Отопительные батареи виды: Виды радиаторов отопления

Для выбора радиаторов необходимо понимать различия конструктивных особенностей каждой модели. На сегодняшний день существует несколько основных типов отопительных приборов:

• Трубчатые. Состоят из определенного количества трубок, соединенных коллекторами. Они имеют привлекательный внешний вид, большой выбор форм и размеров.
• Секционные. Радиаторы этого типа состоят из нескольких секций.
• Панельные. Приборы включают в себя одну или несколько пластин, между ними по внутренним каналам циркулирует теплоноситель.

Металлические радиаторы отопления для дома изготавливаются из различных материалов, каждый из которых характеризуется определенными эксплуатационными свойствами. Основные типы батарей:

• чугунные;
• биметаллические;
• алюминиевые;
• стальные.

Чаще всего именно материал является основным критерием при выборе радиатора, поэтому остановимся подробнее на каждом из приведенных типов.

Радиаторы из чугуна способны выдерживать рабочие температуры до +150 °С, давление до 9 атмосфер, их тепловая мощность составляет порядка 160 Вт. Средний эксплуатационный период, как и у большинства изделий из чугуна, достигает 50 лет. Среди основных преимуществ можно выделить долговечность, надежность и высокую прочность радиаторов, их устойчивость к перепадам температуры и давления, невосприимчивость к механическому и химическому воздействию. В то же время такие батареи имеют большой вес и немного грубоваты на вид.

Современные технологии позволили изготавливать чугунные радиаторы с привлекательным дизайном, способные вписаться в любой интерьер частного дома.

Узнать подробнее о нюансах выбора чугунных радиаторов отопления для частного дома и посмотреть конкретные модели из линейки Ogint можно по ссылке.

Эксплуатационные характеристики стальных и алюминиевых батарей

Не менее популярны сегодня и стальные радиаторы. Отопительные приборы становятся выбором большинства владельцев частных домов, поскольку имеют ряд преимуществ над устройствами из других материалов. К достоинствам стальных батарей можно отнести:

• низкую инерционность;
• доступную цену;
• небольшую массу;
• компактность.

Конечно, радиаторы из стали имеют и недостатки. Периодически их нужно промывать (минимум раз в 36 месяцев), они подвержены коррозии значительно больше, чем приборы других видов, а также панельные радиаторы из стали не рассчитаны на высокое рабочее давление (6-10 атм).

Алюминиевые радиаторы тоже пользуются большим спросом среди отечественных покупателей. Обычно эти приборы имеют современный дизайн, хорошо передают тепло и легко монтируются. При этом, в отличие от стальных аналогов, радиаторы из алюминия способны выдерживать давление до 25 атм при граничной температуре +110 С°. Стоит обратить внимание, что такая особенность батарей имеет и недостатки: при большой площади помещения теплый воздух будет устремляться вверх, в результате чего пол будет холодным. При выборе радиаторов стоит учитывать все нюансы.

Подробнее о особенностях выбора алюминиевых радиаторов отопления для частного дома читайте по ссылке.

Еще одним вариантов радиаторов являются биметаллические. Для их изготовления используются два вида материалов, обычно сталь и алюминий. Внутренняя часть, контактирующая с теплоносителем, изготавливается из стали, способной выдерживать значительные перепады давления. Внешний корпус изготовлен из алюминия, обладающего высокой теплоотдачей, что способствует быстрому прогреву помещения.

Такие изделия обладают повышенными эксплуатационными свойствами, сочетая в себе преимущества обоих видов радиаторов. Единственным недостатком таких батарей стала их высокая стоимость.

Узнать подробнее о биметаллических радиаторах отопления для частного дома и посмотреть ассортимент подходящих из линейки Ogint можно по ссылке.

В компании OGINT вы можете купить отопительное оборудование от ведущего мирового производителя. Продажа осуществляется по всей территории России. В ассортименте представлены чугунные, алюминиевые и биметаллические радиаторы. А значит каждый заказчик сможет подобрать отопительные приборы, исходя из потребностей, целей, условий и возможностей. На все товары предлагается действительно привлекательная цена, кроме того, в компании постоянно действуют различные акции и специальные предложения, благодаря которым покупка может стать еще выгодней.

Определяем идеальные размеры батарей отопления для квартиры и дачи

Радиатор отопления – это отопительный прибор, в народе привычно именуемый «батарея». Отопительные приборы передают доставленное к ним по трубам тепло в помещения, которые нуждаются в обогреве. Радиаторы отопления изготавливаются из различных материалов, вследствие чего имеют разную теплопроводность и способность выдерживать внутреннее давление.

Содержание

Виды радиаторов отопления в зависимости от материала изготовления.

Алюминиевые радиаторы отличаются хорошей теплопроводностью и теплоотдачей. Приятный внешний вид, легкость, способность выдерживать высокое рабочее давление – это плюсы.  Минус: алюминий, вступая в реакцию с водой, выделяет водород, который накапливается в радиаторе. На первых порах необходимо ежедневно спускать с теплоносителей скопившийся газ, иначе система отопления не будет функционировать.

Алюминиевый радиатор

Биметаллический радиатор – модификация алюминиевого радиатора. Они так же красивы и эргономичны, как алюминиевые. Отличаются наличием внутренних стальных элементов. Способны выдерживать давление до сорока атмосфер, имеют больший запас прочности. Неприхотливы к среде.

Чугунный радиатор

Стальные радиаторы отопления выпускаются двух видов: панельные, секционные и трубчатые. Панельные радиаторы недороги, неприхотливы, конструкция их проста. Трубчатые радиаторы обладают очень высокой теплоотдачей и длительным сроком службы (до 25 лет). Над их созданием трудятся дизайнеры, что позволяет отнести этот вид стальных радиаторов к классу премиум. Секционные представляют собой конструкцию из нескольких секций связанных между собой с помощью точечной сварки. Это значительно увеличивает срок эксплуатации и позволяет выдерживать перепады давления.

Стальной панельный радиатор

Что необходимо знать о размерах батарей отопления?

Радиаторы отопления выпускают разного размера, что позволяет подобрать для их установки оптимальное место в помещении.

Ошибка в выборе размеров радиаторов отопления приведет к чрезмерно низкой, или, наоборот, высокой температуре в обогреваемом помещении.

• Стандартная высота.
• Низкие радиаторы отопления.
• Высокие радиаторы отопления.

Длина радиатора зависит от количества секций.

Размеры чугунных радиаторов отопления

• Стандартные размеры чугунных радиаторов отопления: длина секции 93 мм, глубина – 140 мм, высота 588 мм.
• Низкие радиаторы отопления размеры: высота 388 мм, остальные параметры те же.
• Высокие чугунные батареи отопления: высота от 661 до 954 мм, длина секции 76 мм, глубина — 203 мм.

Чугунные радиаторы отопления способны служить до 50 лет без замены

Размеры алюминиевых радиаторов отопления

• Стандартные размеры алюминиевых радиаторов отопления : высота 575-585 мм, длина секции – 80 мм, глубина – 80-100 мм.
• Низкие: высота от 200 до 400 мм, длина секции от 40 мм, глубина до 180 мм.
• Высокие: высота 590 мм, глубина 95 мм, длина секции 80 мм.

Алюминиевые радиаторы отличаются хорошей теплоотдачей

Размеры биметаллических радиаторов отопления

• Стандартные размеры биметаллических радиаторов отопления: высота 550 – 580 мм, длина секции 80-82 мм, глубина 75-100 мм.
• Низкие: высота 30 -500 мм, длина секции 80 мм, глубина – 95 мм.
• Высокие: высота 880 мм, длина секции 80 мм, глубина – 95 мм.

Биметаллические радиаторы собрали в себе все самые лучшие качества стальных и алюминиевых радиаторов

Размеры стальных радиаторов отопления

• Стандартные размеры секционных трубчатых радиаторов: высота 600 мм, длина радиатора 400-3000 мм.
• Низкие: высота 400-500 мм, длина радиатора 400- 3000 мм
• Высокие: высота 700- 900 мм, длина та же.

Стальные радиаторы чаще всего используются при системах индивидуального отопления

Мощность и размер

От размера отопительного прибора зависит его мощность. Средняя отопительная мощность секции чугунного радиатора стандартной высоты составляет 160 Вт, тогда как мощность секции алюминиевых и биметаллических радиаторов отопления – 200 Вт. Поэтому для качественного обогрева помещения размер приобретаемого чугунного радиатора должен быть больше, чем размер соответствующих по параметрам радиаторов из алюминия и биметаллических. Рассчитать мощность радиатора отопления для вашего помещения можно следующим образом. Для начала нужно узнать объем помещения. Для этого ширину умножаем на длину и на высоту. Длина – 5м, ширина- 3 м, высота -2,5. 5*3*2,5=37.5 куб.м Для обогрева 1 куб.м в стандартной постройке расходуется 41 Вт тепловой мощности. Для обогрева комнаты объемом 37,5 куб.м потребуется 37.5*41=1537,5 Вт, т.е. приблизительно 1600 Вт. На случай экстремальных холодов, при расчёте полученную мощность лучше увеличить на 15-20%. 1600+20%= 1920Вт = 1,92 кВт Зная мощность отопительного прибора, рассчитаем количество секций радиаторов стандартного размера. Мощность секции чугунного радиатора 160 Вт. 1920:160 =11,25 т.е. 12 секций. Мощность секции алюминиевого радиатора 180Вт 1920:180=10,6 т.е. 11 секций. Мощность секции биметаллического радиатора 200 Вт 1920 :200=9,6 т.е. 10 секций. Мощность секции стального радиатора 140 Вт 1800:140 =13,7 т.е. примерно 14 секций.

Округлять мощность всегда следует в большую сторону, занижать ее нельзя!

Выбор габаритов батарей отопления

Габариты радиаторов отопления выбирают исходя из вырабатываемой ими тепловой мощности. Если радиаторы отопления помещать, как рекомендуется, под окнами, следует учитывать следующие особенности:

•  расстояние от подоконника до верха радиатора не должно быть меньше 100 мм;
•  расстояние от пола до радиатора – не менее 60 мм.

Длина радиатора отопления должна быть больше ширины окна на 55 — 75%.

Радиаторы отопления, которые уже, чем ширина окна, могут не создать достаточной тепловой завесы, т.е. не станут преградой для проникающего в помещение через оконные проемы холодного воздуха

Итог

Выбирая размер радиаторов для дома, помните, что расчёт тепловой мощности следует производить исходя не из объема помещения в целом, и учитывая объем каждой комнаты в отдельности. Так, если у вас несколько комнат, подсчитайте объем каждой их них, и вычислите, сколько радиаторов требуется для обогрева спальни, сколько – для кухни, сколько – для зала, для ванной, отдельно заострив внимание на размеры радиаторов отопления.   Следует учитывать, что при использовании экрана для радиатора или декоративной решетки, должен быть произведен перерасчёт мощности радиатора в большую сторону. Допускается установка дополнительных радиаторов вдоль глухих стен в угловых комнатах, что предотвращает промерзание стен и защищает от сырости.

При покупке радиаторов отопления не полагайтесь во всем на продавцов.

Смотрите видео о том, как выбрать радиатор отопления:

Представленное видео поможет вам при выборе радиатора отопления

Виды отопительных приборов и их параметры

Радиатор (батарея) – это элемент отопительной системы зданий, предназначенное для отопления помещений. Принцип работы (теплового устройства) радиатора отопления: внутри радиатора (устройства) циркулирует нагретый теплоноситель (обычно, вода или другая жидкость), доля тепла излучается поверхностью радиатора, повышая температуру воздуха окружающего пространства.

Выбор вида радиатора играет большую роль, тем более что российский рынок имеет разнообразие выбор радиаторов на рынке сегодня очень велик, каждая модель радиатора имеет свои минусы и плюсы, которые определяют область применения.

Бездумная замена батарей магистрального отопления на европейские радиаторы без учета особенностей не бесполезна, а крайне опасна. Неверный подход в выборе может привести к авариям и порче имущества хозяев и соседей.

Однако не стоит подбирать современный радиатор отопления, принимая во внимание только эстетические качества, необходимо учитывать его рабочие (технические) параметры: давление, теплоотдача, коррозийная стойкость. А также он должен соответствовать типу вашей системы отопления, в которой вы собираетесь его использовать.

Мы рекомендуем для начала пригласить на осмотр помещения специалиста. Инженер компании совершенно бесплатно приедет к вам, проведет замер, проконсультирует и поможет подобрать для Вас оптимальный вариант радиатора отопления.

Составить систему классификации отопительных радиаторов можно по их конструкции; по составу (материалу) изготовления; по их технологическим характеристикам; по производителю и др.

По конструкции радиаторы отопления разделяют на четыре категории:

Конвекторы;

Конвектор (или эластичный радиатор) — это прибор для отопления, состоящий из двух элементов — трубы с надетыми на них тонкими металлическими пластинками и кожуха (декоративных решеток).

Температура в помещении повышается за счёт движения воздуха сквозь металлические рёбра снизу вверх. Регулировать интенсивность потока воздуха можно при помощи особого затвора (заслонки).

Недостатком данного отопительного прибора является пыль, скапливающаяся между пластинами, кроме того слабый прогрев пола. Конвекторы подходят для помещений, имеющих значительную площадь – рестораны, приемные залы, бассейны, оранжереи. Если объем помещения недостаточен, создается ощущение дискомфорта, т.к придется дышать горячим воздухом.

Трубчатые;

Эти радиаторы выглядят как установленный вертикальный ряд гнутых металлических труб, таким образом совмещаются верхние и нижние горизонтальные коллекторы. Как наглядный пример, полотенцесушители. Если пересчитать этот вид на ватты, то он окажется довольно дорогим вариантом.

Панельные;

Панельные радиаторы (или несекционные) – часть системы отопления, представляет собой два стальных листа, приваренных между собой и имеющие прямолинейные каналы, в которых циркулирует носитель тепла. Для увеличения нагреваемой поверхности и, естественно, теплоотдачи с обратной стороны панели радиатора прикрепляются металлические пластины, ребра которых по форме напоминают букву «П». Мощность обогрева регулируется количеством панелей, легко регулировать температуру в помещении. Данные радиаторы обладают повышенной чувствительностью к высокому давлению и гидравлическим ударам. Их используют в сетях индивидуального отопления коттеджей и дачных построек чаще всех остальных видов.

Секционные.

В настоящее время есть радиаторы отопления по материалу изготовления делятся на чугунные, стальные, алюминиевые, биметаллические. Расскажем о них по порядку.

Алюминиевые радиаторы

Биметаллические радиаторы

Чугунные радиаторы

Thermal Battery — обзор

Введение

За последние несколько десятилетий было предложено множество первичных батарей на основе магниевых анодов, в то время как лишь немногие из них были успешно разработаны, произведены и проданы. Привлекательные свойства магния были признаны еще на заре электрохимии. Магний нетоксичен, обладает высокой теоретической удельной (зарядовой) емкостью, очень низким окислительно-восстановительным потенциалом, легок и много.

Практические первичные магниевые батареи можно разделить на категории в соответствии с электролитической средой (водной или неводной), типом катода (твердый или жидкий) и общей формой батареи («обычные», резервные, активируемые водой и т. Д.).

Несмотря на привлекательные свойства магния в качестве анода в батареях, из-за различных химических и технических препятствий, магниевые батареи находят применение лишь в нескольких специализированных нишах, в основном в военной области.

Двумя основными трудностями при использовании магния для аккумуляторных батарей являются его высокий восстановительный потенциал и природа пассивных пленок, образующихся на магнии во многих электролитических растворах. Поскольку окислительно-восстановительный потенциал магния намного ниже выделения водорода, металл спонтанно и энергично реагирует с водой, что приводит к выделению газообразного водорода и полному растворению.Таким образом, для батарей на водной основе единственное решение этой проблемы — либо включение сильных окислителей в раствор для образования пассивирующего слоя, либо отделение анода от электролита до тех пор, пока батарея не понадобится, как в случае с резервными элементами. Для неводных аккумуляторов, а именно аккумуляторов на основе органических растворителей, одной из самых больших проблем является эффективная и прочная пассивирующая пленка, которой покрывается магний либо в виде слоя естественного оксида, либо из-за восстановления компонентов раствора (растворитель, следы кислорода, вода и т. д.). В отличие от лития, в большинстве случаев пассивирующие слои на магниевых электродах являются как электронными, так и ионными изоляторами. Таким образом, если не разработано специальное средство защиты, магниевые аноды становятся электрохимически неактивными из-за этой пассивации.

Среди современных практичных первичных магниевых батарей важно упомянуть водоактивную магниевую батарею, батарею магний-органический электролит, тепловую батарею на основе оксида магния и ванадия и систему магний-воздух.

Первичные батареи из диоксида магния и марганца

Батарея из диоксида магния и марганца без резерва является аналогом обычного элемента цинк-MnO ₂ , с тем преимуществом, что имеет примерно вдвое большую плотность энергии. В этой батарее используется магниевый сплав в качестве анода и композитного катода из диоксида магния (MnO ₂ ), смешанного с углеродной сажей в качестве проводящей добавки. Важное различие между двумя ячейками заключается в использовании специальных слабощелочных электролитов (pH ∼8.5, поддерживаемый добавлением гидроксида магния (Mg (OH) ₂ ) в качестве буфера), а именно перхлората магния с добавлением сильного окислителя, такого как хромат бария или лития, который создает стабильный пассивирующий слой на аноде. . Этот пассивирующий слой имеет решающее значение для срока службы батареи, поскольку магний самопроизвольно вступает в реакцию с водой.

Схема реакции разряда аналогична схеме в ячейке Mg – MnO ₂ резервного типа:

Mg + 2MnO2 + h3O → Mn2O3 + MgOh3

Напряжение холостого хода (OCV) для этой ячейки равно 1 .9–2,0 В, что на ∼1,1 В ниже теоретического значения. Функционирование элемента зависит от пассивирования на анодной стороне в начале разряда батареи. Этот защитный слой никогда не восстанавливается полностью после частичной разрядки, и, таким образом, срок годности аккумулятора значительно снижается после активации.

Первичная батарея Mg – MnO ₂ изготавливается различных размеров, в основном для использования в военных целях. За исключением улучшенной плотности энергии по сравнению с элементами на основе цинка, магниевый элемент демонстрирует более пологую кривую разряда и более низкие рабочие температуры, которые имеют решающее значение для некоторых военных приложений.

Серьезным недостатком этой батареи является задержка напряжения. Задержка напряжения — это падение рабочего напряжения аккумулятора сразу после активации. Это явление отражает время, необходимое для электролитического пробоя пассивированного магниевого анода.

Предложены интересные модификации магниево-диоксидной батареи, в которых активный материал катода состоит из окисляющих органических соединений. Например, мета -динитробензол ( m -DNB) предлагается в качестве катодного материала с высокой удельной емкостью, обладающего емкостью 2 Ач gr ^-1 для восстановления m -DNB до n -фенилендиамина.Ячейки с м -DNB показали, что они разряжаются с довольно плоской кривой напряжения, но имеют более низкое рабочее напряжение 1,1–1,2 В на элемент. На практике эти элементы показали лишь немного большую емкость по сравнению с традиционным катодом из диоксида марганца, а также показали худшие характеристики при низких температурах.

Магниевые резервные батареи

Водоактивируемые магниевые батареи

Это семейство первичных, резервных батарей, содержащих аноды из магния или магниевого сплава, различные катоды и сухие соли (Таблица 1).Эти батареи активируются один раз для непрерывного использования путем введения воды: чистой воды, морской воды или воды с соответствующей солью электролита и, в недавнем уникальном случае, даже мочи. Водоактивируемые магниевые батареи были разработаны для удовлетворения потребности в высокоэнергетических батареях с увеличенным сроком хранения. Батареи имеют сухую конструкцию, что устраняет главную проблему коррозии анода. Это сказывается на батареях с очень долгим сроком хранения.

Таблица 1. Характеристики нескольких водоактивированных магниевых батарей

Катоды

Для этого семейства батарей были предложены различные катоды.Выбор химического состава катода в этом случае очень гибкий. Среди многочисленных протестированных катодных материалов наиболее важными являются CuCl, AgCl ₂ , PbCl ₂ , Cu ₂ I ₂ , CuSCN и MnO ₂ . Во всех случаях анодная химическая реакция представляет собой окисление магния в воде с образованием иона магния.

Mg → Mg2 ++ 2e−

Реакция разряда магниевого анода в основном дает гидроксид магния по схеме:

Mg + 2OH− → MgOh3 + 2e−

Катодная реакция для всех материалов катода (что фактически простые соли), за исключением оксидов, представляет собой полное восстановление иона переходного металла до металлического состояния:

AgCl + e− → Ag + Cl−

PbCl2 + 2e− → Pb + 2Cl−

CuCl + e− → Cu + Cl−

В случае оксида марганца катодная реакция:

2MnO2 + h3O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−

Два усовершенствованных катода, которые были разработаны и введены в практическое использование, состоят из соль переходного металла, смешанная с серой.Соответствующие схемы электрохимических реакций:

Cu2I2 / S + e− → 2Cu + 2I−

2CuSCN / S + 2e− → 2Cu + 2SCN−

Эти серосодержащие катоды демонстрируют потенциалы, которые выше, чем у ячеек с медной солью. Только. Предполагается, что во время разрядной реакции электрогенерированная медь реагирует с серой.

Все батареи этого семейства страдают различными недостатками, наиболее важным из которых является паразитная реакция коррозии, при которой магниевый анод непосредственно реагирует с водой, выделяя газообразный водород, гидроксид магния и тепло.Кроме того, ни один из этих аккумуляторов не может храниться для дальнейшего использования после частичного разряда из-за реакции коррозии.

Водоактивированные магниевые батареи имеют только очень специализированное применение, главным образом в военной, морской и авиационной областях. Некоторые из важных применений этих батарей — источники питания для гидроакустических буев, электрических торпед, метеорологических аэростатов, оборудования для спасения в воздухе и на море, пиротехнических устройств, морских маркеров и аварийных огней.

Недавний патент и документы описывают новую уникальную магниевую батарею, активируемую жидкостью.Эта батарея в основном представляет собой такую ​​же водно-активируемую батарею из хлорида магния и меди, но в новой конструкции она активируется мочой, и она сделана из тонких листов активных материалов, чтобы получить элемент толщиной с бумагу. Батарея с низким энергопотреблением и низкой плотностью энергии предназначена для домашнего использования в одноразовых медицинских устройствах, таких как тесты здоровья и анализ крови на сахар при диабете.

Магниевые тепловые батареи

Эта статья не будет полной без упоминания тепловой резервной батареи Mg / V ₂ O ₅ .Эта батарея, как следует из названия, состоит из магниевого анода, катода из оксида ванадия и смеси твердого хлорида лития и хлорида калия в качестве резервного электролита. Батарея активируется пиротехническим устройством, которое запускает и расплавляет солевую смесь. Температура плавления этой смеси составляет около 355 ° C.

Очевидно, что, как и все тепловые батареи, тепловая батарея Mg / V ₂ O ₅ является очень специализированной и предназначена только для использования в военных целях и в космосе.Эти батареи дороги, опасны и недолговечны. Основными преимуществами этих батарей являются их высокая удельная мощность, надежность и длительный срок хранения. Эти батареи, благодаря сложному механизму, специальному контейнеру и пиротехническому устройству внутри, обладают удельной плотностью энергии от низкой до умеренной.

Способы и системы нагрева батарей

В данной заявке на патент испрашивается приоритет китайской патентной заявки CN 201810133183.2, поданной 9 февраля 2018 г. и озаглавленной «Чистая система нагрева батареи внутреннего сопротивления», все содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

Эта заявка на патент относится к батареям и, в частности, к способам и системам для предварительного нагрева батареи в холодных условиях и предварительного нагрева стандартных батарей без необходимости каких-либо изменений существующей геометрии батареи.

Вторичные батареи, особенно литий-ионные (Li-ion) батареи, широко используются в повседневной жизни.Благодаря своей высокой плотности энергии, удельной энергии и низкой скорости затухания литий-ионных аккумуляторов стали незаменимым компонентом на рынке электромобилей (EV) и гибридных электромобилей (HEV). Тем не менее литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к своей рабочей температуре. Чрезвычайно низкая температура может существенно снизить доступную энергию, которая может быть разряжена от батарей, а также может запустить процесс литиевого покрытия на анодах батареи во время последовательности зарядки, что ускоряет процесс уменьшения емкости и может вызвать проблемы безопасности, такие как внутреннее короткое замыкание.Таким образом, низкая температура может отрицательно сказаться на работе устройств с литий-ионным аккумулятором. Например, радиус действия электромобиля будет сокращен, а рекуперация энергии обычно отключена; мобильный телефон можно автоматически выключить; и вспышку нельзя использовать с цифровой камерой. Следовательно, технология быстрого предварительного нагрева необходима для правильной работы системы накопления энергии литий-ионной батареи.

Квалифицированная система предварительного нагрева литий-ионной батареи должна быть способна определять температуру батареи (или аккумуляторного блока) и предварительно нагревать аккумулятор (или аккумуляторный блок), когда температура ниже установленного значения, и должна обеспечивать, чтобы каждая батарея в аккумуляторе пакет нагревается равномерно с максимальным перепадом температур в пределах 5 ° С., таким образом продлевая срок службы аккумулятора (аккумуляторного блока). Кроме того, система предварительного нагрева, которая быстро нагревает аккумулятор (или аккумуляторный блок) с высокой эффективностью, будет способствовать дальнейшему применению и развитию устройств с литий-ионным аккумулятором в холодных регионах и странах.

На сегодняшний день существует четыре основных системы подогрева батареи: система обогрева с принудительной конвекцией, система обогрева переменного тока (AC), система внешнего резистивного обогрева и встроенная резистивная система обогрева.Если рассматривать их по отдельности, то системы принудительной конвекции и внешнего резистивного обогрева нагревают батарею с поверхности, что требует больше времени для нагрева, когда батарея толстая. Для сравнения, система обогрева переменного тока и встроенные резистивные системы обогрева нагревают батарею изнутри. Система обогрева переменного тока заряжает и разряжает аккумулятор (или аккумуляторный блок) с высокой частотой, чтобы генерировать джоулева тепла для нагрева аккумулятора (или аккумуляторного блока). Однако это занимает относительно больше времени и приводит к снижению емкости батареи при длительном использовании.В последние годы была изобретена конструкция, которая собирает нагревательный резистор внутри литий-ионной батареи, которая может поднять температуру батареи с -30 ° C до 0 ° C за одну минуту. Эта конструкция очень эффективна и действенна, но она требует изменения конструкции литий-ионной батареи и применима только к пакетным и призматическим литий-ионным батареям и не включает цилиндрические литий-ионные батареи, которые имеют более высокую плотность хранения энергии. Кроме того, конструкция батареи должна учитывать этот дополнительный внутренний компонент в процессе проектирования.

Соответственно, было бы полезно предоставить разработчикам устройств литий-ионных батарей способ быстрого и эффективного предварительного нагрева литий-ионной батареи, не требуя, чтобы они ограничивались конкретными конструкциями литий-ионных батарей и производителями и т. Д. Метод и система предварительного нагрева батареи, совместимые с любой литий-ионной батареей, были бы предпочтительны.

Другие аспекты и особенности настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после ознакомления с нижеследующим описанием конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с сопровождающими фигурами.

Целью настоящего изобретения является смягчение ограничений в рамках известного уровня техники, относящихся к батареям и, в частности, к способам и системам для предварительного нагрева батареи в холодных условиях и предварительного нагрева стандартных батарей без изменения существующей геометрии батареи.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предоставляется система, содержащая:

• , обеспечивающий аккумулятор;
,
• , обеспечивающий схему предварительного нагрева для предварительного нагрева батареи, содержащую датчик тока, соединенный последовательно с электрическим переключателем, соединенным последовательно с батареей, и датчиком температуры, находящимся в тепловом контакте с батареей; и
• , обеспечивающий контроллер или схему управления, соединенную с датчиком тока, датчиком температуры и электрическим переключателем; при этом
,
• , в первой конфигурации, где температура батареи выше заданной температуры, электрический выключатель разомкнут, и батарея может разряжаться во внешнюю цепь;
• во второй конфигурации, где температура батареи ниже заданной температуры, электрический выключатель замыкается так, что батарея замыкается накоротко и нагревается посредством джоулевого нагрева через свое внутреннее сопротивление, и если протекающий ток ниже заданного максимального тока электрический выключатель остается замкнутым; и
• в третьей конфигурации, где температура батареи ниже заданной температуры, но замыкание электрического переключателя так, что батарея замыкается накоротко и нагревается за счет джоулева нагрева через ее внутреннее сопротивление, что приводит к протеканию тока, превышающему заданный максимальный ток. электрический выключатель модулируется, чтобы поддерживать текущий ток ниже заданного максимального значения.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предоставляется способ, содержащий:

• обеспечение батареи;
,
• обеспечивает схему предварительного нагрева для предварительного нагрева батареи, содержащую датчик тока, соединенный последовательно с электрическим переключателем, соединенным последовательно с батареей, и датчиком температуры, находящимся в тепловом контакте с батареей; и
• , обеспечивающий контроллер или схему управления, соединенную с датчиком тока, датчиком температуры и электрическим переключателем; при этом
,
• , в первой конфигурации, где температура батареи выше заданной температуры, электрический выключатель разомкнут, и батарея может разряжаться во внешнюю цепь;
• во второй конфигурации, где температура батареи ниже заданной температуры, электрический выключатель замыкается так, что батарея замыкается накоротко и нагревается посредством джоулевого нагрева через свое внутреннее сопротивление, и если протекающий ток ниже заданного максимального тока электрический выключатель остается замкнутым; и
• в третьей конфигурации, где температура батареи ниже заданной температуры, но замыкание электрического переключателя так, что батарея замыкается накоротко и нагревается за счет джоулева нагрева через ее внутреннее сопротивление, в результате протекающий ток превышает заданный максимальный ток. электрический переключатель регулируется таким образом, чтобы ток был ниже заданного максимального значения.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предоставляется энергонезависимый энергонезависимый машиночитаемый носитель, хранящий выполняемые компьютером инструкции для выполнения микропроцессором, причем инструкция, относящаяся к процессу, включает этапы:

• определение превышает ли температура батареи предварительно определенную заданную температуру;
• после положительного определения относительно температуры размыкания электрический выключатель, образующий часть электрической цепи, вместе с датчиком тока, расположенным последовательно с аккумулятором;
• при отрицательном определении температуры замыкания электрического переключателя, так что батарея закорачивается через внешнюю электрическую цепь и нагревается за счет джоулевого нагрева через свое внутреннее сопротивление;
,
• определение, ниже ли ток, протекающий в электрической цепи при замкнутом электрическом переключателе заранее заданного максимального тока;
,
• , при положительном определении тока, поддерживающего электрический выключатель в замкнутом состоянии; и
• при отрицательном определении в отношении тока, модулирующего электрический переключатель, чтобы поддерживать текущий ток ниже заранее определенного максимального тока.

Другие аспекты и особенности настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после просмотра нижеследующего описания конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с сопровождающими фигурами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1A изображает упрощенную принципиальную схему системы обогрева батареи согласно варианту осуществления изобретения;

РИС.1B изображает упрощенные принципиальные схемы системы обогрева аккумуляторных батарей согласно варианту осуществления изобретения, обращающегося к нескольким аккумуляторам или аккумуляторным блокам, содержащим несколько аккумуляторов;

РИС. 2 изображает примерный технологический процесс для системы обогрева батареи согласно варианту осуществления изобретения;

РИС. 3 изображен температурный профиль стандартной литий-ионной батареи типа 18650, использующей систему предварительного нагрева батареи согласно варианту осуществления изобретения с начальной температурой батареи -30 ° C.индикация достижения внутренней температуры 0 ° C в течение приблизительно 45 секунд; и

ФИГ. 4 изображены кривые разряда для литий-ионных аккумуляторов типа 18650 при комнатной температуре (25 ° C), при -30 ° C без предварительного нагрева и при -30 ° C с системой предварительного нагрева аккумулятора согласно варианту осуществления изобретение.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее описание направлено на батареи и, в частности, на способы и системы для предварительного нагрева батареи в холодных условиях и предварительного нагрева стандартных батарей без изменения существующей геометрии батареи.

Последующее описание предоставляет только репрезентативные варианты осуществления и не предназначено для ограничения объема, применимости или конфигурации раскрытия. Скорее, последующее описание варианта (ов) осуществления предоставит специалистам в данной области полезное описание для реализации варианта осуществления или вариантов осуществления изобретения. Следует понимать, что различные изменения могут быть внесены в функции и расположение элементов без отступления от сущности и объема, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.Соответственно, вариант осуществления является примером или реализацией изобретения, а не единственной реализацией. Различные варианты появления «одного варианта осуществления», «варианта осуществления» или «некоторых вариантов осуществления» не обязательно все относятся к одним и тем же вариантам осуществления. Хотя различные признаки изобретения могут быть описаны в контексте одного варианта осуществления, эти признаки также могут быть предоставлены отдельно или в любой подходящей комбинации. И наоборот, хотя изобретение может быть описано здесь в контексте отдельных вариантов осуществления для ясности, изобретение также может быть реализовано в единственном варианте осуществления или в любой комбинации вариантов осуществления.

Ссылка в описании на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления» или «другие варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантами осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления, но не обязательно все варианты осуществления изобретений. Используемые здесь фразеология и терминология не должны рассматриваться как ограничивающие, а предназначены только для описательных целей. Следует понимать, что если формула изобретения или описание относятся к элементу «a» или «an», такая ссылка не должна толковаться как имеющая только один из этих элементов.Следует понимать, что если в спецификации указано, что характеристика, структура или характеристика компонента «может», «может», «может» или «может» быть включена, этот конкретный компонент, функция, структура или характеристика не требуется. быть включенным.

Ссылки на такие термины, как «левый», «правый», «верхний», «нижний», «передний» и «задний» предназначены для использования в отношении ориентации конкретной функции, структуры или элемента в пределах фигуры, изображающие варианты осуществления изобретения.Было бы очевидно, что такая направленная терминология применительно к фактическому использованию устройства не имеет конкретного значения, поскольку устройство может использоваться пользователем или пользователями во множестве ориентаций.

Ссылка на термины «включая», «содержащий», «состоящий» и их грамматические варианты не исключает добавления одного или нескольких компонентов, функций, этапов, целых чисел или их групп, и что эти термины не должны толковаться как определяющие компоненты, функции, шаги или целые числа.Аналогичным образом, фраза «состоящий по существу из» и ее грамматические варианты при использовании в данном документе не должны толковаться как исключающие дополнительные компоненты, этапы, целые числа функций или их группы, а скорее, что дополнительные функции, целые числа, этапы, компоненты или их группы не изменяют существенно основные и новые характеристики заявленной композиции, устройства или способа. Если спецификация или формула относятся к «дополнительному» элементу, это не исключает наличия более одного дополнительного элемента.

«Перезаряжаемая батарея», также известная как аккумуляторная батарея, вторичный элемент или аккумулятор, представляет собой тип электрической батареи, которую можно заряжать, разряжать в нагрузку и многократно перезаряжать, в отличие от одноразовой или первичной батареи, которая поставляется полностью заряженным и утилизируется после использования. Он состоит из одной или нескольких электрохимических ячеек. Термин «аккумулятор» используется, поскольку он накапливает и накапливает энергию посредством обратимой электрохимической реакции. Перезаряжаемые батареи производятся во многих различных формах и размерах, от кнопочных ячеек до мегаваттных систем, подключенных для стабилизации электрической распределительной сети.Используются несколько различных комбинаций электродных материалов и электролитов, в том числе свинцово-кислотный, никель-кадмиевый (NiCd), никель-металл-гидридный (NiMH), литий-ионный (Li-ion), ион алюминия (Al-ion) и литий. -ионный полимер (Li-ion полимер).

Литий-ионный аккумулятор или «литий-ионный» аккумулятор (часто сокращенно LIB), используемый здесь и во всем этом раскрытии, относится к типу аккумуляторной батареи, в которой ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду во время разряда. и обратно при зарядке.Литий-ионные батареи используют интеркалированное соединение лития в качестве материала одного электрода, по сравнению с металлическим литием, используемым в неперезаряжаемой литиевой батарее. Электролит, обеспечивающий движение ионов, и два электрода являются составными компонентами литий-ионного аккумуляторного элемента. Химический состав, производительность, стоимость и характеристики безопасности различаются в зависимости от типа LIB. В портативной электронике в основном используются LIB на основе оксида лития-кобальта (LiCoO ₂ ), который обеспечивает высокую плотность энергии, но представляет угрозу безопасности, особенно при повреждении.Литий-железо-фосфатный (LiFePO ₄ ), литий-ионная батарея с оксидом марганца (LiMn ₂ O ₄ , Li ₂ MnO ₃ или LMO) и литий-никель-марганцевый оксид кобальта (LiNiMnCoO ₂ или NMC ) предлагают более низкую плотность энергии, но более длительный срок службы и меньшую вероятность неблагоприятных событий при использовании в реальном мире (например, пожара или взрыва). Такие батареи широко используются для электрических инструментов, медицинского оборудования и других ролей. NMC, в частности, является ведущим претендентом на автомобильную промышленность, в то время как оксид лития, никеля, кобальта, алюминия (LiNiCoAlO ₂ или NCA) и титанат лития (Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ или LTO) обычно считаются специальными конструкциями, предназначенными для особые нишевые роли.Новые конструкции литий-серных батарей обещают более высокое соотношение производительности и веса, хотя и с более низким напряжением при 2,0 В. В большинстве перезаряжаемых цилиндрических элементов используется химический состав с номинальным напряжением около 3,7 вольт, но элементы LiFePO ₄ вырабатывают только 3,2 вольт.

Батарея типа «18650» или «18650», используемая в данном документе и во всем этом раскрытии, относится к литий-ионной батарее, обеспечивающей типичную емкость между 1500-3600 мАч и имеющую размеры максимального диаметра 18,6 мм (0,75 дюйма) и длины. 65.2 мм (2,6 дюйма). Такие литий-ионные батареи типа 18650, используемые во многих батареях портативных компьютеров, светодиодных фонариках, электронных сигаретах, беспроводных электроинструментах и ​​электромобилях Tesla, таких как Tesla Roadster, Tesla Model S и Tesla Model X. как батареи типа 168A.

«Датчик тока», используемый здесь и во всем этом раскрытии, относится к устройству, которое обнаруживает электрический ток в проводнике, например провод и генерирует сигнал, пропорциональный этому току.Сгенерированный сигнал может быть аналоговым напряжением или током или даже цифровым выходом и может затем использоваться для отображения измеренного тока, сохраняться для дальнейшего анализа в системе сбора данных или может использоваться в целях управления. Примеры датчиков тока, совместимых с измерениями постоянного тока (DC), включают, помимо прочего, датчики на эффекте Холла, резисторы и трансформаторы с магнитным полем. Примеры датчиков тока, совместимых с измерениями переменного тока (AC), включают, помимо прочего, датчики на эффекте Холла, трансформаторы, феррозащитные трансформаторы, резисторы и катушки Роговского.Катушка Роговского обычно подключается к электрической (или электронной) схеме интегратора для обеспечения выходного сигнала, который пропорционален току и, следовательно, часто подключается к однокристальным сигнальным процессорам со встроенными аналого-цифровыми преобразователями и т. Д.

An “ «электрический переключатель», используемый здесь и во всем этом раскрытии, относится к электрическому компоненту, который может «замыкать» или «разрывать» электрическую цепь, прерывая ток или отклоняя его от одного проводника к другому. Примеры электрических переключателей с электрическим управлением в отличие от других, таких как термически активируемые, механически активируемые, оптически активируемые и т. Д.включают реле, твердотельные реле, транзисторы, полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), силовой транзистор и т. д. в соответствии с требованиями к напряжению и току, с которыми электрический переключатель должен работать вместе со скоростью переключения, частотой переключения и т. д.

Варианты осуществления изобретения описаны и изображены применительно к литий-ионной аккумуляторной батарее типа 18650. Однако варианты осуществления изобретения могут использоваться с другими литий-ионными аккумуляторными батареями, включая, помимо прочего, 10180, 10280, 10440, 14250, 14430, 14500, 14650, 15270, 16340, 16650, RCR 123A, 17500, 17670, 18350, 18490, 18500, 20700, 21700, 25500, 26650, 32600, 32650 и 75400.Также очевидно, что варианты осуществления изобретения могут использоваться с аккумуляторными блоками и / или блоками питания, которые объединяют несколько литий-ионных перезаряжаемых аккумуляторов в один корпус, например, используемый, например, в съемной батарее портативного компьютера, аккумуляторной батарее. комплект для портативных электроинструментов, внутри электромобиля и т. д.

Кроме того, хотя варианты осуществления изобретения описаны и изображены в отношении литий-ионных аккумуляторных батарей, представленные способы и системы будут совместимы с другими технологиями вторичных аккумуляторных батарей.Например, варианты осуществления изобретения совместимы с технологией литий-ионных аккумуляторов, технологией литий-ионных полимерных аккумуляторов, технологией алюминиево-ионных аккумуляторов, технологией аккумуляторов Ni-MH и технологией аккумуляторов Ni-Cd.

Варианты осуществления изобретения используют управляемое соединение положительных и отрицательных контактов (выводов) литий-ионного аккумулятора (или аккумуляторного блока) через внешнюю схему управления, которая нагревает аккумулятор (или аккумуляторный блок) путем генерирования непрерывного и импульсного тока на внутреннее сопротивление аккумулятора (или аккумуляторного блока).Как показано на фиг. 1A схематически изображен вариант осуществления изобретения, содержащий аккумулятор , 150, , датчик температуры, соединенный с аккумулятором , 150, , вместе с датчиком тока , 120, и электрический переключатель , 130, , расположенный в электрической цепи между положительным табуляция и отрицательная табуляция. Датчик тока , 120, , электрический выключатель , 130, и датчик температуры , 140, соединены со схемой управления , 110, .Схема управления может быть схемой управления на основе микропроцессора, специализированной интегральной схемой (ASIC), программируемой вентильной матрицей (FPGA), микроконтроллером и т. Д., Если это необходимо.

Во время стадии нагрева внешняя схема управления устанавливает замкнутый контур с аккумулятором (или аккумуляторным блоком) через датчик тока , 120, и электрический переключатель , 130, . Из-за значительного увеличения внутреннего сопротивления аккумулятора (или аккумуляторного блока) при низкой температуре ток контура на начальном этапе будет на низком уровне и в безопасном диапазоне.Джоулевое тепло, выделяемое на этом этапе, нагревает батарею с высокой скоростью. По мере повышения температуры аккумулятора (или аккумуляторного блока) внутреннее сопротивление аккумулятора (или аккумуляторного блока) будет постепенно падать, и ток контура превысит безопасный максимальный ток разряда. На этом этапе внешняя схема управления будет размыкать и замыкать электрический переключатель , 130, в импульсном режиме, чтобы гарантировать, что ток контура находится в пределах безопасного максимального тока разряда, тем самым нагревая аккумулятор (или аккумуляторный блок) как можно быстрее.

Соответственно, варианты осуществления изобретения используют новую технику для предварительного нагрева вторичной батареи, батарей, батарейного блока или батарейных блоков с использованием джоулева тепла, генерируемого током, протекающим через внутреннее сопротивление батареи (или батарейного блока). Соответственно, в системе нагрева с внутренним сопротивлением, показанной на фиг. 1A система использует внешнюю схему управления для замыкания и размыкания контура, образованного батареей (или батарейным блоком), для генерации непрерывных и импульсных токов и выработки джоулева тепла на внутреннем сопротивлении батареи и предварительного нагрева батареи (или батарейного блока).Соответственно, внешняя схема управления замыкает контур, когда обнаруженный температурный сигнал ниже заданной заданной температуры, например 0 ° C, 10 ° C и т. Д., И внешняя схема управления сравнивает ток замкнутого контура с максимальным заданным током, установленным для динамического включения / выключения электрического переключателя, тем самым создавая прерывистый ток замкнутого контура для продолжения процесса нагрева. без превышения максимального безопасного тока для аккумулятора.

Соответственно, батарея может быть нагрета с помощью варианта осуществления изобретения, такого как описано в отношении фиг.1А. Было бы очевидно, что альтернативные комбинации этих элементов могут использоваться при рассмотрении нескольких батарей и аккумуляторных блоков, содержащих несколько батарей, если они находятся в одной электронной системе. Соответственно, как показано на фиг. 1B первое изображение 100 A изображает несколько батарей, каждая из которых имеет связанный датчик температуры (батарея и датчик температуры 1030 ), подключенные к нескольким схемам переключения датчика тока 1020 и одной цепи управления 1010 .Соответственно, каждой схемой переключателя датчика тока , 1020, можно управлять независимо, так что можно учитывать различные характеристики батареи, такие как максимальный безопасный ток и т.д. например, и, соответственно, на втором изображении , 100, B, один датчик тока и схема управления , 1020, используются вместе со схемой управления и аккумуляторным блоком , 1040, , который содержит один датчик температуры.Соответственно, предполагается, что между всеми батареями в аккумуляторном блоке , 1040, и датчиком температуры существует хороший тепловой контакт. Напротив, третье изображение 100 C изображает аккумуляторный блок 1050 с несколькими датчиками температуры, каждый из которых связан с батареей в аккумуляторном блоке 1050 , при этом несколько датчиков температуры подключены к схеме управления , 1010, и аккумуляторной батарее. Блок 1050 также подключен к схеме переключателя одиночного датчика тока.Соответственно, было бы очевидно, что эти альтернативные устройства и другие, которые будут очевидны специалисту в данной области техники, могут быть предоставлены как часть электронного устройства, в котором электронное устройство затем «заполняется» аккумуляторными батареями производителем оригинального оборудования. или потребитель, например.

Теперь обратимся к фиг. 2 изображена примерная последовательность операций , 200, для системы предварительного нагрева батареи, такой как описанная и изображенная на фиг. 1А. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что схема управления может быть изменена, чтобы приспособиться к альтернативным конструкциям, таким как те, что изображены на фиг.1Б. Как изображено, последовательность операций процесса 200 включает этапы с 210 по 280 , соответственно, при этом они включают:

• • Первый этап 210 , на котором процесс начинается;
  • Второй этап 220 , на котором посредством сбора сигнала схемой управления датчик температуры считывается, чтобы установить температуру аккумулятора (или аккумуляторного блока). Этот принятый сигнал затем обрабатывается, чтобы определить, находится ли текущая температура батареи выше или ниже предварительно определенной заданной температуры, например.грамм. 0 ° C, как изображено, или другое значение, при котором предварительный нагрев батареи (или блока батарей) считается подходящим. На основе этого решения процесс переходит к третьему этапу , 230, , когда температура выше заданной заданной температуры, и четвертому этапу , 240, , когда температура ниже заданной заданной температуры.
  • Третий этап 230 , на котором было определено, что температура выше заданной заданной температуры, и, соответственно, электрический переключатель, например.грамм. MO SFET, отключается с размыканием замкнутого контура, и батарея работает нормально.
  • Четвертый этап 240 , на котором было определено, что температура ниже заданной заданной температуры, и, соответственно, электрический переключатель, например МОП-транзистор включается при замыкании замкнутого контура, так что ток течет через замкнутый контур, который «замыкается накоротко», и через внутреннее сопротивление батареи (или батарейного блока), повышая температуру батареи (или батарейного блока).
  • Пятый этап 250 , на котором считывается датчик тока и определяется, был ли превышен заранее определенный максимальный ток. Если нет, процесс переходит к шестому этапу , 260, , чтобы определить, достигла ли температура батареи заданного значения температуры. Если предварительно определенный максимальный ток был превышен, процесс переходит к седьмому этапу 270 .
  • Шестой этап 260 , на котором датчик температуры считывается, чтобы определить, находится ли текущая температура батареи выше или ниже предварительно определенной заданной температуры, например.грамм. 0 ° C, как изображено, или другое значение, при котором предварительный нагрев батареи (или блока батарей) считается подходящим. На основе этого решения процесс переходит к третьему этапу , 230, , когда температура выше заданной заданной температуры, или возвращается к четвертому этапу , 240, , когда температура ниже заданной заданной температуры.
  • Седьмой этап 270 , на котором, если заданный максимальный предел тока был достигнут, а температура батареи не равна заданной заданной температуре или не превышает ее, то блок управления выводит управляющие сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) уменьшения рабочего цикла для проведения электрического переключение между включенным и выключенным состояниями, чтобы гарантировать, что ток не превышает предварительно определенный максимальный предел тока, и переходит к этапу , 280, .
  • Восьмой этап 280 , на котором датчик температуры считывается, чтобы определить, находится ли текущая температура батареи выше или ниже предварительно определенной заданной температуры, например 0 ° C, как изображено, или другое значение, при котором предварительный нагрев батареи (или блока батарей) считается подходящим. На основе этого решения процесс переходит к третьему этапу , 230, , когда температура выше заданной заданной температуры, или возвращается к четвертому этапу , 270 , когда температура ниже заданной заданной температуры, поскольку предварительно определенный максимальный предел тока был достигнут ранее. .

Соответственно, схема управления отслеживает датчики тока и температуры, чтобы определить, как управлять полевым МОП-транзистором. Схема управления отключит прямой замкнутый контур (короткое замыкание), когда ток контура превысит установленный предел или будет достигнута заданная заданная температура. Если температура не была достигнута, схема управления смодулирует переключатель через ШИМ, чтобы ток нагрева был ниже предела. По желанию, схема управления может включать другой электрический переключатель (например,грамм. другой МОП-транзистор), когда температура выше заданной, чтобы электрическое устройство могло потреблять энергию.

Уменьшающийся рабочий цикл сигнала ШИМ, управляющего электрическим переключателем, может уменьшаться заранее определенным образом, установленным в зависимости от нагреваемой конкретной батареи или аккумуляторного блока.

Уменьшение рабочего цикла сигнала ШИМ, управляющего электрическим переключателем, может уменьшаться заранее определенным образом, установленным в зависимости от температуры батареи или блока батарей.

Система нагрева согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества:

• • любые коммерческие литий-ионные батареи могут быть использованы с этой технологией для целей нагрева. Никаких изменений внутренней и внешней конструкции не требуется;
  • нагрев батареи (или аккумуляторного блока) достигается с помощью простой и экономичной внешней схемы управления;
  • технология нагрева может обеспечить быстрый нагрев литий-ионных аккумуляторов;
  • аккумулятор (или аккумуляторный блок) самонагревается за счет своего чистого внутреннего сопротивления, что позволяет равномерно нагревать аккумулятор (или аккумуляторный блок), тем самым сводя к минимуму разницу температур в одиночном аккумуляторе и аккумуляторном блоке; и
  • , поскольку тепло генерируется внутри самой батареи (или аккумуляторной батареи), эффективность нагрева этого метода нагрева может достигать более 95%.

При низкой температуре, обычно ниже -10 ° C, процессы диффузии и интеркаляции ионов лития становятся затруднительными, что приведет к значительному повышению внутреннего сопротивления литий-ионных аккумуляторов. Эта особенность облегчает нагрев чисто внутренним сопротивлением, делая ток замкнутого контура на низком уровне и легко контролируемым.

Когда внешняя цепь управления включена, датчик температуры автоматически определяет температуру батареи.Цепь управления замкнет электрический выключатель, чтобы включить нагрев, если обнаруженная температура ниже установленной температуры. Непрерывный и импульсный ток, генерируемый в контуре, воздействует на внутреннее сопротивление батареи (или батарейного блока), выделяя джоулевое тепло. Это джоулевое тепло используется в этой технике для разогрева батареи и извлекается из самой батареи (или аккумуляторного блока). Во внешнем контуре нет нагревательного элемента, который используется только для управления нагревом батареи.

Внутреннее сопротивление батареи падает при повышении температуры батареи, что приводит к быстрому увеличению тока замкнутого контура. Чтобы избежать воздействия большого тока замкнутого контура на литий-ионную батарею (или аккумуляторный блок), датчик тока внешней цепи управления обнаружит ток замкнутой цепи и сравнит его с безопасным максимальным током разряда. Если обнаруженный ток выше, электрический переключатель (например, MOSEFET) внешней схемы управления будет отключен, чтобы избежать дальнейшего увеличения тока замкнутого контура, и схема управления будет переключена в режим управления импульсным током для управления ток замкнутого контура в безопасном диапазоне.В этом изобретении безопасный максимальный ток зависит от типа батареи, материалов, производственного процесса и мастерства и обычно предоставляется производителем батареи. По соображениям безопасности может быть применен коэффициент безопасности для обеспечения подходящего тока замкнутого контура.

Как правило, после первого отключения переключателя температура аккумулятора остается на низком уровне. Внешняя схема управления выдает сигнал широтно-импульсной модуляции и работает вместе с датчиком тока и переключателем, открывая и закрывая контур на высокой частоте, чтобы поддерживать ток контура ниже безопасного максимального тока и для достижения максимально быстрого нагрева.

Наконец, как только температура батареи, определенная датчиком температуры, достигнет установленного значения, переключатель будет выключен, и батарея (или батарейный блок) будет работать нормально.

Для подтверждения эффекта предварительного нагрева метода чистого внутреннего резистивного нагрева были проведены испытания стандартной коммерческой литий-ионной батареи типа 18650. Перед испытанием батарея была помещена в батарейный отсек, положительный и отрицательный выводы которого были подключены к внешней цепи управления.Затем аккумулятор с поддоном помещали в камеру окружающей среды с температурой -30 ° C для имитации чрезвычайно холодной погоды. Батарею выдерживали в камере окружающей среды в течение 12 часов, чтобы обеспечить температуру всей батареи -30 ° C.

Во время испытания внешняя плата схемы управления питалась от источника питания. Датчик температуры внешней цепи управления сначала определит температуру батареи и сравнит ее с заданным значением, если обнаруженное значение ниже, переключатель на плате схемы управления будет замкнут, и датчик тока будет измерять ток в контуре при высокая частота для управления открытием и закрытием контура.Кривая предварительного нагрева батареи показана на фиг. 3. Как видно, температура батареи достигла 0 ° C через 42 секунды. Время нагрева значительно улучшено по сравнению с доступными в настоящее время методами нагрева. Кроме того, метод нагрева чисто внутренним сопротивлением может применяться к любым типам литий-ионных аккумуляторов без изменения внутренней и внешней структуры, что делает его лучшим выбором для нагрева литий-ионных аккумуляторов, используемых в холодных зонах.

Цепь управления, электрический переключатель и датчик тока — все это слаботочные устройства, так что даже при низких температурах литий-ионная батарея или другая батарея может обеспечивать ток, необходимый для работы цепи управления.Это контрастирует с типичным требованием к высокому току, потребляемому батареей или батарейным блоком, когда электронное устройство включено. Эта батарея может сама быть перезаряжаемой батареей и заряжаться во время работы электронного устройства, в котором установлена ​​батарея (или батарейный блок), или первичной батареи.

На ФИГ. 4 сравнивается разрядная способность литий-ионного аккумулятора типа 18650 в различных рабочих условиях. При комнатной температуре (25 ° C в тесте) процесс разряда плавный при токе разряда 3 А, и батарея может разряжаться при емкости 3.1 Ач. Для сравнения мы также разряжали аккумулятор с начальной температурой -30 ° C. На фиг. 4, из-за значительного увеличения внутреннего сопротивления напряжение аккумулятора резко упало до 0 В без разряда какой-либо емкости. Однако с установленной внешней схемой управления и предварительным нагревом до 0 ° C батарея смогла разрядить большую часть своей емкости, обеспечивая, таким образом, правильную работу устройств с питанием от литий-ионной батареи.

Хотя варианты осуществления изобретения были описаны в отношении обеспечения схемы предварительного нагрева для коммерческих литий-ионных батарей и других аккумуляторных батарей без каких-либо модификаций аккумулятора, было бы очевидно, что в других вариантах осуществления изобретения аккумулятор может включать температуру датчик.

Хотя варианты осуществления изобретения были описаны в отношении обеспечения схемы предварительного нагрева для коммерческих литий-ионных батарей и других аккумуляторных батарей без каких-либо модификаций аккумулятора, было бы очевидно, что в других вариантах осуществления изобретения аккумулятор может включать в себя один или больше датчика температуры, электрического переключателя и датчика тока, при этом дополнительные контакты на батарее соединяют один или несколько датчиков температуры, электрического переключателя и датчика тока со схемой управления.

Конкретные подробности приведены в приведенном выше описании, чтобы обеспечить полное понимание вариантов осуществления. Однако понятно, что варианты осуществления могут быть реализованы на практике без этих конкретных деталей. Например, схемы могут быть показаны на блок-схемах, чтобы не затруднять понимание вариантов осуществления ненужными деталями. В других случаях хорошо известные схемы, процессы, алгоритмы, структуры и методы могут быть показаны без лишних деталей, чтобы избежать затруднения понимания вариантов осуществления.

Реализация методов, блоков, этапов и средств, описанных выше, может выполняться различными способами. Например, эти методы, блоки, этапы и средства могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или их комбинации. Для аппаратной реализации блоки обработки могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (ASIC), процессорах цифровых сигналов (DSP), устройствах обработки цифровых сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых логических схемах ( FPGA), процессоры, контроллеры, микроконтроллеры, микропроцессоры, другие электронные блоки, предназначенные для выполнения функций, описанных выше, и / или их комбинации.

Также следует отметить, что варианты осуществления могут быть описаны как процесс, который изображен в виде блок-схемы, блок-схемы, схемы потока данных, структурной схемы или блок-схемы. Хотя блок-схема может описывать операции как последовательный процесс, многие операции могут выполняться параллельно или одновременно. Кроме того, порядок операций может быть изменен. Процесс завершается, когда его операции завершены, но могут иметь дополнительные шаги, не показанные на рисунке.Процесс может соответствовать методу, функции, процедуре, подпрограмме, подпрограмме и т. Д. Когда процесс соответствует функции, его завершение соответствует возврату функции к вызывающей функции или основной функции.

Кроме того, варианты осуществления могут быть реализованы аппаратными средствами, программным обеспечением, языками сценариев, микропрограммным обеспечением, промежуточным программным обеспечением, микрокодом, языками описания оборудования и / или любой их комбинацией. При реализации в программном обеспечении, встроенном программном обеспечении, промежуточном программном обеспечении, языке сценариев и / или микрокоде программный код или сегменты кода для выполнения необходимых задач могут храниться на машиночитаемом носителе, таком как носитель данных.Сегмент кода или выполняемая машиной команда может представлять процедуру, функцию, подпрограмму, программу, процедуру, подпрограмму, модуль, пакет программного обеспечения, сценарий, класс или любую комбинацию инструкций, структур данных и / или программные операторы. Сегмент кода может быть связан с другим сегментом кода или аппаратной схемой путем передачи и / или приема информации, данных, аргументов, параметров и / или содержимого памяти. Информация, аргументы, параметры, данные и т. Д. Могут передаваться, пересылаться или передаваться любыми подходящими средствами, включая совместное использование памяти, передачу сообщений, передачу токенов, передачу по сети и т. Д.

Для реализации микропрограммного обеспечения и / или программного обеспечения методологии могут быть реализованы с помощью модулей (например, процедур, функций и так далее), которые выполняют функции, описанные в данном документе. Любой машиночитаемый носитель, материально воплощающий инструкции, может использоваться при реализации описанных здесь методологий. Например, программные коды могут храниться в памяти. Память может быть реализована в процессоре или вне процессора и может варьироваться в реализации, где память используется для хранения программных кодов для последующего выполнения по сравнению с тем, когда память используется для выполнения программных кодов.Используемый здесь термин «память» относится к любому типу долговременного, краткосрочного, энергозависимого, энергонезависимого или другого носителя данных и не ограничивается каким-либо конкретным типом памяти или количеством запоминающих устройств, или типом носителя, на котором память хранится.

Кроме того, как раскрыто в данном документе, термин «носитель данных» может представлять одно или несколько устройств для хранения данных, включая постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), магнитное ОЗУ, базовую память, носители данных на магнитных дисках, оптические носители данных, устройства флэш-памяти и / или другие машиночитаемые носители для хранения информации.Термин «машиночитаемый носитель» включает в себя, но не ограничивается ими, портативные или фиксированные устройства хранения, оптические запоминающие устройства, беспроводные каналы и / или различные другие носители, способные хранить, содержать или переносить инструкции и / или данные.

Методологии, описанные в данном документе, в одном или нескольких вариантах осуществления могут выполняться машиной, которая включает в себя один или несколько процессоров, которые принимают сегменты кода, содержащие инструкции. Для любого из описанных здесь способов, когда инструкции выполняются машиной, машина выполняет метод.Включаются любые машины, способные выполнять набор инструкций (последовательных или иных), определяющих действия, которые должны выполняться этой машиной. Таким образом, типичная машина может быть проиллюстрирована типичной системой обработки, которая включает в себя один или несколько процессоров. Каждый процессор может включать в себя один или несколько из ЦП, графического процессора и программируемого модуля DSP. Система обработки дополнительно может включать в себя подсистему памяти, включая основное ОЗУ, и / или статическое ОЗУ, и / или ПЗУ. Подсистема шины может быть включена для связи между компонентами.Если системе обработки требуется дисплей, такой дисплей может быть включен, например, жидкокристаллический дисплей (ЖКД). Если требуется ввод данных вручную, система обработки также включает в себя устройство ввода, такое как одно или несколько из буквенно-цифровых устройств ввода, таких как клавиатура, устройство управления указанием, такое как мышь, и так далее.

Память включает в себя машиночитаемые сегменты кода (например, программное обеспечение или программный код), включая инструкции для выполнения, при исполнении системой обработки, одного из нескольких способов, описанных в данном документе.Программное обеспечение может находиться полностью в памяти или также может находиться, полностью или по меньшей мере частично, в RAM и / или в процессоре во время его выполнения компьютерной системой. Таким образом, память и процессор также составляют систему, содержащую машиночитаемый код.

В альтернативных вариантах осуществления машина работает как автономное устройство или может быть подключена, например, по сети к другим машинам, в сетевом развертывании машина может работать в качестве сервера или клиентской машины в сетевой среде сервер-клиент. или как одноранговая машина в одноранговой или распределенной сетевой среде.Машина может быть, например, компьютером, сервером, кластером серверов, кластером компьютеров, веб-устройством, распределенной вычислительной средой, средой облачных вычислений или любой машиной, способной выполнять набор инструкций (последовательных или иначе), которые определяют действия, которые должны быть выполнены этой машиной. Термин «машина» также может включать любую совокупность машин, которые по отдельности или совместно выполняют набор (или несколько наборов) инструкций для выполнения одной или нескольких методологий, обсуждаемых в данном документе.

Вышеизложенное раскрытие примерных вариантов осуществления настоящего изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать изобретение точными раскрытыми формами. Многие вариации и модификации описанных здесь вариантов осуществления будут очевидны рядовому специалисту в данной области техники в свете приведенного выше раскрытия. Объем изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Кроме того, при описании типичных вариантов осуществления настоящего изобретения в описании могут быть представлены способ и / или процесс настоящего изобретения как конкретная последовательность этапов. Однако в той степени, в которой способ или процесс не зависит от конкретного порядка этапов, изложенного в данном документе, способ или процесс не должны ограничиваться конкретной описанной последовательностью этапов. Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможны и другие последовательности этапов.Следовательно, конкретный порядок этапов, изложенный в описании, не следует рассматривать как ограничение формулы изобретения. Кроме того, формула изобретения, относящаяся к способу и / или процессу по настоящему изобретению, не должна ограничиваться выполнением их этапов в записанном порядке, и специалист в данной области может легко понять, что последовательности могут изменяться и при этом оставаться в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

Экспериментальное исследование самонагревающегося зажигания литий-ионных аккумуляторов во время хранения: влияние количества ячеек

Явление самонагревающегося зажигания

В целом, с точки зрения LiCoO ₂ элементов при 30% SOC в наших экспериментах , их поведение при самонагреве при воспламенении можно разделить на следующие три стадии: нагрев, самонагрев и тепловой разгон.На примере эксперимента с одной ячейкой при 173 ° C на рис. 2 представлены трехступенчатое явление самонагревающегося воспламенения и соответствующий температурный профиль. В таблице 3 также показаны критерии и наблюдения трех этапов.

Три ступени самонагрева 1-элементного 30% -ного SOC явления и соответствующие характеристики температуры и напряжения при температуре окружающей среды T _a = 173 ° C. Также показаны типичные проявления LIB на различных стадиях, включая набухание ячейки, утечку электролита, самонагрев и тепловой пробой

I этап:

Нагрев

Первая стадия начинается, когда ячейка нагревается значительно выше своей начальной температуры после того, как она помещена в печь.Температура ячейки увеличивалась от температуры окружающей среды до температуры печи. Во всех экспериментах клетки сначала начинали слегка набухать от средней стенки из-за теплового расширения. Когда температура была выше температуры начала разложения SEI, в этой реакции начинались газы, что приводило к дальнейшему набуханию клеток. Для экспериментов, когда T _a ≫ T _{a , cr} , на этом этапе наблюдалась утечка электролита.

II этап:

Самонагревающийся

Вторая стадия характеризуется тем, что температура образца превышает температуру окружающей среды. Поскольку на этой стадии не наблюдается значительного повышения температуры, явного набухания не наблюдалось. Кроме того, на этой стадии часто наблюдалась утечка электролита, когда электролит начинал вытекать с положительной стороны, где есть предохранительное отверстие. Эта утечка приводит к постепенному изменению цвета катода с белого на желтый.Температура увеличивается по сравнению с температурой окружающей среды из-за самонагрева, а затем несколько снижается из-за тепловых потерь, вызванных утечкой электролита. После этого температура ячейки начала очень медленно повышаться. Когда утечка электролита закончилась, внешний вид ячейки не изменился, но ее температура продолжала расти. Накопление тепла на этой стадии может быть связано с разложением SEI, реакцией интеркалированного лития с электролитом, разложением катодного положительного материала [4, 15] или химическим переходом между анодом и катодом [7].

III этап:

Термический разгон

При повышении температуры элемента произошел тепловой пробой, ведущий к возгоранию. Клетка быстро набухала за 2–3 с за счет быстрого внутреннего газообразования. Когда внутреннее давление превысило пороговое значение, произошла вентиляция, как показано на изображении стадии III, показанном на рис. 2. Виден некоторый дым, но во время всех экспериментов не наблюдалось никаких вспышек, огня или искр.

Более того, впервые в литературе мы обнаруживаем, что самонагревающееся возгорание не всегда приводит к вентиляции.Как показано на рис. 3 изображений ячеек после экспериментов, когда температура окружающей среды снизилась до 169 ° C для эксперимента с 1 ячейкой, самонагревающееся воспламенение ячейки также было зафиксировано на основе температурного профиля, но вентиляции не произошло. Во всех наших экспериментах зажигание без вентиляции происходило только в экспериментах с 1 и 2 элементами при их критической температуре воспламенения.

Изображения клеток после экспериментов. И термический разгон, и вентиляция произошли при T _a = 173 ° C (слева), но тепловой разгон произошел при T _a = 169 ° C без вентиляции (справа).Это первый случай, когда возникновение теплового разгона LIB из-за самонагрева без вентиляции было обнаружено в литературе.

Чтобы зафиксировать форму стопок и поддерживать контакт ячеек друг с другом, во всех элементах использовались проволоки. эксперименты. Этот метод заставлял вентиляцию происходить до теплового разгона для экспериментов с 3 и 4 ячейками, поскольку проволока ограничивает набухание ячеек, вызывая внешнее давление на поверхность ячейки. Потери тепла и массы из-за вентиляции добавляют дополнительный источник неопределенности в эксперименты, но в соответствии с полученными нами критическими температурами эти потери не оказывают значительного влияния на результаты.Без закрепления ячеек с помощью проводов самонагревающееся зажигание в экспериментах с 3 и 4 ячейками не происходило даже при критической температуре окружающей среды для 2-х элементов. Это связано с тем, что набухание ячейки делает ее поверхность искривленной, уменьшая площадь физического контакта между ячейками, уменьшая теплопередачу, и поэтому ячейки не ведут себя как одно тело. Кроме того, что касается экспериментов с 1 и 2 ячейками, из-за небольшой деформации и набухания в целом закрепление проволоки не влияло на эксперименты каким-либо видимым образом.

Температура

На рис. 4a, b показан пример воспламенения и отсутствия воспламенения в конфигурации с 1 ячейкой, чтобы объяснить, как идентифицировать \ (T _ {{{\ text {a}}, c}} \) с использованием данных температуры. Элементы не удалось зажечь при температуре окружающей среды 162 ° C, но удалось достичь воспламенения при температуре окружающей среды 169 ° C. Что касается случаев отсутствия воспламенения, температура элемента сначала немного превышает температуру печи, а затем она охлаждается до температуры печи. Это связано с тем, что эта температура печи является наивысшей докритической температурой окружающей среды, однако выделение тепла из-за химической реакции пропорционально размеру образца все же немного ниже, чем тепловые потери, пропорциональные поверхности образца.Что касается случая воспламенения, то тепловой разгон происходит через 106 мин, указывая на то, что элемент воспламенился при температуре печи 169 ° C, которая является самой низкой сверхкритической температурой окружающей среды. Следовательно, \ (T _ {{{\ text {a}}, c}} \) 1-й ячейки составляет 165,5 ± 3,5 ° C.

Температура и напряжение 1-4 ячеек при 30% SOC экспериментируют как для случаев критического воспламенения, так и для случаев отсутствия воспламенения. В левом столбце представлены случаи максимальных температур окружающей среды для отсутствия воспламенения, а в правом столбце — случаи минимальных температур окружающей среды для воспламенения для 1–4 ячеек.Температура для 1 ячейки — это температура поверхности T _s , а другие температуры — это центральная температура (температура между двумя центральными ячейками) T _c

Эксперименты с максимальными температурами окружающей среды для -Зажигание (слева) и эксперименты с минимальными температурами окружающей среды для воспламенения (справа) среди 1–4 ячеек показаны на рис. 4. По мере увеличения количества ячеек пиковая температура ячеек и минимальная температура окружающей среды для зажигания снижаются.Кроме того, согласно случаям зажигания на рис. 4, температура поверхности ячейки на стадии самонагрева равна температуре окружающей среды, \ (T_ {s} = T_ {a} \), что удовлетворяет граничному условию Франка- Каменецкого.

Время до теплового разгона и время на этапах I и II показано на рис. 5. Время до теплового разгона равно сумме времен этапов I и II. По мере увеличения количества ячеек время стадии I увеличивается линейно, в то время как время стадии II и время до теплового разгона увеличиваются нелинейно.

Время до теплового разгона и времена различных стадий. Время до теплового разгона складывается из времени стадий I и II

Коэффициент теплопередачи

Эффективный коэффициент теплопередачи можно оценить, используя данные о температуре батареи на стадии нагрева на рис. 4. Согласно таблице 1 , только 1 ячейка и 2 ячейки имеют Bi <0,1. В этих условиях, основываясь на методе сосредоточенной емкости [32], мы имеем: \ (\ dot {Q} = Sh \ left ({T_ {a} - T_ {s}} \ right) = mc \ left ({dT_ {s} / dt} \ right) \) коэффициент теплопередачи равен \ (h = mc \ left ({dT_ {s} / dt} \ right) / S \ left ({T_ {a} - T_ {s } } \Правильно)\).

На рисунке 6 представлены графики зависимости dT _s / dt от T _a — T _s для критических случаев зажигания с 1 и 2 ячейками. Наклоны соответствуют \ (hS / mc \), которые можно использовать для извлечения коэффициента теплопередачи. Площадь поверхности \ (S \) рассчитывается с использованием трех длин сторон, а удельная теплоемкость \ (c \) составляет 990 Дж / кг-К из предыдущих экспериментальных измерений той же ячейки [27], а масса ячейки \ ( m \) равно 36.8 г. Таким образом, коэффициенты теплопередачи для различного количества ячеек могут быть рассчитаны и представлены в таблице 4. Конечный коэффициент теплопередачи, который мы выбрали для расчета числа Bi, составляет 11 Вт / м ² K.

Извлечение коэффициент теплопередачи \ (h \) из графиков dT _s / dt vs T _a — T _s , принимая случаи 1 ячейки (слева ) и 2 ячейки (справа).Наклоны пропорциональны \ (h \)

Напряжение

На рисунке 4 показаны характеристики напряжения на трех ступенях и различные истории напряжения для отсутствия зажигания и зажигания. чехлы соответственно. Что касается случаев воспламенения, напряжения показывают аналогичные тенденции во всех экспериментах. На первом этапе напряжение уменьшается с увеличением температуры элемента, поскольку высокая температура может ускорить разрушение элементов [34].Всегда есть колебания, за которыми следует первое падение напряжения на этой стадии, что может быть сигналом начала внутренней побочной реакции, которая представляет собой разложение SEI, поскольку это рассматривается как первая побочная реакция во время теплового разгона [4]. На рис. 7 показано время до флуктуации напряжения в экспериментах и ​​соответствующие им температуры ячеек в это время. По мере повышения температуры окружающей среды время до колебания напряжения уменьшается. Это связано с тем, что для нагрева большего количества ячеек при более низкой температуре окружающей среды требуется больше времени.Однако независимо от того, сколько ячеек использовалось и какова была температура окружающей среды, температура элементов во время колебания напряжения составляет около 130 ° C, что близко к температуре начала разложения SEI в предыдущих исследованиях [4, 15] .

(a) Время до колебания напряжения в экспериментах с 1–4 ячейками, и (b) температура ячейки в это время. Температура элементов составляла около 130 ° C, что является начальной температурой побочных реакций.

На втором этапе напряжение внезапно снижается до нуля сразу после утечки электролита.Когда утечка электролита прекращается, напряжение ячейки может быть снова обнаружено на стадии самонагрева. На рисунке 8 показана зависимость между временем утечки электролита и временем до 2-го падения напряжения в трех экспериментах с одной ячейкой. Время до утечки электролита определяется как время, когда мы впервые наблюдали утечку электролита, и эти значения всегда были немного меньше времени до 2-го падения напряжения.

Зависимость между временем утечки электролита и временем второго падения напряжения в трех экспериментах с одной ячейкой.Время утечки электролита всегда было немного меньше времени до 2-го падения напряжения, что показывает, что утечка электролита может привести к внутреннему короткому замыканию ячеек.

После 2-го падения напряжения напряжение медленно уменьшается. Это может быть вызвано побочными реакциями на аноде и катоде при высоких температурах, которые могут увеличить внутреннее сопротивление, продолжая потреблять интеркалированный литий, образуя дополнительные газы и примеси [4].

На третьем этапе, когда температура начинает быстро расти, напряжение снова резко падает до нуля, что можно рассматривать как сигнал о воспламенении элемента.

Критическая температура воспламенения

На основании данных о температуре окружающей среды на рис. 4 определены критические температуры саморазогрева воспламенения элемента. Значения температуры 1, 2, 3 и 4 ячеек составляют 165,5 ± 3,5 ° C, 157 ± 2 ° C, 155 ± 2 ° C и 153 ± 2 ° C соответственно.

В этой работе показана четкая тенденция, а именно, что необходимая температура окружающей среды для саморазогрева воспламенения ячейки уменьшается по мере увеличения количества ячеек из-за эффектов теплопередачи, представленных в теоретическом разделе.Эта тенденция должна удовлетворяться не только для используемых здесь призматических ячеек, но и для ячеек любой другой формы, например, цилиндрических ячеек. Это связано с тем, что, хотя площадь проводящего контакта между цилиндрическими ячейками меньше, передача тепла между ячейками происходит за счет теплопроводности и излучения в воздушных зазорах. Критическая температура для 4 ячеек составляет 153 ° C, что все еще очень высоко по сравнению с температурой окружающей среды. Однако, когда элементы складываются штабелями на склады или отправляются в составе грузов, количество ячеек относительно велико, и поэтому, исходя из этой критической тенденции окружающей среды, может произойти самонагревание ячеек и привести к пожарам.{2}} \ right) \) vs \ (1000 / T_ {a} \). Наилучшее линейное соответствие рассчитано на рисунке со значением R-квадрата 0,981. На рисунке 10 показан типичный график Франк-Каменецкого, который подтверждает, что допущения теории Франк-Каменецкого и одноступенчатые глобальные реакции Аррениуса могут быть применены. Участок Франк-Каменецкого также подтверждает, что возгорание вызвано самонагревом.

Критическая температура воспламенения, определенная для разного количества ячеек. Значения температуры 1, 2, 3 и 4 батарей — 165.5 ± 3,5 ° C, 157 ± 2 ° C, 155 ± 2 ° C и 153 ± 2 ° C соответственно

График Франк-Каменецкого для ячеек с катодным материалом LiCoO ₂ . Для извлечения эффективных кинетических и теплофизических параметров строится линейная аппроксимация.

Наклон прямой линии соответствует \ (- \ frac {E} {R} \), а точка пересечения по оси Y равна \ (ln \ left ({\ frac {E} {R} \ cdot \ frac {{f \ Delta H_ {c}}} {k}} \ right). \) Эффективная проводимость \ (k \) ячеек сильно зависит от катода. материалы [33].Для катодного материала LiCoO ₂ эффективная проводимость \ (k \) составляет 1,08 Вт / мК [33]. На основании этого извлекаются эффективная кинетика и тепловые свойства ячейки, как показано в таблице 5. Погрешности также показаны в таблице с использованием подгонок, которые дают максимально и минимально возможные эффективные кинетические и термические свойства из экспериментальных данных. . Эти данные, которые мы нашли в этой работе, могут способствовать предсказанию поведения воспламенения при самонагреве ячейки.

Кинетика, которую мы количественно оценили, относится к 30% SOC, и эффективная кинетика и теплофизические свойства будут отличаться, если тот же самый LIB будет иметь более высокое SOC.Предыдущие исследования [19, 30] показывают, что LIB имеет более высокую реактивность, когда его SOC больше, и, следовательно, LIB с более высоким SOC с большей вероятностью самовоспламеняется.

Батарея Онлайн | Термический разгон: основы обеспечения более безопасных аккумуляторов

19 сентября 2019 г. | Литий-ионный (Li-ion) аккумулятор Термический разгон происходит, когда элемент или область внутри элемента достигает повышенных температур из-за теплового отказа, механического отказа, внутреннего / внешнего короткого замыкания и электрохимического воздействия.При повышенных температурах начинается экзотермическое разложение материалов ячейки. В конце концов, скорость самонагрева ячейки превышает скорость, с которой тепло может рассеиваться в окружающую среду, температура ячейки растет экспоненциально, и в конечном итоге теряется стабильность. Потеря стабильности приводит к тому, что вся оставшаяся тепловая и электрохимическая энергия выделяется в окружающую среду.

Уильям Уокер работает над раскрытием основ этого взрывного процесса. По мнению Уолкера, только полное понимание теплового разгона посредством тестирования статистически значимого количества ячеек может быть эффективно смягчено.Доктор Уокер сообщает Battery Power Online , что это важно, потому что успешные методы смягчения последствий в конечном итоге приводят к созданию более безопасных батарей с адекватными системами управления температурой.

Уокер работает в Космическом центре имени Джонсона НАСА. Он начинал как терминолог, специализирующийся на тепловом моделировании конструкций космических кораблей в космических средах, но, получив докторскую степень в области материаловедения и инженерии, НАСА выразило потребность в более широкой базе знаний о тепловом разгоне литий-ионных аккумуляторов.С этого момента Уокер переключил свое внимание на тепловые аспекты литий-ионных аккумуляторов, уделяя особое внимание безопасности аккумуляторов и тепловому разгону.

Его поиски по разъяснению тонкостей теплового разгона недавно привели к публикации статьи, в которой он был соавтором, в которой описывается создание статистической регрессионной модели, используемой для прогнозирования изменчивости тепловыделения при тепловом разгоне от теста к тесту как функции ячейки. переменные конструкции на уровне (например, влияние нижнего вентиляционного отверстия по сравнению с не-нижним вентиляционным отверстием, воздействие материалов сепаратора с высокой температурой плавления и влияние толщины обсадной колонны).Публикация также дает промышленности представление о доле энергии, которая выделяется через кожух элемента по сравнению с той, которая выбрасывается из элемента — информация, которая очень полезна при проектировании безопасных аккумуляторных систем. Данные, обсуждаемые в публикации, стали возможны только благодаря использованию специального фракционного теплового калориметра разгона (FTRC), разработанного группами НАСА (для которого д-р Уокер предоставил тепловую экспертизу), для измерения общего энерговыделения и энергетических фракций. .

Battery Power Online: Как выглядит для вас обычный день в офисе или лаборатории?

Уильям Уокер : Мое время делится между офисом и лабораторией тестирования. Время в моем офисе я трачу на поддержку проектов и программ НАСА, которые требуют термического анализа или теплового проектирования. Я консультируюсь и сотрудничаю с отдельными лицами и программами, предоставляя рекомендации по безопасной конструкции батарей, особенно в том, что касается управления температурой. Я также много времени провожу, работая с группами разработчиков и тестировщиками фракционной тепловой калориметрии (FTRC).

Когда меня нет в офисе, меня могут найти в зоне тестирования энергетических систем или ESTA. Это безопасная и специально отведенная зона для тестирования литий-ионных аккумуляторов в Космическом центре имени Джонсона НАСА. Мы часто проводим тестирование на злоупотребления с помощью устройства FTRC; в этой роли я обычно поддерживаю нашего ведущего конструктора механики и координатора испытаний Джейкоба Дарста (также работающего в Космическом центре имени Джонсона НАСА) в проведении испытаний. Оттуда я обрабатываю данные, чтобы помочь нашей команде понять, что произошло, когда ячейка взорвалась.

Не могли бы вы вкратце объяснить явление теплового разгона?

Несколько вещей могут вызвать тепловые разгоны. Температурный разгон может быть вызван механическими или тепловыми отказами. Электрохимическое злоупотребление из-за перезарядки или чрезмерной разрядки элемента также может вызвать тепловой разгон. Кроме того, существует вероятность внутреннего короткого замыкания внутри элемента, что приведет к тепловому выходу из строя. Любое из этих событий может привести к повышенным температурам, которые достаточно высоки, чтобы вызвать быстрое экзотермическое разложение материалов ячейки.

Для дальнейшего объяснения того, почему мы видим такие высокие скорости нагрева, нам нужно немного больше узнать о реакциях разложения. Когда литий-ионный элемент или небольшое пятно внутри элемента достигает определенного критического диапазона температур, материалы внутри элемента начинают разрушаться, разлагаться. Эти реакции разложения являются экзотермическими по своей природе, поэтому мы наблюдаем саморазогревание. Кроме того, скорости разложения, которые прямо пропорциональны скоростям экзотермического самонагревания, следуют форме Аррениуса, что означает, что скорость разложения (а затем и скорость самонагревания) экспоненциально возрастает с повышением температуры.Проще говоря, с увеличением температуры увеличивается скорость разложения, а также скорость самонагревания. Результатом является скорость самоподдерживающегося нагрева внутри ячейки, которая увеличивается до тех пор, пока ячейка не потеряет стабильность, не разорвется, и вся оставшаяся тепловая и электрохимическая энергия не будет выпущена в окружающую среду.

Как НАСА отреагировало на неуправляемый тепловой эффект?

Как и в большинстве других отраслей, НАСА также использует литий-ионные батареи. Однако мы работаем в сфере, которая может быть особенно дорогостоящей и сопряженной с высоким риском, и эти риски необходимо устранять.После ряда хорошо известных инцидентов, произошедших в 2013 году, НАСА решило пересмотреть свои критерии сертификации литий-ионных аккумуляторов. Они стремились пересмотреть то, что определяет безопасный литий-ионный аккумулятор в сборе, и пересмотреть, какие другие требования сертификации должны быть установлены, чтобы гарантировать, что аккумулятор безопасен для полета, особенно для приложений, связанных с пилотируемыми космическими полетами.

Центр разработки и безопасности НАСА, или NESC, возглавил эту работу в сотрудничестве с инженерами по аккумуляторным батареям всего Агентства.Когда они пришли к выводу, все сводилось к нескольким вещам, но в первую очередь требовалось обновить требования к сертификации, чтобы установить, что для батарей определенного размера серьезность теплового разгона должна быть оценена с помощью испытаний и анализа, а также проектирования. должно было бы показать, что распространение от клетки к клетке не могло произойти.

Я думаю, что этот стандарт отличает нас от других стандартов. Мы не решили игнорировать тепловой сбой и не пытались разработать стандарт, который требует от нас полного предотвращения теплового разгона в целом (на фундаментальном уровне, который в любом случае невозможен).Подумайте об этом … Эффективная система управления температурным режимом может гарантировать, что теплового сбоя не произойдет. Первоклассная конструктивная конструкция эффективно гарантирует, что механического отказа не произойдет. Внедрение эффективных систем управления батареями предотвращает ситуации электрохимического злоупотребления. Что нельзя предотвратить, так это возможность скрытого дефекта, обломков посторонних предметов или чего-то в целом, находящегося внутри элемента, что может вызвать внутреннее короткое замыкание. Поэтому НАСА решило исходить из предположения, что неуправляемый тепловой эффект может произойти и произойдет, а затем разработать систему управления температурным режимом, которая предотвращает катастрофическое событие и предотвращает распространение от ячейки к ячейке.Другими словами, мы предполагаем, что это произойдет, и мы планируем это, мы даем тепло куда-то, и у нас есть система управления температурой, разработанная так, что, когда выделяется тепло, она не заставляет соседние ячейки перегреваться.

Однако мы быстро поняли, что, хотя было несколько калориметрических методов испытаний для определения тепла, выделяемого при тепловом разгоне, не было ничего, что помогло бы нам различить доли энергии. Это то, о чем вы действительно заботитесь заранее.Доля энергии, остающаяся в ячейке, которая может проводиться к соседним ячейкам, в сочетании с расстоянием между ячейками и выбором промежуточного материала, определяет, насколько горячие соседние ячейки будут получать. Также важна доля выбрасываемого тепла; вы должны дать ему место, чтобы он не приземлился на соседние ячейки и не стал причиной теплового разгона. С этой новообретенной мотивацией понять фракции тепловой убегающей энергии, НАСА также решило разработать новую методику испытаний. Частью графика с 2016 по 2017 год было изобретение устройства FTRC, о котором я упоминал ранее.FTRC был разработан в качестве ведущей и спонсируемой NESC оценки с сотрудниками Космического центра Джонсона и SAIC. Завершенный FTRC позволил нам провести быстрые контрольные эксперименты, в ходе которых мы смогли определить не только общее выделение энергии, но и то, сколько тепла проходит через кожух элемента в зависимости от того, сколько тепла отводится. Этот новый метод тестирования в конечном итоге дал нам информацию, необходимую для того, чтобы приступить к выполнению наших новых критериев проектирования безопасных батарей.

Вы недавно стали соавтором статьи Разделение тепла, выделяемого и не выбрасываемого содержимого литий-ионных элементов формата 18650 с использованием статистических методов (DOI: https: // doi.org / 10.1016 / j.jpowsour.2018.10.099). Что вы можете рассказать о бумаге?

Используя устройство FTRC, наша команда проверила ряд ячеек в диапазоне от 2,4 ампер-часов до 3,5 ампер-часов с рядом функций, рассматриваемых как контролируемые переменные — емкость, толщина корпуса, нижние вентиляционные отверстия по сравнению с не-нижними вентиляционными ячейками, различные механизмы срабатывания. и т. д. Для каждой из категорий мы провели до 10 экспериментов FTRC и задокументировали реакцию на тепловое ускорение (т. е. общее выделение энергии и доли выделенной энергии).Было очень важно провести достаточно экспериментов, чтобы охарактеризовать общий диапазон ожидаемых результатов. Напомним, что нет двух одинаковых событий теплового разгона. Реакции разложения могут иметь разную степень завершения. Иногда ячейка не выходит из строя ни вверху, ни внизу, как положено. Иногда бывает разрыв боковой стенки или разрыв спиновой группы. Иногда происходит разрыв дна ячейки, которая не является нижней вентиляционной ячейкой. Каждый из этих режимов отказа приводит к разному тепловому отклику.Вот почему мы разъясняем в наших статьях и презентациях, что нет двух одинаковых событий теплового разгона. При рассмотрении теплового разгона для данной ячейки не следует обращаться к одному эксперименту или двум или трем экспериментам, усредненным вместе. Необходимо проанализировать статистическую изменчивость от теста к тесту для конфигурации с одной ячейкой, а затем использовать полученное понимание изменчивости для обоснования вашего дизайна.

Помимо определения доли высвобождения энергии, мы также использовали результаты FTRC в качестве входных данных для регрессионной модели; окончательная модель была способна предсказать общий диапазон ожидаемого теплового разгона для любой из конфигураций ячеек, рассмотренных в нашем исследовании.В частности, регрессионная модель использовалась для анализа плотности вероятности общего высвобождения энергии для каждой конфигурации ячейки. Это был лучший сценарий, поэтому выбрасывалось наименьшее количество энергии; был наихудший сценарий, или было выброшено наибольшее количество энергии. Модель также предсказала событие с наибольшей вероятностью. С данными, представленными в нашей статье, пользователи могут делать больше, чем рассматривать единичное событие теплового разгона, они скорее получают вводные данные, необходимые для анализа воздействия всего диапазона возможных результатов теплового разгона.

Еще одним результатом этой статьи было то, что мы продемонстрировали, что определенные переменные и конструктивные особенности механики могут влиять на профиль теплового разгона. Толщина корпуса ячейки имеет значение. Важны особенности вентиляции. То, как ячейка выходит из строя, имеет значение. Все это влияет на выделяемое тепло и куда оно уходит. Если вы хотите спроектировать оптимизированную аккумуляторную систему с адекватным управлением температурой, но также оптимизированную с точки зрения расстояния между элементами, это важная информация.

В статье рассмотрены некоторые аспекты теплового разгона, которые, как мне кажется, следует учитывать при проектировании системы батарей, чтобы они были безопасными и предотвращали распространение от ячейки к ячейке (то есть статистическая изменчивость общего энерговыделения и энергетических долей). С точки зрения дизайна, основанного на анализе, для достижения вышеупомянутых целей / стратегий возникает несколько вопросов. Каким должен быть интервал между ячейками? Как далеко они должны быть друг от друга? Могу ли я использовать межстенный утеплитель? Я использую радиатор? Как мне перемещать тепло, чтобы предотвратить распространение от клетки к клетке? Как лучше всего оптимизировать этот дизайн? В частности, в освоении космоса и авиакосмической отрасли в целом важны масса и объем.Вам не нужна лишняя масса вашей системы терморегулирования, но в то же время вам нужен запас прочности. Правильный баланс необходим.

Какие технологии необходимо разработать для создания более безопасных литий-ионных аккумуляторов и что нам делать дальше?

Нам необходимо продолжить разработку технологии, которая поможет нам понять тепловой отказ до тех пор, пока мы не сможем эффективно предотвратить тепловой сбой в целом. Пока мы не сможем предотвратить это, мы должны это спланировать. Мы многое узнали о тепловом разгоне из нашего первоначального исследования FTRC, но нам еще многое предстоит узнать.На первом этапе мы продолжаем узнавать больше о влиянии конструктивных особенностей ячеек на реакцию на тепловой сбой посредством тестирования статистически значимого количества ячеек.

В данный момент мы ограничены массой и объемным воздействием системы терморегулирования батареи, предназначенной для защиты от теплового разгона. Компоненты общей защиты ячеек, теплоотвод, изоляция и / или охлаждение, которые становятся тяжелыми. Когда вы говорите об автомобилях, военных приложениях и космических кораблях, где масса и объем являются основными движущими силами, это проблема, и вы навсегда ограничиваете свою потенциальную энергию и плотность мощности.Но что, если бы нам не понадобилась система терморегулирования, предназначенная для защиты от теплового разгона? Существуют компании, разрабатывающие технологии и новые материалы на уровне ячеек, которые эффективно предотвращают тепловой выход из строя в целом или делают его очень маловероятным. С дальнейшим уменьшением угрозы теплового разгона, полностью исключенной из уравнения, можем ли мы значительно уменьшить массу систем управления температурным режимом аккумуляторных батарей и раскрыть потенциал для более высоких энергий и удельной мощности? Я надеюсь, что однажды мы сможем покупать литий-ионные элементы прямо с полки со встроенными материалами, которые снижают общий риск теплового разгона или даже полностью предотвращают тепловой отказ.

Северо-восточная батарея | Блог | Увеличение срока службы батареи

Литиевые батареи занимают лидирующие позиции в никель-кадмиевых батареях благодаря своей стабильности и относительно низкому техническому обслуживанию. Кроме того, скорость саморазряда в два раза ниже, чем у никелевой батареи, и при обнажении ячеек вреда практически нет.

Несмотря на то, что литиевая батарея имеет много преимуществ, она все же имеет свои ограничения и недостатки. Вот почему так важно точно понимать, как ухаживать за литиевой батареей и как продлить ее срок службы.

Горячие температуры

Как и большинство батарей, литиевые батареи необходимо хранить при более низких температурах на . Чем выше температура, тем выше скорость саморазряда.

Pro Совет: попробуйте хранить аккумулятор при температуре около 68 ° F. Поскольку при зарядке и использовании аккумулятора выделяется тепло, между зарядкой и использованием необходимо дать аккумулятору остыть. Это один из самых эффективных способов продлить срок службы любой батареи.

Как тепло может сократить срок службы батареи, так и холод может. Позволяя им немного согреться на солнце или возле обогревателя в холодный день, вы поможете зарядить аккумулятор — и поддерживать его работоспособность, чтобы вам не приходилось так часто менять батареи или подзаряжать.

В целях безопасности, независимо от температуры на улице, храните батареи внутри. Температура в помещении, как правило, остается довольно стабильной в течение всего года, и, как правило, влажность ниже.

Литий и вода — две вещи, которые нельзя смешивать. Когда они это сделают, берегитесь. Они образуют гидроксид лития и водород, который легко воспламеняется. Если ваша литиевая батарея загорится по какой-либо причине, поливание ее водой только усугубит ситуацию. Убедитесь, что у вас есть под рукой огнетушитель класса D (и что у вас батареи дымового извещателя свежие!).

Лучше всего хранить литиевые батареи вдали от источников воды.Несмотря на то, что корпус батареи предназначен для отвода влаги от элементов батареи, ничто не является защитой от несчастных случаев.

Заряжайте батареи до того, как они полностью разрядятся. Если не дать ему полностью разрядиться, срок службы аккумулятора увеличится.

Если вы собираетесь хранить батареи в течение определенного периода времени, убедитесь, что вы делаете это наполовину заряженным. В отличие от других типов батарей, которые необходимо заряжать на протяжении всего срока хранения, литиевые батареи лучше работают при глубине разряда 40% -50%.

Pro-Tip: После каждых 30 зарядок дайте литиевой батарее полностью разрядиться перед подзарядкой. Это помогает избежать состояния, называемого цифровой памятью. Цифровая память может нарушить точность показаний измерителя мощности устройства, которое вы используете. Дождавшись полной разрядки, вы позволите манометру сбросить настройки.

У многих аккумуляторов заканчивается срок службы из-за того, что они были заряжены неправильным напряжением. Одним из преимуществ использования литиевых батарей является то, что они обеспечивают быструю подзарядку, поэтому нет необходимости вмешиваться в процесс.Вы только нанесете ущерб, который невозможно исправить. Как правило, для литий-ионного аккумулятора 12 В наилучшее напряжение зарядки, обеспечивающее максимальный срок службы, составляет 14,6 В.

Несмотря на то, что не все батареи одинаковы, за каждым из них необходимо надлежащим образом ухаживать, чтобы обеспечить их максимальный потенциал. Это означает понимание требований особого ухода за батареями разных типов . Следите за температурой хранения, следите за тем, чтобы они были сухими, и убедитесь, что вы заряжаете правильно, у вас всегда будет надежный аккумулятор, когда он вам понадобится.

Отказ литиевой батареи

Характеристики литий-ионных элементов зависят как от температуры, так и от рабочего напряжения. На приведенной ниже диаграмме показано, что рабочее напряжение и температура элемента всегда должны поддерживаться в пределах, обозначенных зеленым прямоугольником. После выхода за пределы коробки будет инициировано необратимое повреждение ячейки.

Отказы ячеек

Влияние напряжения

• Перенапряжение

Если зарядное напряжение превышает рекомендованное верхнее напряжение ячейки, обычно 4,2 В, чрезмерный ток течет, вызывая две проблемы.

• Литиевое покрытие

При чрезмерных токах ионы лития не могут быть достаточно быстро размещены между интеркаляционными слоями углеродного анода, и ионы лития накапливаются на поверхности анода, где они осаждаются в виде металлического лития.Это называется литиевым покрытием. Следствием этого является уменьшение количества свободных ионов лития и, следовательно, необратимая потеря емкости, а поскольку покрытие не обязательно является однородным, а имеет дендритную форму, это может в конечном итоге привести к короткому замыканию между электродами.

Другой важной причиной литиевого покрытия является работа при низких температурах, и это также может быть вызвано неоднородностью элементов элементов из-за производственных дефектов или неправильного обращения.См. ниже.

• Перегрев

Чрезмерный ток также вызывает повышенный джоулев нагрев элемента, сопровождающийся повышением температуры. См. Следующий раздел ниже.

• Пониженное / чрезмерное напряжение
Перезаряжаемые литиевые элементы

страдают как от пониженного, так и повышенного напряжения.Если напряжение элемента упадет ниже примерно 2 В за счет чрезмерной разрядки или хранения в течение продолжительных периодов времени, это приведет к постепенному разрушению электродных материалов.

• Аноды

Сначала анодный медный токоприемник растворяется в электролите. Это увеличивает скорость саморазряда элемента, однако, когда напряжение снова увеличивается выше 2 вольт, ионы меди, которые рассредоточены по электролиту, осаждаются в виде металлической меди, где бы они ни находились, не обязательно обратно на фольгу токосъемника.Это опасная ситуация, которая в конечном итоге может вызвать короткое замыкание между электродами.

• Катоды

Длительное выдерживание ячеек при напряжении ниже 2 В приводит к постепенному выходу из строя катода в течение многих циклов с выделением кислорода катодами из оксида лития-кобальта и оксида лития-марганца и, как следствие, необратимой потери емкости. С литиево-железо-фосфатными элементами это может происходить в течение нескольких циклов.

Состояние зарядки

Ограничения напряжения, необходимые для предотвращения проблем, описанных выше, могут быть преобразованы в рекомендации для рабочего диапазона состояния заряда батареи, показанные на следующей диаграмме.

Работа вне этих пределов отрицательно скажется на сроке службы батареи.Узнайте больше о состоянии заряда и о том, как его измерить.

Температурные эффекты

Тепло — серьезный убийца батареи, будь то его избыток или недостаток, а литиевые вторичные элементы требуют тщательного контроля температуры.

• Работа при низких температурах

Скорость химической реакции уменьшается в зависимости от температуры.(Закон Аррениуса) Эффект снижения рабочей температуры заключается в снижении скорости преобразования активных химических веществ в клетке. Это приводит к снижению допустимой токовой нагрузки элемента как при зарядке, так и при разрядке. Другими словами, его пропускная способность снижается. Подробная информация об этом процессе приведена в разделе тарифов

.

Более того, при низких температурах сниженная скорость реакции (и, возможно, сжатие электродных материалов) замедляется и затрудняет внедрение ионов лития в интеркаляционные пространства.Как и при работе с перенапряжением, когда электроды не могут выдерживать ток, в результате снижается мощность и литиевое покрытие анода с необратимой потерей емкости.

• Высокотемпературный режим

Работа при высоких температурах вызывает другой набор проблем, которые могут привести к разрушению элемента. В этом случае эффект Аррениуса помогает получить более высокую мощность из элемента за счет увеличения скорости реакции, но более высокие токи вызывают более высокое рассеивание тепла I ² R и, следовательно, даже более высокие температуры.Это может быть началом положительной обратной связи по температуре, и если тепло не будет отводиться быстрее, чем оно генерируется, результатом будет тепловой разгон.

• Температурный разгон

Несколько стадий участвуют в нарастании до теплового разгона, и каждая из них приводит к все более постоянному повреждению клетки.

• Первая стадия — это разрушение тонкого пассивирующего слоя SEI на аноде из-за перегрева или физического проникновения.Первоначальный перегрев может быть вызван чрезмерными токами, перезарядкой или высокой внешней температурой. Разрушение слоя SEI начинается при относительно низкой температуре 80 ° C, и как только этот слой разрушается, электролит вступает в реакцию с угольным анодом так же, как и во время процесс образования, но при более высокой, неконтролируемой температуре. Это экзотермическая реакция, которая еще больше увеличивает температуру.

(Аноды из титаната лития не зависят от слоя SEI и, следовательно, могут использоваться с более высокими расходами.)

• По мере повышения температуры тепло от анодной реакции вызывает разложение органических растворителей, используемых в электролите, с выделением горючих углеводородных газов (этан, метан и другие), но не кислорода. Обычно оно начинается с 110 ºC, но с некоторыми электролитами может достигать 70 ºC. Образование газа из-за разрушения электролита вызывает повышение давления внутри элемента. Хотя температура повышается до температуры, превышающей точку воспламенения газов, выделяемых электролитом, газы не горят, потому что в элементе нет свободного кислорода, который мог бы поддерживать огонь.

Ячейки обычно снабжены предохранительным отверстием, которое позволяет контролируемому выпуску газов для сброса внутреннего давления в ячейке, избегая возможности неконтролируемого разрыва ячейки — иначе известного как взрыв, или, более эвфемистически, «быстрая разборка». «ячейки. Когда горячие газы выбрасываются в атмосферу, они, конечно, могут гореть в воздухе.

• При температуре около 135 ºC полимерный сепаратор плавится, что приводит к короткому замыканию между электродами.
• В конечном итоге тепло от разрушения электролита вызывает разрушение материала катода из оксида металла с высвобождением кислорода, который позволяет сжигать как электролит, так и газы внутри элемента.

Разрушение катода также является сильно экзотермическим, в результате чего температура и давление становятся еще выше. Катодный пробой начинается при температуре около 200 ºC для литий-кобальт-оксидных элементов, но при более высоких температурах для катодных элементов с другим химическим составом.

К этому времени давление также очень высокое, и пора бежать к двери.

• Судебные иски последуют.

См. Методы, используемые для предотвращения этих проблем, в разделе «Защита ячеек»

Альтернативный литиевый катодный химический состав

был первым материалом, который использовался для катодов во вторичных литиевых элементах, но проблемы безопасности возникли по двум причинам.Начало химического разложения происходит при относительно низкой температуре, и когда катод выходит из строя, выделяется огромное количество энергии. По этой причине были разработаны альтернативные катодные материалы. На приведенной ниже диаграмме показаны характеристики пробоя нескольких альтернативных материалов катода.

График выше показывает, что катоды из литий-железо-фосфатного фосфата не разрушаются с выделением кислорода до тех пор, пока они не станут намного более высокими, а когда они это сделают, выделяется гораздо меньше энергии.Причина в том, что молекулы кислорода в фосфатном материале имеют гораздо более прочную валентную связь с фосфором, и ее труднее разорвать. Другие химические составы катода основаны на оксидах металлического лития, которые имеют гораздо более слабые валентные связи, связывающие кислород с металлом, и они легче разрушаются, чтобы высвободить кислород.

Обратите внимание, что беспокойство потребителей по поводу безопасности литиевых батарей, как правило, сосредоточено на материалах литиевого катода, тогда как в действительности тепловой разгон инициируется на аноде, а НЕ на катоде.

Неоднородности

Неравномерный ток из-за локализованных дефектов в области границы раздела между сепаратором и поверхностью анода также может привести к литиевому покрытию. Примеры таких дефектов:

• Производственные дефекты
• Механическая деформация деталей
• Закупорка или деформация пор сепаратора
• Неровное анодное покрытие
• Сильная извилистость тока из-за неравномерного давления на пути тока
• Неравномерный контакт сепаратора с анодом
• Отслоение токоприемника
• Загрязнение активных химикатов
• Локальная сушка электролита
• Злоупотребление

Хотя объемный ток через элемент не может быть чрезмерным, эти дефекты могут вызвать неравномерную плотность тока в потоке ионов лития на поверхность анода, создавая локальные «горячие точки» высокого тока, которые не могут быть легко помещены в промежуточные слои анода.Соответствующие высокие концентрации ионов лития приводят к литиевому покрытию.

Из-за своего гибкого корпуса ячейки мешочка более уязвимы для некоторых из этих дефектов, чем цилиндрические и призматические ячейки с жестким корпусом.

Механическая усталость

Электроды литиевых элементов расширяются и сжимаются во время зарядки и разрядки из-за эффекта внедрения ионов лития в кристаллическую структуру электродов и из нее.Циклические напряжения на электродах могут в конечном итоге привести к растрескиванию частиц, составляющих электрод, что приведет к увеличению внутреннего импеданса по мере старения элемента, или, в худшем случае, к разрушению анодного слоя SEI, что может привести к перегреву и немедленному выходу элемента из строя. .

См. Также причины циклического механического напряжения

Аналогичный процесс, возможно, усиленный накопленным выделением небольших количеств газа из-за медленного разрушения электролита каждый раз при циклическом нагревании, может привести к набуханию элемента и, в конечном итоге, к разрыву корпуса элемента.

Срок службы

Влияние напряжения и температуры на отказы элементов сразу же очевидно, но их влияние на срок службы менее очевидно. Выше мы видели, что отклонения от рекомендованного рабочего диапазона могут вызвать необратимую потерю емкости ячеек. Совокупный эффект этих отклонений подобен прогрессирующему изнурительному заболеванию, которое влияет на время жизни клетки или, в худшем случае, приводит к внезапной смерти, если вы переступите черту..

Из приведенного выше графика видно, что начиная с 15 ºC срок службы будет постепенно сокращаться за счет работы при более низких температурах. Работа при температуре чуть выше 50 ºC также сокращает срок службы, но при 70 ºC возникает угроза теплового разгона. Система управления температурой батареи должна быть спроектирована таким образом, чтобы элемент постоянно работал в оптимальном режиме, чтобы избежать преждевременного износа элементов.

Осторожно: продолжительность цикла, указанная в технических характеристиках производителя, обычно предполагает работу при комнатной температуре. Это было бы совершенно нереально для автомобильных приложений. Графики, показывающие, как продолжительность цикла меняется в зависимости от температуры, подобные приведенному выше, редко предоставляются производителями элементов питания.

Система управления батареями (BMS)

Одна из основных функций BMS — поддерживать работу ячеек в заданном рабочем окне (зеленая рамка выше).Этого нетрудно добиться с помощью устройств безопасности и систем терморегулирования. В качестве дополнительного фактора безопасности некоторые производители устанавливают свои эксплуатационные ограничения на более ограниченные уровни, указанные пунктирными линиями.

Однако BMS мало что может сделать для защиты от внутреннего короткого замыкания. Единственная профилактическая мера, которую можно предпринять, — это строгий технологический контроль всех операций по производству ячеек.

Литий заряжен, но не виновен?

Причина многих пожаров связана с литиевыми батареями, и есть опасения по поводу лития из-за его хорошо известной активной реакции с водой.В нормальных условиях большинство (но не все) батарей не содержат свободного лития. Содержащийся литий объединяется с другими соединениями, которые не вступают в реакцию с водой. Количество лития, выпавшего во время литиевого покрытия, когда элементы повреждены, как описано выше, очень мало и обычно не является причиной возгорания. Кроме того, многие из зарегистрированных пожаров вызваны горящим электролитом, а не соединениями лития.

Виновный

Хотя расследование показало, что некоторые возгорания лития происходят из-за внутренних коротких замыканий, как описано выше, многие, если не большинство возгораний вызваны неправильным обращением со стороны пользователя.Это может быть «умышленное или небрежное» злоупотребление, такое как перезарядка или работа в условиях высокой температуры, или физический ущерб из-за неправильного обращения, но довольно часто это неосознанное злоупотребление. Удивительно, но многие из самых серьезных пожаров были вызваны случайными короткими замыканиями, вызванными неосторожной утилизацией элементов в мусоре. Несмотря на соблюдение строгих правил перевозки литиевых батарей по воздуху, источники нескольких пожаров в самолетах / транспортных средствах были определены как запасные батареи для портативных компьютеров, перевозимые в багаже ​​пассажира, не совпадающие с другими упакованными с ними предметами.

Примечание. Большие батареи, такие как те, которые используются в автомобилях, обычно включают защиту от короткого замыкания, но батареи меньшего размера для портативных компьютеров обычно не имеют такой возможности.

Ложные обвинения или недостоверные доказательства

Судите себя Обман или заблуждение

См. Также более общие виды отказов аккумуляторных батарей и новые конструкции и химический состав элементов.

Лучшие нагреватели с батарейным питанием

Никто не любит быть холодным. Будь то осенний день или разгар зимы, тепло имеет решающее значение для нашего счастья, здоровья и комфорта. Поэтому неудивительно, что обогреватели так популярны среди тех, кто хочет согреть пальцы ног и снова почувствовать себя пальцами.

В то время как нагреватель с батарейным питанием обеспечит невероятную универсальность, портативность и низкое энергопотребление, они просто не могут обеспечить достаточную мощность, чтобы использовать его для обогрева . Их BTU (британская тепловая единица — как измеряется тепловая мощность) слишком малы, чтобы обеспечить эффективное тепло даже на меньшей площади, поэтому их не существует.

Однако это не означает, что вам нужно замораживать. Обогреватель с батарейным питанием может быть нежизнеспособным, но есть множество других вариантов, которые могут удовлетворить ваши потребности.

Мы составили список обогревателей, которые сохранят жар в машине по утрам, помогут согреться во время похода или согреют домашний офис в зимние месяцы.

Готовы найти подходящий обогреватель? Продолжайте читать, чтобы узнать, что искать, и некоторые из наших фаворитов, которые стоит рассмотреть.

Раскрытие информации : Мы можем получать комиссионные, когда вы переходите по нашим ссылкам и совершаете покупки. Это не влияет на наши обзоры и сравнения. Все мнения являются нашими собственными, мы гордимся тем, что наши статьи справедливы и сбалансированы.Для получения дополнительной информации см. Наше заявление о раскрытии информации.

Безопасность прежде всего!

Когда вы имеете дело с жарой или пламенем, очень важно соблюдать осторожность.

Топливные обогреватели создают дым или газ от сгорания, что может вызвать проблемы со здоровьем, если нет надлежащей вентиляции. Также существует риск контакта чего-либо с пламенем (если он открыт), что может привести к возгоранию или ожогам, если не будут приняты меры безопасности.

Электрические обогреватели опасны еще и тем, что катушки, которые они используют для создания тепла, достигают исключительных температур.Контакт с нагревательным элементом может привести к сильным ожогам и воспламенению предметов при более длительном воздействии.

Таблица сравнения

Используйте эту удобную сравнительную таблицу, чтобы быстро сравнивать модели или просматривать полные обзоры.

Лучшие альтернативы обогревателю с батарейным питанием

Mr. Heater F215100 Mh5B Little Buddy Пропановый нагреватель

Основные характеристики

• Высокая портативность
• Кнопка включения для простого использования
• До 95 кв.футов покрытия
• Включает функцию автоматического отключения при опрокидывании и низком уровне кислорода

Mr. Heater F215100 — жизнеспособная альтернатива нагревателю с батарейным питанием, поскольку его меньший размер имитирует портативность батарей, при этом обеспечивая эффективное тепло. Датчик кислорода и датчики опрокидывания также позволяют использовать его в помещении и в жилых помещениях, что также делает его универсальным.

Пропановый обогреватель питается от канистр с пропаном весом 1 фунт (или более крупных резервуаров со шланговым соединением), которые позволяют ему сжигать 3800 БТЕ и покрывать почти 100 кв.футов. Благодаря небольшому профилю и весу всего 6 фунтов с баллоном с пропаном, его можно легко прикрепить к походной сумке, сидеть в фургоне до тех пор, пока он не понадобится, или согреть вашу палатку.

F215100 можно использовать как в помещении, так и на улице, он оснащен датчиком низкого содержания кислорода, который отключает его, если выбросы становятся слишком сильными. Чтобы максимально использовать эту опцию, убедитесь, что есть вентиляция, чтобы она могла работать без перебоев. Кроме того, если вы запустите его на ночь, вы можете быть уверены, что он безопасен благодаря функции автоматического отключения.Если он перевернется, обогреватель выключится, чтобы избежать ожогов или возгорания.

Mr. Heater F232000 MH9BX Пропановый радиационный обогреватель Buddy

Основные характеристики

• Эффективность почти 100% для более чистого горения
• Работает в помещении и на открытом воздухе
• Площадь покрытия до 225 кв. Футов
• Включает функцию автоматического отключения при опрокидывании, отказе контрольной лампы и низком уровне кислорода

Mr. Heater F232000 — это переносной обогреватель для дома и улицы, который может обеспечивать достаточное количество тепла без значительных выбросов.Помимо сжигания топлива, этот вариант очень похож на обогреватель с батарейным питанием. Его не нужно подключать к розетке, а кислородный датчик предотвращает чрезмерное использование без надлежащей вентиляции, защищая от вредных выбросов.

Имея рейтинг БТЕ от 4000 до 9000 в зависимости от выбранной вами настройки, вы можете адаптировать энергопотребление к своим потребностям. Он имеет высокий КПД, который в сочетании с источником пропанового топлива обеспечивает чистое горение, что позволяет использовать его в помещении с надлежащей вентиляцией или кратковременным использованием.

Помещения, такие маленькие, как палатка, или большие, как гараж, выиграют от Mr. Heater F232000. Благодаря функциям автоматического отключения для уровней кислорода, отказа контрольной лампы и опрокидывания вы также можете добиться более безопасного нагрева в хрупких средах.

Этот вариант — идеальный компаньон для кемпинга благодаря своей портативности, простоте заправки топливом и высокой теплоотдаче.

Нагреватель F232000 доступен на Amazon.

Подробнее: Самые эффективные обогреватели помещений

AmazonBasics 500-ваттный керамический персональный мини-обогреватель для небольших помещений

Основные характеристики

• Устанавливается на стол или стол
• Отсутствие выбросов при использовании в помещении
• Включает функцию автоматического отключения при опрокидывании
• Доступен в 4 разных цветах

Электрический керамический обогреватель Amazon 500 Вт практически идентичен обогревателю с батарейным питанием.Он не производит вредных выбросов, что означает, что его можно использовать в помещении и особенно хорошо подходит для использования на столе в качестве личного обогревателя. Главное отличие в том, что для его использования вам понадобится розетка поблизости.

Amazon мощностью 500 Вт — это бюджетный вариант для тех, кто не хочет обогревать большую площадь. Этот небольшой обогреватель, созданный для удобного размещения на рабочем столе или столе, оснащен тяжелым основанием и защитой от опрокидывания, чтобы предотвратить возгорание или возгорание чего-либо при падении.

Эта опция мощностью 500 Вт эквивалентна примерно 1700 БТЕ, поступающей от керамической катушки, расположенной внутри устройства.Это тепло излучается наружу через решетку на передней панели устройства с помощью вентилятора, который направляет его, куда бы вы ни смотрели на обогреватель.

Эта модель отлично подойдет в качестве напарника, но для этого требуется розетка переменного тока поблизости.

Maradyne H-400012 Santa Fe 12V Напольный обогреватель

Основные характеристики

• 13 200 БТЕ в час
• 2 скорости вентилятора
• Регулируемые вентиляционные отверстия
• Высококачественный двигатель с длительным сроком службы

с питанием от аккумуляторов было бы сложно отвести достаточно тепла, чтобы согреть большие площади, но Maradyne H-400012 точно этого не сделает.Он требует небольшой настройки и намного менее портативен, чем питание от батареи, но он создает много тепла для большинства автомобилей, грузовиков и других мобильных помещений.

Для тех, кто хочет создать исключительное тепло в кабине своего автомобиля или грузовика, обогреватель Maradyne H-400012 Santa Fe создан для вас. Эта высокопроизводительная модель вырабатывает около 13 200 БТЕ при подключении 12 В в вашем автомобиле, и ее необходимо подключать к линии охлаждения для создания тепла.

После установки H-400012 в кабину и подсоединения шлангов вы можете контролировать тепловую мощность с помощью 2 скоростей вентилятора и регулируемых жалюзийных стоек.Это позволяет распределять тепло в нужное время и в нужном месте.

Эта опция в первую очередь предназначена для использования в кабинах грузовиков и более крупных транспортных средствах, которым требуется контроль температуры, поэтому не ожидайте, что вы будете использовать ее дома.

Дизельный воздухонагреватель Triclicks 8 кВт

Основные характеристики

• 27 000 БТЕ в час
• С дистанционным управлением
• ЖК-экран отображает топливо, температуру и настройки вентилятора
• Простота эксплуатации и настройки

с питанием от аккумуляторов было бы сложно отвести достаточно тепла, чтобы согреть большие площади, но Maradyne H-400012 точно этого не сделает.Он требует небольшой настройки и намного менее портативен, чем питание от батареи, но он создает много тепла для большинства автомобилей, грузовиков и других мобильных помещений.

Для тех, кто хочет создать исключительное тепло в кабине своего автомобиля или грузовика, обогреватель Maradyne H-400012 Santa Fe создан для вас. Эта высокопроизводительная модель вырабатывает около 13 200 БТЕ при подключении 12 В в вашем автомобиле, и ее необходимо подключать к линии охлаждения для создания тепла.

После установки H-400012 в кабину и подсоединения шлангов вы можете контролировать тепловую мощность с помощью 2 скоростей вентилятора и регулируемых жалюзийных стоек.Это позволяет распределять тепло в нужное время и в нужном месте.

Эта опция в первую очередь предназначена для использования в кабинах грузовиков и более крупных транспортных средствах, которым требуется контроль температуры, поэтому не ожидайте, что вы будете использовать ее дома.

Керосиновый обогреватель Sengoku Keroheat

Основные характеристики

• Площадь покрытия до 1000 кв. Футов
• Пуск с кнопки без электричества
• Ручка регулятора пламени для лучшего контроля температуры
• Включает функцию автоматического отключения при опрокидывании и защитные приспособления

Регулируемый нагреватель HeatMate, обеспечивающий большую тепловую мощность и более длительное время использования, является еще одной очевидной альтернативой батарейному питанию.Несмотря на то, что он требует вентиляции из-за паров, которые он создает, его можно использовать в различных ситуациях на открытом воздухе для получения эффективного тепла независимо от того, где вы его разместите.

Обогреватель Sengoku HeatMate OR-77 — это керосиновый обогреватель, который можно использовать в помещении (с вентиляцией) или на открытом воздухе, например в кемпинге. Он обеспечивает огромный эффективный радиус действия до 1000 кв. Футов и топливный бак объемом 1,9 галлона, так что вы можете держать весь кемпинг, патио или беседку в тепле всю ночь.

Эта опция включает кнопочный стартер, который зажигает керосин без электричества, батарей или спичек для облегчения запуска.У него также есть циферблат, с помощью которого вы можете регулировать количество тепла, гарантируя, что вам всегда будет достаточно тепла.

Что касается функций безопасности, Sengoku Keroheat имеет защитную оболочку, которая защищает людей и предметы от источника тепла. Он также автоматически отключается при падении, помогая предотвратить возгорание.

Эта модель прекрасно подойдет в качестве источника тепла для патио, террасы или открытой площадки, так что вам не придется покидать свой двор в холодные месяцы.

Подробнее: Распространенные проблемы с керосиновым нагревателем и способы их устранения

Руководство по покупке

Хотя обогреватели с батарейным питанием, к сожалению, не являются жизнеспособным вариантом, есть много других вариантов, которые следует рассмотреть.Если вы будете осторожны при использовании, вы можете добиться многих из тех же результатов, что и нагреватель с батарейным питанием, с другим типом нагревателя. Как только вы найдете подходящий вам тип топлива, вы сможете принять решение, какая модель будет соответствовать вашим потребностям.

Виды топлива

Выбор правильного типа топлива будет зависеть от того, как вы планируете использовать обогреватель. Некоторые виды топлива обеспечивают более высокий выход в БТЕ, более портативны или на 100% не содержат выбросов. Итак, важно решить, какой источник топлива вы хотите использовать в своем обогревателе, в качестве одного из первых шагов при покупке обогревателя.

Питание переменного тока

AC power, network power или любое другое название для 120-вольтного переменного тока, которое часто поступает из ваших электрических розеток, является типом топлива, на 100% не содержащим вредных выбросов. Они часто работают, используя электричество для перегрева змеевика, производя тепло, которое излучается от источника тепла за счет использования вентилятора или вытяжки.

В общем, мощность переменного тока изо всех сил пытается произвести большое количество БТЕ по той же причине, что аккумуляторные нагреватели не используются в крупномасштабном отоплении. Они не могут потреблять достаточно энергии, чтобы производить огромное количество тепла, как при горении.

Однако при использовании в офисе, спальне или другом помещении без больших требований к теплу обогреватель переменного тока может справиться со своей задачей.

Питание 12 В

Обогреватели с питанием от 12 В часто используются в автомобилях. Эти обогреватели подключаются к автомобильному аккумулятору через прикуриватель, который обеспечивает силу тока, необходимую для эффективного нагрева.

12 В имеют различные выходы в БТЕ, при этом для некоторых персональных обогревателей требуется около 1000 БТЕ, а для более крупных вариантов — более 10 000.Однако по мере увеличения БТЕ потребляется больше энергии.

Пропан

Пропан — удобный источник топлива для питания вашего обогревателя, поскольку он может содержаться в баках. Пропан также горит очень чисто, что снижает выбросы (хотя все же настоятельно рекомендуется вентиляция). Пропановые модели поставляются со шлангом или соединением, позволяющим подсоединить баллон. Это позволяет пропану течь в нагреватель, воспламеняться и выделять тепло, которое циркулирует через выхлопную трубу или вентилятор.

используется горение, что позволяет им легче выделять больше тепла.Чтобы вызвать эту реакцию, воспламенитель питается от батареи, источника электричества или трения, либо зажигается контрольная лампа.

Пропановые баллоны часто используются для кемпингов или небольших систем отопления, таких как вентилируемая уличная кабина.

Дизель и керосин

И дизельное топливо, и керосин представляют собой жидкое топливо, выделяющее тепло при воспламенении. Они также используют источник воспламенения, такой как аккумулятор, электрический воспламенитель, трение или пилотный фонарь. У них должна быть надлежащая вентиляция из соображений безопасности из-за их более высоких выбросов и неприятных запахов, которые они испускают вместе с жарой.

Дизель горит менее чисто, чем керосин, но во многих случаях также может производить больше БТЕ. Однако оба источают запахи. Как правило, они также являются наиболее горячим топливом.

Гараж или другое более просторное место на открытом воздухе — это то место, где эти два типа топлива лучше всего.

Безопасность

Любой прибор, который выделяет тепло или выделяет тепло, представляет потенциальную угрозу безопасности. Будь то горение живым пламенем, сильно нагретые змеевики или вредные газы, образующиеся при сжигании топлива, важно соблюдать меры предосторожности.

Когда дело доходит до безопасного использования вашего обогревателя, наиболее важным фактором является место, где вы его используете. В помещениях без вентиляции есть несколько вариантов, которые следует учитывать, чем в хорошо вентилируемых помещениях на открытом воздухе.

Для использования внутри помещений в небольших помещениях или в местах без надлежащей вентиляции наиболее безопасными являются варианты с питанием от электричества (переменного тока или 12 В). Они не производят выбросов, потому что не сжигают топливо. Они также часто включают в себя автоматическое отключение для опрокидывания и решетки, чтобы защитить вас от горящих катушек, что помогает обезопасить пользователей и предотвратить возгорание того, чего вы не собирались.

Если вентиляция достаточная, но все еще в помещении, можно использовать электричество и пропан. До тех пор, пока выбросы пропана могут улетучиваться, а источник тепла защищен от контакта с чем-либо, использование в помещении может быть безопасным при соблюдении осторожности.

На открытом воздухе можно использовать любой источник топлива, если пламя или нагревательные элементы защищены от контакта. Однако, если вентиляция закрыта, эти обогреватели могут представлять серьезный риск повреждения.Датчик истощения кислорода также способствует безопасному использованию, отключая нагреватель до того, как возникнет проблема.

Заключение

могут стать вашим лучшим другом в прохладную погоду. Однако, как и все, что использует источник тепла, они также могут быть опасны — как касаться, так и вдыхать пары. Поскольку настоящих обогревателей с батарейным питанием не существует, важно провести исследование, чтобы выяснить, как можно безопасно удовлетворить свои потребности с помощью альтернативы.

Правильный выбор может варьироваться в зависимости от того, где вы хотите использовать обогреватель.

Электрические обогреватели , как правило, более безопасны и менее дороги, но им сложно вырабатывать тепло, необходимое для охвата всего помещения.

Между тем, газовые обогреватели могут производить больше БТЕ, но также требуют, чтобы вентиляция была безопасной (и подавать топливо для сжигания).

Гибридные опции , такие как дизельный воздухонагреватель, могут обеспечить хорошее сочетание обоих преимуществ, но для правильной работы требуются правильные соединения.

В целом, не существует обогревателя с батарейным питанием или какого-либо другого обогревателя, который подошел бы всем.