетень означает ваше согласие с нашими Условиями использования и Политикой конфиденциальности. Вы можете отказаться от подписки на информационные бюллетени в любое время.

Температура батареи является важным параметром практически для всех внутренних процессов, включая побочные реакции.

Связанные термины:

Скачать в формате PDF

Об этой странице

БАТАРЕИ | Быстрая зарядка

Быстрая зарядка и температурный эффект

Во время быстрой зарядки температура аккумулятора должна напрямую влиять на управление зарядом. Тепло выделяется при зарядке и разрядке за счет (1) обратимого термодинамического вклада, представляющего собой изменение энтропии, связанное с зависимостью температуры от свободной энергии заряда (− T ΔS); 2) вклад необратимости реакции переноса заряда (практически перенапряжение); и (3) особенно джоулевые потери на IR батареи преобладают при быстрой зарядке и быстрой разрядке. Во время быстрой зарядки высококонцентрированная серная кислота диффундирует из пор АМ, и значительное количество энергии выделяется за счет разбавления кислоты в объемном электролите низкой концентрации.

Температура батареи является важным параметром практически для всех внутренних процессов, включая побочные реакции. Кинетика реакции переноса заряда сильно зависит от температуры батареи. Это приводит к увеличению емкости батареи с температурой батареи и наоборот в узком диапазоне температур около стандартной комнатной температуры (To=298 K); изменение может быть аппроксимировано как

Аппроксимированная зависимость емкости от температуры также отражает проводимость электролита, диффузию электролита, рекристаллизацию и другие процессы, меняющиеся в зависимости от температуры. Изменение температуры имеет очень ограниченное влияние на равновесное напряжение батареи при стандартных условиях; он определяется приближенным уравнением

Зависимость кинетической константы реакций (k) (включая побочные реакции) от изменения температуры батареи (ΔT) определяется уравнением Аррениуса. Кинетическая скорость увеличивается примерно вдвое при повышении температуры на 10 К:

Помимо кинетики и емкости реакции переноса заряда, наблюдаются следующие основные побочные реакции и механизмы:

повышенная коррозия (особенно положительного электрода),

необратимому сульфатированию способствует ускоренная рекристаллизация,

необратимое сульфатирование затруднено более высокой растворимостью и перезарядкой частиц сульфата свинца (PbSO4),

уничтожение расширителя/модификатора кристалла в NAM,

«ведущий» процесс в отрицательном электроде, приводящий к меньшей площади активной поверхности, и

риск перегрева.

Когда аккумулятор подвергается циклированию при низкой температуре, следует учитывать следующие основные эффекты:

более низкое энергопотребление,

меньшая пропускная способность,

более низкая подвижность ионов в электролите,

более низкая кинетика реакции заряда-разряда,

нижний раствор сульфата свинца,

более низкая скорость процесса коррозии и

риск замерзания электролита.

При низкой температуре использование емкости аккумулятора может снизиться, и он может перезарядиться из-за снижения приема заряда.

Оптимальная рабочая температура для аккумулятора может немного отличаться в зависимости от типа и конструкции аккумулятора и находится в диапазоне 25–45 °C. Ускоренное и усиленное растворение сульфата свинца при более высокой температуре аккумулятора способствует перезарядке некоторых необратимо сульфатированных АД и частично восстанавливает утраченную емкость. Некоторое повышение температуры батареи в сочетании с определенным профилем циклов может привести к увеличению срока службы. В литературе сообщается о продлении срока службы батареи при определенном повышении температуры.

Стандарт ANSI/IEE Std 535-1986 определяет испытание на ускоренный цикл при повышенной температуре. Температурный коэффициент ускорения Fa определяется следующим уравнением, в котором TE (K) равно повышенная температура испытания и To=298 K – стандартная комнатная температура. График зависимости относительного срока службы от температуры батареи показан на рисунке 10, на котором коэффициент α=0,03.


< /p>

Рисунок 10 . Влияние температуры на срок службы согласно стандарту ANSI/IEE Std 535-1986.

Локальное изменение температуры в одном элементе VRLA было измерено во время быстрой зарядки с помощью инфракрасной камеры. Снимки через 4, 8 и 13 минут показаны на рисунке 11. Бледный прямоугольник представляет собой границу пластикового корпуса ячейки; вид перпендикулярен пластине электрода. Ячейка стоит в типичном вертикальном положении с обоими наконечниками электродов и клеммами вверху (видно на самом левом снимке). Тепловыделение в ячейке при быстрой зарядке неравномерно по электродным пластинам. Объяснение приведено далее в этой статье.


< /p>

Рисунок 11 . Инфракрасные изображения развития одного элемента свинцово-кислотной батареи с регулируемым клапаном (VRLA) во время быстрой зарядки.

Помимо интеграции контроля температуры батареи с алгоритмом зарядки, температуру батареи можно напрямую контролировать с помощью активной системы воздушного или водяного нагрева/охлаждения батареи. Наконец, температура батареи может быть самым ограничивающим фактором для быстрой зарядки, особенно для больших батарей.

Моделирование эквивалентной электрической схемы

Шунли Ван, . Цзунхай Чен, Моделирование аккумуляторных систем, 2021 г.

2.4.3 Эквивалентное моделирование сращивания

Основной задачей модели температуры батареи является расчет изменения температуры батареи при рассеивании тепла. Теоретически электрохимическая модель батареи является лучшим способом расчета температуры батареи, поскольку химическая реакция внутри батареи может быть непосредственной причиной изменения температуры. Электрохимическая модель точно описывает механизм химической реакции внутри батареи, поэтому также можно точно рассчитать количество тепла, выделяемого батареей в результате химической реакции. Температура батареи, рассчитанная по электрохимической модели, наиболее близка к температуре батареи. Однако на создание электрохимических моделей большое влияние оказывает процесс производства аккумуляторов. Из-за секретности предприятия и точности оборудования производителей аккумуляторов электрохимическая модель подходит только для теоретических исследований, которые не могут быть применены к инженерному контролю.

Температурная модель батареи в этом разделе основана на анализе электрической модели батареи, а также стандартного теплового состава основных химических реакций в батарее. Хотя точность модели снижается, она по-прежнему применима в качестве цели инженерных исследований, не требующих высоких температур. В температурной модели температура TBat батареи определяется уравнением (2.30):

Среди них TBat,0 указывает начальную температуру батареи, обычно принимая во внимание температуру окружающей среды. CBat указывает удельную теплоемкость батареи. Удельная теплоемкость батареи обычно составляет 800–1000 Дж/кг·К. Данные испытаний, возвращенные изготовителю батареи, показывают, что удельная теплоемкость образца батареи составляет 854 Дж/кг·К. м Bat указывает на качество батареи, а масса отдельной ячейки составляет 1004 г, поэтому общая масса образца батареи составляет 10,04 кг.Общее тепло, поглощаемое батареей, может быть представлено параметром Pω. В этой модели тепло, поглощаемое батареей, в основном вызвано теплом, генерируемым напряжением внутренних потерь, внутренней химической реакцией, током саморазряда, теплообменом и окружающей средой. Эти несколько частей можно составить, поэтому общее количество тепла, поглощаемого батареей Pw, можно выразить по уравнению. (2.31):

Среди них PДжоуль используется для описания тепла, вызванного напряжением холостого хода, которое генерируется внутренними потерями Напряжение. Тепло PMR производится в результате внутренней химической реакции. Нагрев PLR вызван током саморазряда аккумулятора. Тепло PRad генерируется при обмене батареи и окружающей среды. Процесс математического расчета можно описать в уравнении. (2.32) :

(2.32) P Джоуль = I Bat U Потери P MR = C MR I Bat P LR = U Bat I Потери P Rad = ɛ S Bat σ T Bat 4 − T Amb 4

Среди них IBat указывает на ток в батарее. ULoss представляет собой напряжение потери батареи. IПотери представляет собой ток саморазряда батареи. UBat представляет собой напряжение на клеммах аккумулятора. CMR представляет собой постоянную батареи, которая составляет 27 мВ для литий-манганатных батарей. TAmb указывает температуру окружающей среды. SBat указывает на площадь контакта между аккумулятором и окружающей средой. σ — постоянная Стивена-Больцмана, равная 5,67 × 10–8 Вт/м 2 . ɛ - скорость рассеяния, постоянная коэффициента излучения для обычных строительных материалов, обычно от 0,7 до 0,9. Из-за неопределенности модель временно установлена ​​как 0,8.

Конечная цель построения модели батареи — имитировать расчет параметров батареи, и модель необходимо использовать во встроенном процессоре, поэтому непрерывная интегральная форма переменных в модели заменяется на дискретную. с фиксированным размером шага. Длина рабочего шага модели установлена ​​равной 100 мс, что не только обеспечивает точность модели, но и гарантирует, что потребление ресурсов встроенным процессором не будет слишком высоким. Эта модель также является стандартной моделью эквивалентной схемы батареи, указанной в руководстве по экспериментам с батареями. Модель имеет ясный физический смысл. Идеальное напряжение холостого хода источника напряжения представляет собой напряжение холостого хода батареи. Уравнения перечислены в соответствии с законом Кирхгофа, и уравнение в пространстве состояний получается, как показано в уравнении. (2.33):

(2.33) U o U p = 0 0 0 − 1 / R p C p U o U p + 1 / C o 1 / C p ILUL = 1 1 U o U p + R 0 IL + U OC< /p>

Сопротивление R0 — это внутреннее сопротивление батареи. Сопротивление Rp — это внутреннее сопротивление поляризации батареи. Емкость Cp — это поляризационная емкость батареи, а IL — ток нагрузки батареи. Ip — ток поляризации батареи. UL — напряжение на клеммах аккумулятора. Емкость Co представляет собой изменение напряжения холостого хода, вызванное интегрированием тока нагрузки I L со временем. Напряжение Up на конденсаторе Cp можно использовать как переменные состояния. Ток клеммы IL является входной переменной, а напряжение клеммы UL используется в качестве выходной переменной.

Развитие литий-ионных аккумуляторов и последние технологические тенденции

Акира Йошино, Lithium-Ion Batteries, 2014 г.

6.2.2 Неорганическое покрытие

Одним из недостатков полиолефиновых сепараторов является возможность разрыва мембраны, когда температура батареи продолжает расти после включения функции выключения (см. Раздел 6.1.4). Одним из способов предотвращения этого является покрытие поверхности мембраны термостойким неорганическим слоем. В дополнение к неорганическим материалам, таким как оксид алюминия, кремний, диоксид титана и магнезия, кандидаты включают стеклообразные материалы, антиоксидантные керамические частицы, глинистые минералы, соединения солей металлов и таблитчатые наполнители. В этом методе в качестве связующего используется термостойкая смола, которая удерживает слой на поверхности сепаратора. В качестве связующего используются ароматическая полиамидная смола, полиимидная смола, жидкокристаллический полиэфир и ароматический полиэфир.В дополнение к обеспечению повышенной безопасности за счет предотвращения разрушения сепаратора при высокой температуре и во время перезарядки было обнаружено, что добавление неорганического слоя с антиоксидантными свойствами повышает стабильность на стороне, контактирующей с катодом. Такие сепараторы с покрытием начали находить ограниченное коммерческое применение в мощных ЛИА, в которых используются усовершенствованные катодные материалы, и ожидается, что они станут более популярными по мере продолжения разработки таких ЛИА, но неизбежные дополнительные затраты, связанные с процессом нанесения покрытия, создадут проблемы для широкое распространение.

Работа свинцово-кислотных аккумуляторов в микрогибридных и электрифицированных транспортных средствах

13.3.1 Обычная зарядка

Почти все автомобили, не использующие стратегию рекуперативной зарядки, используют уставку, зависящую от температуры аккумулятора. Здесь зарядное напряжение повышается при низких температурах батареи и понижается, когда электролит начинает нагреваться. На рис. 13.4 показан один пример такой кривой управления напряжением. Эта кривая регулирования напряжения должна быть разработана таким образом, чтобы предотвратить недозаряд зимой и/или в холодном климате, а также чрезмерное газообразование и коррозию летом и/или в жарком климате. Верхнее и нижнее напряжения отсечки также должны соответствовать требованиям к производительности и долговечности.

< бр />

Рисунок 13.4. Пример кривой регулирования напряжения генератора.

Эти заданные уровни напряжения необходимо дополнительно скорректировать, чтобы учесть и другие факторы. Если батарея, например, упакована в багажнике, необходимо соединить ее кабелем с генератором в моторном отсеке. В зависимости от тока и сопротивления кабеля это может привести к значительному падению между заданным напряжением генератора переменного тока и фактическим напряжением зарядки аккумулятора. Кривая контроля напряжения должна быть скорректирована, чтобы соответствовать требованиям зарядки в этих условиях.

Уставка напряжения дополнительно ограничивается требованиями к напряжению системы. Как правило, оно никогда не должно превышать 16 В максимум. И наоборот, другие функции автомобиля, такие как управление крутящим моментом двигателя, могут потребовать временной разгрузки генератора с помощью низкой уставки, что приведет к кратковременному разряду аккумулятора.

Для определения температуры батареи можно использовать BMS. Он измеряет температуру локально в нише опоры и использует простую тепловую модель для расчета внутренней температуры батареи. Если в автомобиле нет BMS, эта функция может быть реализована с помощью модели температуры аккумуляторной батареи, реализованной либо в модуле управления силовым агрегатом, либо в контроллере кузова. Затем один из двух модулей оценивает приблизительную температуру кислоты на основе измеренных значений температуры окружающего воздуха и охлаждающей жидкости двигателя, а также информации о ездовом цикле. Такие модели батарей без BMS необходимо калибровать для каждой комбинации трансмиссии/автомобиля индивидуально. Типичное требование к точности составляет ±5°C от измеренной средней температуры электролита, обычно без учета температурных градиентов внутри и между элементами. Измеренная или расчетная температура батареи используется в качестве входных данных для справочной таблицы кривой управления напряжением, регулирующей уставку генератора переменного тока.

Быстрая и высокоэффективная автономная зарядка NiMH/NiCd аккумуляторов

Отключение автономного платежа

Методы прекращения заряда, используемые LTC4010 и LTC4011, используют изменения напряжения и температуры аккумулятора, чтобы надежно указать, когда достигается полный заряд в зависимости от выбранного зарядного тока. Ток заряда должен быть достаточно высоким (между 0,5°C и 2°C), чтобы батарея демонстрировала профиль напряжения и температуры, необходимый для правильного прекращения зарядки. На рис. 202.2 показан типичный профиль быстрой зарядки, отображающий зарядный ток, температуру батареи и напряжение на элемент. Этот профиль указывает на то, что цикл зарядки завершен из-за скорости повышения температуры или ΔT/Δt.

< бр />

Рисунок 202.2. Типичный профиль быстрой зарядки NiMH

Алгоритм прекращения заряда −ΔV запускается вскоре после того, как начинает течь полный зарядный ток. Фиксированное время задержки предотвращает ложное завершение из-за колебаний напряжения аккумуляторов, которые сильно разряжены или недавно не заряжались. Для аккумуляторов, которые почти полностью заряжены, последовательность завершения -ΔV начинается немедленно, чтобы предотвратить перезарядку.

Во время цикла заряда активны оба метода завершения -ΔV и ΔT/Δt. Для никель-металлогидридных аккумуляторов окончание -ΔV требует, чтобы падение напряжения одноэлементного аккумулятора составляло 10 мВ от пикового напряжения или чтобы скорость повышения температуры (ΔT/Δt) превышала 1°C/минуту. Измерения выполняются каждые 30 секунд, и результаты должны совпадать для четырех измерений, чтобы завершение имело место.Обычно метод прекращения ΔT/Δt применяется на более ранней стадии цикла заряда. Если это происходит, LTC4010/4011 добавляет дозарядку при пониженном зарядном токе в течение 1/3 запрограммированного времени. Подзарядка происходит только при зарядке NiMH аккумуляторов.

После завершения цикла зарядки зарядное устройство продолжает контролировать напряжение аккумулятора. Если напряжение падает ниже фиксированного порогового уровня из-за внешней нагрузки на аккумулятор или саморазряда, начинается новый цикл зарядки с немедленным включением алгоритмов прекращения заряда.

Читайте также: