Isıtma elemanı seçim hesaplaması

a) Pil ısıtma elemanları temel olarak üç biçimde mevcuttur: silikon ısıtma elemanları, PTC ısıtma elemanları ve PI ısıtma filmleri. Isıtma elemanı boyut tasarımı, ısıtma gücü gereksinimleri, maliyet, ağırlık ve alan dikkate alınarak uygun malzeme seçimi yapıldıktan sonra sonuçlandırılır.

1) PTC ısıtma elemanları, seramik bir ısıtma elemanı ve tipik olarak 5-8 mm kalınlığında ve yük taşıma kapasitesine sahip bir alüminyum plaka içerir. Pil modülünün alt kısmı, Şekil 1(a)'da gösterildiği gibi tipik olarak bulundukları yerdir.

2) Silikon ısıtma elemanları, bir silikon gövde ve yaklaşık 1,2 mm kalınlığında bir ısıtma çekirdeğinden oluşur. Tipik olarak modülün yan tarafında konumlandırılırlar ve ağırlığı destekleyemezler. Alternatif olarak, Şekil 1(b)'de gösterildiği gibi modülün tabanına bir silikon ısıtma elemanı yerleştirilebilir.

3) PI ısıtma filmleri, tipik olarak yaklaşık 0,38 mm kalınlığında olan bir ısıtma çekirdeği ve bir PI filminden oluşur. Tipik olarak modülün yan tarafında konumlandırılırlar ve ağırlığı destekleyemezler. Ayrıca yeterli alan olması durumunda modülün tabanına da yerleştirilebilirler.

b) Isıtma Gücünün Hesabı

Isıtma elemanının ısıtma gücü aşağıdaki formülle belirlenir:

F = 60 × R × W

Burada F, ısıtma elemanının ısıtma gücünü, W;

Modülün özgül ısı kapasitesi R/(K ∙ K) ile gösterilir.

Modülün kilogram cinsinden ağırlığı W ile gösterilir.

60, müşterinin-istediği pil ısınma hızını, derecesini/derecesini ifade eder.

Pratik uygulamalarda modül ile diğer bileşenler arasındaki ısı iletimi, ısıtma elemanının diğer tarafındaki ısı yayılımı, akü sistemi voltajındaki değişiklikler nedeniyle ısıtma elemanı gücünün azalması gibi faktörler dikkate alınarak tasarım seçimine %20 ilave marj eklenir. Bu nedenle, gerekli olan gerçek ısıtma gücü:

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

c) Güç Yoğunluğu Seçimi

Pratik uygulamalarda, modülün her iki ucundaki piller uç plakayla doğrudan temas halinde olduğundan, uç plakadan ısı yayılımı nispeten hızlıdır. Ek olarak, uç yalıtım plakasının kenarının katlanmış olması nedeniyle, akünün uç plakaya yakın bazı bölgelerinde ısıtma elemanları eksiktir. Bu iki faktör, ısıtma sırasında modülün her iki ucundaki piller ile modülün ortasındaki piller arasında sıcaklık farkının artmasına neden olur. Bu nedenle, gerçek ısıtma elemanı tasarımında, modül ucuna yakın olan ısıtma elemanının güç yoğunluğu uygun şekilde arttırılır.

PTC ısıtma elemanları kendi-sıcaklık kontrolüne sahiptir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, seramik PTC elemanı voltaj uygulandıktan sonra ısınır ve iç sıcaklık hızla yükselerek NTC etkisinden PTC etkisine geçiş yapar. Daha sonra, sıcaklık arttıkça direnç keskin bir şekilde artar ve sonunda ısıtma ile ısı dağıtımı arasında bir dengeye ulaşılır ve otomatik sıcaklık kontrolü sağlanır. Genellikle kendi kendini-kontrol eden sıcaklık 60 derece ile 80 derece arasında tasarlanmıştır. Bir pil modülüyle birlikte kullanıldığında, ısıtma elemanının yüzey termal denge sıcaklığı oda sıcaklığında tipik olarak 20 derece ila 40 derece arasındadır. Isıtma elemanı yüzeyi kırmızı renkte parlamaz veya açık alev yaymaz, bu da güvenlik ve güvenilirlik sağlar. PTC ısıtma elemanları için yaygın olarak kullanılan güç yoğunluğu 0,5~0,6 K/K²'dir.

Silikon ısıtma elemanları ve PI ısıtma filmleri PTC'den farklı ısıtma özelliklerine sahiptir. Tablo 1'de gösterildiği gibi, daha yüksek güç yoğunluğu, daha yüksek kuru-yanma sıcaklıklarına yol açar. Isıtma gücü gereksinimleri karşılanırken, güç yoğunluğunun en aza indirilmesi gerekir. Silikon ısıtma elemanları ve PI ısıtma filmleri için yaygın olarak kullanılan güç yoğunlukları 0,25~0,4 K/K²'dir.

Isıtma elemanının her iki ucundaki güç yoğunluğu artırıldıktan sonra ısıtma elemanının toplam ısıtma gücünün yeniden hesaplanması gerekir. Hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

Burada 𝑃𝑥, W cinsinden ısıtma elemanının her iki ucunda artan güç yoğunluğunun ısıtma gücünü ifade eder.

d) Isıtma Elemanı Gerilimi

PTC ısıtma elemanları pil paketinin içine paralel olarak bağlanırken, silikon ısıtma elemanları ve PI ısıtma filmleri seri olarak bağlanır. Isıtma elemanı voltajının iki senaryosu vardır: İlk olarak, ısıtma voltajı pil takımı tarafından sağlanır; bu durumda PTC ısıtma elemanı voltajı, pil takımı platform voltajıyla tutarlıdır ve her bir silikon ısıtma elemanının ve PI ısıtma filminin voltaj değeri, seri bağlı elemanların sayısına göre belirlenir. İkincisi, ısıtma elemanı voltajı harici bir şarj cihazı tarafından sağlanır, bu durumda PTC voltajı şarj cihazı voltajıyla tutarlıdır ve her bir silikon ısıtma elemanının ve PI ısıtma filminin voltaj değeri seri olarak bağlanan elemanların sayısına göre belirlenir.

e) Isıtma Elemanı Direnci

Isıtma elemanı direnci, aşağıdaki formülde gösterildiği gibi hesaplanan ısıtma elemanı gücü ve voltajıyla belirlenir:

F = F^2/F0′

Burada F, tek bir ısıtma elemanının (V) voltajını ifade eder;

F0', tek bir ısıtma elemanının (W) ısıtma gücünü ifade eder.

f) Isıtma Elemanı Sabitleme Tasarımı: PTC ısıtma elemanları, mahfazanın alt kısmına cıvatalarla sabitlenir ve termal pedler veya yapıştırıcı aracılığıyla modül ile sıkı temas sağlanır; silikon ısıtma elemanları ve PI ısıtma filmleri genellikle modülün yan veya alt kısmına tek{0}taraflı yapıştırıcıyla yapıştırılır.

g) Isıtma Kablo Demetinin Sabitlenmesi: Kablo demeti genellikle uç plakaya veya muhafazaya, tipik olarak 150mm~200mm aralıklarla sabitlenir.