Батареи отопления регулировка: регулятор, как регулировать температуру радиатора в квартире, батареи с регулятором тепла кранами, радиаторы с регулировкой

Регулировка батарей(радиаторов) отопления — балансировка системы

Регулировка батарей отопления позволяет не только создать в комнате комфортную температуру, но и сэкономить на обогреве. Особенно это актуально там, где плата за отопление берется согласно приборам учета. Мы расскажем, как отрегулировать батареи своими руками с помощью терморегулятора и дадим подробные советы по его установке.

Способы увеличения теплоотдачи радиатора

Мощность отопительных приборов не всегда определяет микроклимат в помещениях. Даже при правильном расчете и подборе радиаторов в системе могут возникнуть неисправности, снижающие теплоотдачу.

Некоторые способы, помогающие улучшить прогрев воздуха:

• замена приборов на более мощные;
• увеличение числа секций;
• реконструкция системы с изменением схемы подключения на более эффективную.

Но сначала стоит попытаться устранить небольшие недостатки, чтобы увеличить мощность радиатора менее радикальными и затратными методами.

Возможные неисправности

Теплоотдача батареи может ухудшиться в результате:

• засорения трубок с теплоносителем или запорной арматуры;
• образования воздушных пробок;
• изменения режима подачи в магистральном трубопроводе из-за действий соседей;
• неправильной установки заглушек;
• поломки вентиля.

В любом случае, прежде чем приступать к серьезному ремонту, нужно проверить систему на возникшие дефекты и попытаться их исправить:

• сбросить из радиатора воздух;
• промыть батарею;
• поменять кран.

Только после этого, если хорошая теплоотдача не возобновилась, можно проводить другие ремонтные работы.

Как регулировать температуру батарей

Если радиаторы греют хорошо, но в помещении слишком жарко, необходимо настроить подачу теплоносителя. Перегрев не только негативно воздействует на самочувствие человека, но и приводит к перерасходу энергии. Для спасения от жары жильцы открывают форточки, окна и балконные двери, согревая улицу за свой счет.

Оптимальной температурой в жилых комнатах считается около 20°С, в нежилых коридорах и вестибюлях — ±18°С.

Существует несколько методов для поддержания заданного режима:

• изменение температуры теплоносителя, что возможно только при индивидуальном отоплении;
• уменьшение подачи теплоносителя в радиаторы с помощью регулирующих устройств.

Последний способ популярен в квартирах с центральным отоплением, поскольку можно создать комфортные для себя условия независимо от работы ТЭЦ или бойлерной.

Регулировочные устройства

Это механические клапаны или автоматические приборы, с помощью которых можно изменять теплоотдачу радиатора. Монтируются как на одиночные батареи, так и их группы.

Краны шаровые

Применяются, чтобы открыть или прекратить подачу теплоносителя. Устанавливаются совместно с байпасами перед радиаторами или целыми участками отопительной системы.

Шаровый кран состоит из корпуса с внутренней металлической сферой. Внутри нее предусмотрено отверстие, которое в положении «открыто» не создает препятствий движению жидкости. При закрытии крана сфера поворачивается глухой стороной и перекрывает просвет.

Шаровый вентиль может работать и в промежуточном положении, но оставлять его в полуоткрытом состоянии надолго нежелательно. При высокой температуре теплоносителя шарик может прикипеть к стенкам, что в дальнейшем вызывает поломки.

Краны игольчатые

Вентили этой конструкции могут плавно регулировать расход жидкости, от которого напрямую зависит температура в радиаторе отопления. В литом корпусе расположен конусообразный шток, приводимый в движение рукояткой. При вращении ручки игла продвигается в канале, закрывая или открывая проход. Наконечник может быть не вращающимся, сферическим, с мягкой насадкой, что позволяет сделать регулировку более плавной.

Игольчатые краны могут управляться вручную или автоматически. Дополнительно оснащаются датчиками температуры и электроприводом.

Терморегулятор механический

Предназначен для регулировки и постоянного поддержания заданной температуры в радиаторе. Представляет собой механический клапан, который врезается в трубу подачи теплоносителя. В верхней части устройства расположена термоголовка для выставления нужного режима.

Термостатическая головка — чувствительный к изменениям температуры элемент. Внутри него расположен упругий цилиндрический сильфон, наполненный газом или жидкостью с высоким коэффициентом температурного расширения. При нагреве он увеличивается в объеме и сдвигает шток, уменьшая тем самым просвет трубы. Интенсивность потока падает, радиатор охлаждается.

Механические терморегуляторы позволяют управлять микроклиматом в помещении без постоянного контроля человека. Заданный режим будет поддерживаться автоматически. Главные условия долговечной работы клапана — в системе должна циркулировать качественная незамерзающая жидкость или специально подготовленная вода, поскольку прибор чутко реагирует на загрязнения.

Автоматический терморегулятор с выносным датчиком

Такие устройства состоят из двух частей — механической термоголовки и датчика температуры, которые соединяются тонкой капиллярной трубкой длиной 1-10 м. Капиллярный механический термодатчик служит для поддержания заданной температуры в рабочем интервале от 30 до 90°С. Может применяться как для запуска клапанов, так и включения/отключения циркуляционного насоса.

Электронный терморегулятор

Это приборы последнего поколения, позволяющие создать благоприятную температуру в помещении с помощью встроенного в термоголовку микропроцессора. Работают от батареек в двух режимах управления:

• в стандартном — поддерживается постоянная температура, которую можно установить сенсорными кнопками или по радио-каналу.
• в программируемом — датчик регулирует температуру по часам и дням недели, температурный график задается с радио-пульта или с помощью различных приложений от смартфона, планшета или компьютера.

Автоматические терморегуляторы с датчиками помогают снять лишнюю нагрузку с отопительной системы, сэкономить на обогреве помещений в отсутствие жильцов, сделать условия в каждой комнате максимально комфортными.

Особенности регулировки батарей отопления из чугуна

Коммунальные службы часто грешат тем, что устанавливают единую нормативную температуру теплоносителя на весь отопительный сезон. Холода могут наступить гораздо позже, зимой возможны оттепели, а весна приходит часто раньше графика. И все это время жители квартир мучаются от невыносимой жары.

В многоквартирных домах старой застройки стоят, как правило, чугунные батареи. Чтобы избавить себя от страданий, их вполне возможно немного модернизировать, установив на каждый радиатор или группу приборов терморегулятор.

Для батарей из чугуна автоматические термоголовки не применяются. Они дают большую погрешность из-за того, что чугун очень медленно реагирует на изменения температуры теплоносителя. Этот материал обладает большой тепловой инертностью — разогревшись, он долго остывает. Поэтому для регулировки батарей оптимально использовать механические терморегуляторы с ручной настройкой.

Регулирующие краны можно устанавливать не только на подачу, но и на обратку. При однотрубной системе ставится байпас с клапанами для сброса теплоносителя. Если вмешаться в работу отопления нельзя, придется снижать температуру воздуха в помещении другими средствами — защитой из теплоизоляционных коробов или экранов.

Как установить терморегулятор на батарею: пошаговая инструкция

Понадобятся:

• металлопластиковая труба диаметром 20 мм;
• 2 тройника с резьбой 1/2″;
• 6 металлопластиковых обжимных фитингов-американок;
• терморегулятор;
• шаровый кран.

Порядок действий:

Открутить разводным ключом гайку сгона и раскрутить старую обмотку.

Очистить резьбу сгона, чтобы стало хорошо видно место соединения радиатора и трубы.

Ту же операцию проделать с нижним соединением. Для удобства монтажа снять радиатор и положить на ровную горизонтальную поверхность. Удерживая футорку радиатора одним ключом, вторым раскрутить трубку.

После этого вычистить старый уплотнитель из отверстия, например, отверткой.

Теперь нужно собрать байпас с терморегулятором и шаровым краном. Смазать резьбу обжимного фитинга силиконовым герметиком, чтобы он заполнил все полости.

Взять 2 тройника и 2 ниппеля, скрутить вместе.

Прикрутить к ниппелю терморегулятор и шаровый кран.

Установить в тройник переходные муфты с металлопластика на металл. Должен получиться вот такой узел.

Вкрутить его в батарею.

Аналогично поступить с нижним соединением.

Для байпаса отрезать участок металлопластиковой трубы нужной длины, предварительно сняв гайки с обжимных фитингов и замерив расстояние.

Откалибровать кромки, то есть снять фаски калибратором.

Надеть на трубу гайку и обжимное кольцо, соединить с шаровым краном и терморегулятором.

То же самое проделать с другим концом трубы. Перемычка (байпас) готова. Соединить ее с радиатором.

Повесить батарею на старое крепление и соединить со стояком. Для этого подготовить 2 трубки из металлопластика. Не забудьте измерить длину сверху и снизу — она часто бывает разной.

Снять байпас с радиатора. Вкрутить трубки в верхний и нижний узлы.

Установить байпас на радиатор, а трубки — в отводы стояка. Вверху стоит терморегулятор для отопления.

Внизу — шаровый кран.

Затянуть гайки разводным ключом. Радиатор с терморегулятором можно запускать в эксплуатацию.

Регулировка температуры батареи подачей или обраткой

Более глобально решить проблему перераспределения энергии в системе позволяет регулировка батарей подачей или обраткой. Теплоноситель направляется от более нагретых участков к менее нагретым с помощью балансировочных клапанов. Такое регулирование интенсивности называется гидравлической балансировкой системы отопления. Все работы проводятся, как правило, специализированной организацией.

Если в вашем доме в некоторых квартирах температура воздуха больше +25°С, а в других менее +15°С, налицо гидравлическая разбалансировка (нормативом считается +21°С). Еще один признак неполадок в системе — постоянный шум в радиаторах и трубах.

Балансировка классическим методом, то есть изменением настройки котельного оборудования, не приводит к какому-то положительному результату. Температура теплоносителя, соответственно и воздуха, либо падает во всех помещениях, либо поднимается. При этом установка терморегуляторов на все батареи в доме — задача трудоемкая и недешевая.

Гораздо быстрее и эффективнее можно добиться результата, если установить на трубах, длина которых превышает 10 метров, а также на удаленных от циркуляционного насоса участках специальные балансировочные клапаны. Они обеспечивают необходимый перепад давления на стояках системы, создавая препятствие прохождению излишнего объема теплоносителя и направляя его на участки с дефицитом.

Каждый клапан настраивается индивидуально. Перепад давления регулирует изменение проходного сечения клапана. Предварительный гидравлический расчет делает проектная организация. Доступа к балансировке у частных лиц нет, этой работой занимаются только строительно-монтажные бригады.

Заключение

Регулировка радиаторов отопления поможет создать в помещении комфортную температуру. Для этого используются терморегуляторы с ручным или автоматическим управлением. Наиболее совершенны — электронные устройства, которые могут поддерживать заданный температурный режим по часам и дням недели. Для чугунных батарей предпочтительнее механические клапаны с ручной регулировкой, поскольку автоматика неэффективна из-за большой инерционности радиаторов. Установить терморегулятор своими руками быстро и правильно вы сможете с помощью нашей пошаговой инструкции.

температура обратки и подачи, тепло от радиаторов

В квартирах или частных домах жильцы часто сталкиваются с явлением неравномерного нагрева радиаторов отопления в разных частях жилища. Характерны такие ситуации в случаях, когда помещения подключены к автономным отопительным системам.

Как оптимизировать систему отопления (СО), перестать переплачивать и чем поможет установка теплорегулятора для батарей — рассмотрим далее.

Зачем нужна регулировка тепла в квартире

По каким причинам граждане чаще производят регулировку тепла в принадлежащих им жилых помещениях:

1. Возникает необходимость создания в доме максимально комфортных условий для жизни.
2. Следует избавиться от лишнего воздуха в батареях, добиться эффективной отдачи тепла во внутренних помещениях.
3. Своевременная установка регуляторов позволяет воздержаться от частого проветривания при перегреве воздуха с помощью открытых окон.
4. Правильно подобранные регуляторы отопления и их грамотное использование позволят сократить размер платежей по этой услуге на четверть.

Важно! Манипуляции по установке регулятора СО следует производить до начала отопительного сезона. В разгар морозов такая процедура потребует перекрывания не только отопления в собственной квартире, но и в соседствующих, что создаст определённые неудобства.

Настройка температуры в многоквартирном доме на обратке и подаче

Установка регулятора отопительной системы будет зависеть от её общего устройства. Если СО смонтирована индивидуально для конкретного помещения, процесс совершенствования проходит благодаря следующим факторам:

• система работает от котла индивидуальной мощности;
• установлен специальный трехходовый кран;
• прокачка теплоносителя происходит в принудительном порядке.

В целом для всех СО, работы по регулировке мощности будут заключаться в установке специального вентиля на саму батарею.

С его помощью можно не только регулировать уровень тепла в нужных помещениях, но и исключить отопительный процесс вовсе на тех площадях, которые слабо используются или не функционируют.

Существуют следующие нюансы в процессе регулировки уровня тепла:

1. Системы центрального отопления, которые устанавливаются в многоэтажных домах, основываются зачастую на теплоносителях, где подача происходит строго вертикально сверху вниз. В таких домах на верхних этажах жарко, а на нижних — холодно, соответственно отрегулировать уровень отопления не получится.
2. Если в домах используется однотрубная сеть, то тепло от центрального стояка подаётся в каждую батарею и возвращается обратно, что обеспечивает равномерное тепло на всех этажах здания. В таких случаях проще установить клапаны регулировки тепла — установка происходит на подающую трубу и тепло продолжает распространяться также равномерно.
3. Для двухтрубной системы стояков монтируется уже два — тепло подаётся к радиатору и в обратном направлении, соответственно клапан регулировки можно установить в двух местах — на каждой из батарей.

Типы регулировочных клапанов для батарей

Современные технологии далеко не стоят на месте и позволяют для каждого радиатора отопления установить качественный и надёжный кран, который будет контролировать уровень тепла и нагрева. Подсоединяется он к батарее специальными трубами, что не займёт большого количества времени.

По типам регулировки выделяю два вида клапанов:

1. Обычные терморегуляторы с прямым действием. Устанавливается рядом с радиатором, представляет собой небольшой цилиндр, внутри которого герметично расположен сифон на основе жидкости или газа, который быстро и грамотно реагирует на любые изменения температуры. В случае если температура батареи повысится, жидкость или газ в таком клапане расширятся, произойдёт давление на шток клапана регулятора тепла, который переместится и перекроет поток. Соответственно если температура понизится — процесс будет обратным.

Фото 1. Схема внутреннего устройства терморегулятора для батареи. Указаны основные части механизма.

2. Терморегуляторы на основе электронных датчиков. Принцип работы аналогичен с обычными регуляторами, отличаются только настройки — все можно сделать не в ручном режиме, а в электронном — заложить функции заранее, с возможной отсрочкой времени и контролем температур.

Как отрегулировать радиаторы отопления

Стандартный процесс регулирования температуры радиаторов отопления состоит из четырёх этапов — стравливания воздуха, регулировки давления, открытия вентилей и прокачки теплоносителя.

1. Стравливание воздуха. На каждом радиаторе есть специальный клапан, открыв который можно выпустить лишний воздух и пар, мешающий нагреву батареи. В течение получаса после такой процедуры необходимая температура нагрева должна быть достигнута.
2. Регулировка давления. Чтобы давление в СО распределялось равномерно — можно повернуть запорные вентили разных батарей, закреплённых за одним отопительным котлом, на разное количество оборотов. Такая регулировка радиаторов позволит нагреть помещение как можно быстрее.
3. Открытие вентилей. Установка специальных трёхходовых клапанов на радиаторах позволит убрать тепло в неиспользуемых помещениях или ограничить нагрев, допустим, на время вашего отсутствия в квартире днём. Достаточно просто закрыть вентиль полностью или частично.

Фото 2. Трехходовой клапан с терморегулятором, позволяющий легко настраивать температуру радиатора отопления.

4. Прокачка теплоносителя. Если СО принудительная — прокачка теплоносителя осуществляется с использованием регулировочных вентилей, с помощью которых сливается некоторое количество воды, чтобы дать радиатору отопления возможность для нагрева.

Регулировка отопления в частном доме

В частных домах необходимо уделить внимание отопительным системам ещё на моменте проектирования, следует подобрать качественный котёл или иное отопительное оборудование.

Регулировать отопление в доме можно с помощью специальных технических устройств двух типов:

• регулирующих — устанавливаются как на отдельных участках сети, так и для всей СО, помогают контролировать и регулировать уровень давления в системе, увеличивать или уменьшать его;
• контролирующих — различные датчики и термометры, с помощью которых получается информация об уровне давления и других параметрах системы отопления и существует возможность для их регулировки в ту или иную сторону.

Для своевременного контроля за работой СО в доме нужно предусмотреть установку манометров и термометров на участках до и после отопительного котла, в нижней и верхней точках системы отопления, установку расширительного бака, клапанов-предохранителей, отводчиков воздуха. Если система отопления работает правильно, вода в ней не должна нагреваться выше 90 °C, а давление не будет превышать 1,5-3 атмосфер.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается про регулирование батарей отопления с помощью специальных кранов.

Итоги — почему это так важно

Регулировка температуры радиаторов отопления целесообразна в частных и многоквартирных домах, даже если здесь уже установлен общедомовой счётчик. Ручные краны, автоматизированные термостаты или трёхходовые клапаны с термоголовкой просты в использовании и не стоят заоблачных денег, зато позволят сэкономить средства, отрегулируют температуру в помещениях и сделают проживание или эксплуатацию площадей комфортной.

Как правильно регулировать температуру батареи отопления

Схема системы с регуляторами

Каждый отопительный сезон преподносит свои сюрпризы с трудностями обогрева помещений, как для жителей многоэтажных домов, так и частных коттеджей. От того, как отрегулирована температура батарей отопления, зависит качество равномерного обогрева всех помещений дома.

Для чего нужно производить регулировку

Настройка оптимальной температуры батарей отопления позволяет создать внутри помещения максимально комфортные условия пребывания. Кроме этого, регулировка позволяет:

1. Убрать эффект завоздушивания в батареях, дать возможность теплоносителю свободно передвигаться по трубопроводу системы отопления, эффективно отдавая свое тепло внутреннему пространству помещения.
2. Снизить до 25% затраты на теплопотребление.
3. Не держать постоянно открытыми окна, при чрезмерном перегреве воздуха в помещении.

Настройкой отопления и регулировкой батарей, желательно заниматься перед началом отопительного сезона. Это нужно для того, чтобы потом не испытывать дискомфорта в квартире и не настраивать температуру нагрева батарей в авральном режиме. До настройки и регулировки радиаторов изначально летом нужно произвести теплоизоляцию всех окон. Кроме этого, нужно учесть особенности месторасположения квартиры:

• В середине или в угловой части дома.
• Нижний или верхний этаж.

Проанализировав ситуацию, желательно воспользоваться энергосберегающими технологиями для максимального сохранения тепла внутри квартиры:

• Утеплить стены, углы, полы.
• Провести гидро и теплоизоляцию швов между бетонными стыками панельного дома.

Без этих работ, регулировать температуру радиаторов будет бесполезно, так как львиная доля тепла будет обогревать улицу.

Виды отопительных систем и принцип регулировки радиаторов

Ручка с клапаном

Чтобы правильно провести регулировку температуры радиаторов, нужно знать общее устройство системы отопления и разводку труб теплоносителя.

• В случае индивидуального отопления, регулировка проходит легче, когда:

1. Система запитана от мощного котла.
2. Каждая батарея обустроена трехходовым краном.
3. Смонтирована принудительная прокачка теплоносителя.

На этапе монтажных работ индивидуального отопления необходимо учесть минимальное количество изгибов в системе. Это нужно для того, чтобы уменьшить потери тепла и не снизить давление теплоносителя, подаваемого на радиаторы.

Для равномерного прогрева и рационального использования тепла, на каждой батарее монтируется вентиль. С ним можно уменьшить подачу воды или отключить ее от общей системы отопления в неиспользуемом помещении.

• В системе центрального отопления многоэтажных домов, обустроенных подачей теплоносителя по трубопроводу сверху вниз вертикально, отрегулировать радиаторы невозможно. При таком раскладе верхние этажи открывают окна из-за жары, а в помещениях нижних этажей холодно, так как там батареи еле теплые.
• Более совершенная однотрубная сеть. Здесь теплоноситель подается на каждую батарею с последующим возвращением его на центральный стояк. Поэтому заметной разницы температур в квартирах верхних и нижних этажей этих домов нет.  При этом подающая труба каждого радиатора обустраивается регулирующим клапаном.
• Двухтрубная система, где монтируются два стояка, обеспечивает подачу теплоносителя на радиатор отопления и обратно. Для увеличения или уменьшения потока теплоносителя каждая батарея обустраивается отдельным клапаном с терморегулятором ручного или автоматического управления.

Типы регулировочных кранов

Виды кранов

Существующие современные технологии теплоснабжения позволяют устанавливать на каждый радиатор специальный кран, контролирующий качество тепла. Этот регулировочный кран представляет собой теплообменник запорной арматуры, который подсоединяется с помощью труб к батарее отопления.

По принципу своей работы эти краны бывают:

• Шаровыми, которые служат в первую очередь 100% защитой от аварийных ситуаций. Эти запорные устройства, представляют собой конструкцию, которая способна поворачиваться на 90 градусов, и может пропускать воду или препятствовать прохождению теплоносителя.

Шаровый кран нельзя оставлять в полуоткрытом состоянии, так как в этом случае может повредиться уплотнительное кольцо и образоваться течь.

• Стандартными, где нет никакой шкалы температур. Их представляют традиционные бюджетные вентили. Они не дают абсолютной точности регулировки. Частично перекрывая доступ теплоносителя в радиатор, они изменяют температуру в квартире на неопределенное значение.
• С термической головкой, которые позволяют регулировать и контролировать параметры системы отопления. Такие терморегуляторы бывают автоматическими и механическими.

Обычный терморегулятор прямого действия

Принцип устройства

Терморегулятор прямого действия представляет собой простое устройство для контроля температуры в радиаторе отопления, который устанавливается возле него. По своей конструкции – это герметичный цилиндр, в который вставлен сифон со специальной жидкостью или газом, четко реагирующим на изменения температуры теплоносителя.

При ее повышении жидкость или газ расширяются. Это приводит к повышению давления на шток в клапане терморегулятора. Он, в свою очередь, перемещаясь, перекрывает поток теплоносителя. При охлаждении радиатора, происходит обратный процесс.

Терморегулятор с электронным датчиком

Это устройство по принципу работы не отличается от предыдущего варианта, единственная разница – в настройках. Если в обычном терморегуляторе они выполняются вручную, то электронный датчик в этом не нуждается.

Здесь заранее устанавливается температура, а датчик следит за ее поддержанием в заданных пределах. Контрольные параметры температуры воздуха электронный термостатический датчик регулирует в пределах от 6 до 26 градусов.

Пошаговая инструкция регулировки температуры

Чтобы обеспечить комфортные условия пребывания в помещении нужно выполнить некоторые основные действия.

Схемы подключения

1. Изначально на каждой батарее необходимо стравить воздух до того, пока из крана струйкой не потечет вода.
2. Затем необходимо отрегулировать давление в батареях.
3. Для этого в первой батарее от котла нужно открыть вентиль на два оборота, на второй – на три, и далее по такой же схеме, увеличивая на каждом радиаторе количество оборотов открываемого вентиля. Таким образом, давление теплоносителя равномерно распределится по всем радиаторам. Это обеспечит ему нормальное прохождение по трубам и лучший прогрев батарей.
4. В принудительной системе отопления прокачку теплоносителя, контроль рационального потребления тепла помогут осуществить регулировочные вентили.
5. В проточной системе хорошо регулируют температуру, встроенные в каждую батарею терморегуляторы.
6. В двухтрубной системе отопления можно контролировать не только температуру теплоносителя, но и его количество в батареях с помощью как ручной, так и автоматической систем управления.

Заключение

Установка завершена

Сегодня для поддержания комфортной температуры в квартире, каждый радиатор системы отопления должен обустраиваться системой регулировки.

Современные терморегуляторы помогают не только поддерживать тепловой баланс внутри помещения, но и сэкономить энергозатраты на нагрев теплоносителя.

выбор и настройка регулятора в квартире или частном доме

Регулировка батарей отопления в квартире позволяет одновременно решить несколько задач, в числе которых главная заключается в уменьшении расходов на оплату некоторых коммунальных услуг.

Реализуется такая возможность разными способами: механическим путем и в автоматическом режиме. Однако при изменении параметров системы отопления не повышается среднее значение температуры в помещении. Можно лишь уменьшить его до нужного уровня, отрегулировав положение арматуры. Целесообразно устанавливать такие устройства на батареи в домах, где прохладно зимой.

Не забудь поделиться с друзьями!

Содержание статьи

Для чего нужно производить регулировку

Главные факторы, объясняющие необходимость изменения уровня нагрева батарей с помощью запорных механизмов, электроники:

1. Свободное передвижение горячей воды по трубам и внутри радиаторов. В системе отопления могут образовываться воздушные пробки. По этой причине теплоноситель перестает греть батареи, т. к. постепенно происходит его охлаждение. В результате микроклимат в помещении становится менее комфортным, а со временем комната остывает. Чтобы поддерживать в трубах тепло, используются запорные механизмы, установленные на радиаторах.
2. Регулировка температуры батарей дает возможность уменьшить расходы на оплату отопления жилья. Если в помещениях слишком жарко, методом изменения положения вентилей на радиаторах можно уменьшить затраты на 25%. Причем снижение температуры нагрева батарей на 1°С обеспечивает экономию 6%.
3. В случае, когда радиаторы сильно нагревают воздух в квартире, приходится часто открывать окна. Зимой это делать нецелесообразно, т. к. можно простудиться. Чтобы не пришлось постоянно открывать окна с целью нормализации микроклимата в помещении, следует установить на батареи регуляторы.
4. Появляется возможность изменять по своему усмотрению температуру нагрева радиаторов, причем в каждом помещении задаются индивидуальные параметры.

Как регулировать батареи отопления

Чтобы повлиять на микроклимат в квартире, нужно уменьшить объем проходящего через отопительный прибор теплоносителя. При этом есть возможность только снизить значение температуры. Регулировка системы отопления производится путем поворота вентиля/крана или изменения параметров узла автоматики. Количество проходящей по трубам и секциям горячей воды уменьшается, вместе с тем батарея нагревается менее интенсивно.

Чтобы понять, как взаимосвязаны эти явления, нужно больше узнать о принципе работы системы отопления, в частности, радиаторов: горячая вода, попадающая внутрь отопительного прибора, нагревает металл, который, в свою очередь, отдает тепло в воздушную среду. Однако интенсивность прогрева помещения зависит не только от объема горячей воды в батарее. Играет важную роль и тип металла, из которого изготовлен отопительный прибор.

Чугун отличается существенной массой и медленно отдает тепло. По этой причине на такие радиаторы нецелесообразно устанавливать регуляторы, т. к. прибор будет долго охлаждаться. Алюминий, сталь, медь — все эти металлы моментально прогреваются и остывают сравнительно быстро. Работы по установке регуляторов следует производить перед началом отопительного сезона, когда в системе отсутствует теплоноситель.

В многоквартирном доме нет возможности менять среднее значение температуры воды в трубах системы отопления. По этой причине лучше установить регуляторы, позволяющие влиять на микроклимат в помещении другим способом. Однако это невозможно реализовать, если теплоноситель подается по направлению сверху вниз. В частном доме есть доступ и возможность менять индивидуальные параметры оборудования и температуру теплоносителя. Значит, в данном случае часто нецелесообразно монтировать регуляторы на батареи.

Вентили и краны

Такая арматура представляет собой теплообменник запорного устройства. Это значит, что регулировка радиатора осуществляется путем поворота крана/вентиля в нужном направлении. Если повернуть арматуру до упора на 90°, поток воды в батарею поступать больше не будет. Чтобы изменить уровень нагрева отопительного прибора, запорный механизм устанавливают в половинчатое положение. Однако такая возможность есть не у любой арматуры. Некоторые краны могут дать течь после непродолжительной эксплуатации в таком положении.

Установка запорной арматуры позволяет регулировать систему отопления вручную. Клапан стоит недорого. В этом заключается главное преимущество такой арматуры. Кроме того, она проста в управлении, а для изменения микроклимата не нужны специальные знания. Однако есть и недостатки у запорных механизмов, например, они характеризуются низким уровнем эффективности. Скорость охлаждения батареи небольшая.

Запорные краны

Применяется шаровая конструкция. Прежде всего их принято устанавливать на радиатор отопления с целью защиты жилья от утечки теплоносителя. У арматуры данного вида только два положения: открытое и закрытое. Ее главная задача — отключение батареи в случае появления такой необходимости, например, если есть риск затопления квартиры. По этой причине запорные краны врезают в трубу перед радиатором.

Если арматура находится в открытом положении, теплоноситель свободно циркулирует по системе отопления и внутри батареи. Такие краны используются, если в помещении жарко. Периодически батареи можно отключать, что позволит снизить значение температуры воздуха в комнате.

Однако шаровые запорные механизмы нельзя устанавливать в половинчатом положении. При длительной эксплуатации возрастает риск появления протечки на участке, где располагается шаровой кран. Это обусловлено постепенным повреждением запорного элемента в виде шара, который находится внутри механизма.

Ручные вентили

В эту группу входят две разновидности арматуры:

1. Игольчатый вентиль. Его преимуществом является возможность половинчатой установки. Такая арматура может располагаться в любом удобном положении: полностью открывает/закрывает доступ теплоносителя к радиатору, существенно или незначительно уменьшает объем воды в отопительных приборах. Однако есть и недостаток у игольчатых вентилей. Так, они характеризуются уменьшенной пропускной способностью. Это значит, что после установки такой арматуры даже в полностью открытом положении количество теплоносителя в трубе на входе батареи существенно сократится.
2. Регулирующие вентили. Они разработаны специально для изменения температуры нагрева батарей. К плюсам относят возможность смены положения по усмотрению пользователя. Кроме того, такая арматура отличается надежностью. Не придется часто производить ремонт вентиля, если элементы конструкции выполнены из прочного металла. Внутри арматуры находится запорный конус. При повороте ручки в разные стороны он поднимается либо опускается, чем способствует увеличению/уменьшению площади проходного сечения.

Автоматическая регулировка

Преимуществом такого метода является отсутствие необходимости постоянно менять положение вентиля/крана. Нужная температура будет поддерживаться в автоматическом режиме. Регулировка отопления таким способом обеспечивает возможность однократно задать нужные параметры. В дальнейшем уровень нагрева батареи будет поддерживаться узлом автоматики или другим устройством, установленным на входе отопительного прибора.

Если необходимо, индивидуальные параметры могут задаваться многократно, на что влияют личные предпочтения жильцов. К недостаткам такого метода относят существенную стоимость комплектующих. Чем более функциональными являются приборы для управления количеством теплоносителя в радиаторах отопления, тем выше их цена.

Электронные терморегуляторы

Эти устройства внешне напоминают регулирующий вентиль, однако есть существенное различие — в конструкцию заложен дисплей. На нем отображается температура воздуха в помещении, которую необходимо получить. Такие устройства работают в паре с выносным датчиком температуры. Он передает информацию электронному терморегулятору. Чтобы нормализовать микроклимат в комнате, достаточно лишь задать нужное значение температуры на устройстве, а регулировка будет выполнена в автоматическом режиме. Располагают электронные терморегуляторы на входе батареи.

Регулировка радиаторов термостатами

Устройства данного вида состоят из двух узлов: нижнего (термовентиль) и верхнего (термоголовка). Первый из элементов напоминает ручной вентиль. Он выполнен из прочного металла. Преимуществом такого элемента является возможность установки не только автоматического, но и механического вентиля, все зависит от потребностей пользователя. Чтобы изменить значение температуры нагрева батареи, конструкцией термостата предусмотрен сильфон, который оказывает давление на подпружиненный механизм, а последний, в свою очередь, изменяет площадь проходного сечения.

Использование трехходовых клапанов

Такие устройства выполнены в виде тройника и предназначены для установки в точке соединения байпаса, входной трубы в радиатор, общего стояка отопительной системы. Для повышения эффективности работы трехходовой клапан оснащается терморегулирующей головкой, такой же, что и у ранее рассмотренного термостата. Если температура на входе в клапан выше нужного значения, теплоноситель не попадает в батарею. Горячая вода направляется через байпас и проходит дальше по отопительному стояку.

Когда клапан остывает, пропускное отверстие вновь открывается и теплоноситель поступает внутрь батареи. Целесообразно устанавливать такое устройство в случае, если система отопления однотрубная, а разводка труб вертикальная.

Рекомендации по монтажу устройств

Чтобы иметь возможность регулировать температуру батареи в квартире, рассматривают любой вид клапанов: они могут быть прямого или углового типа. Принцип установки такого прибора несложный, главное, правильно определить его положение. Так, на корпусе клапана указано направление потока теплоносителя. Оно должно соответствовать направлению движения воды внутри батареи.

Располагают вентили/термостаты на входе отопительного прибора, если необходимо, врезают кран еще и на выходе. Это делается для того, чтобы в будущем появилась возможность самостоятельно производить слив теплоносителя. Регулирующие устройства устанавливаются на батареи отопления при условии, что пользователь точно знает, какая труба подающая, т. к. в нее выполняется врезка. При этом учитывают направление движения горячей воды в стояке: сверху вниз или же снизу вверх.

Повышенной надежностью отличаются обжимные фитинги, поэтому они используются чаще. Соединение с трубами — резьбовое. Термостаты могут быть оснащены накидной гайкой. Для уплотнения резьбового соединения применяют ФУМ-ленту, лен.

Кран для радиатора отопления — как отрегулировать температуру в доме

Комфортная температура в помещениях в холодное время года в первую очередь зависит от нормальной работы системы отопления, хотя помимо этого могут влиять и другие факторы: достаточное утепление наружных стен, количество и тип окон, качество утепления оконных проемов, расположение помещений – угловое или посередине здания, на первом или выше расположенных этажах.Регулировать и поддерживать работу системы отопления в оптимальном режиме можно установкой на отопительных приборах специальных устройств: простых – таких, как обычный кран для радиатора отопления, и более сложных – терморегуляторов различного типа.

Особенно нуждаются в регулировке системы центрального отопления в многоквартирных домах, когда котельная не может обеспечить одинаковую нормативную температуру подаваемого теплоносителя во всех подключенных к ней объектах. Часто бывает так, что в домах, расположенных ближе к котельной, батареи перегреты и приходится открывать форточки, чтобы остудить помещения.

Чтобы лучше понять, как регулировать температуру батареи отопления, необходимо знать о существовании двух основных видов систем отопления – однотрубной и двухтрубной.

Виды систем отопления

В однотрубной системе теплоноситель подается по одной трубе большого диаметра, к которой последовательно подключаются приборы отопления. Вход в радиаторы осуществляется в верхней части прибора трубой меньшего диаметра, чем магистральной, а выпуск – такой же трубой в нижней части. На каждую батарею отопления устанавливается отсекающий вентиль, а также устраивается специальный замыкающий участок трубы, называемый байпасом. Если перекрыть движение теплоносителя через радиатор, циркуляция по магистрали не нарушится благодаря байпасу. Теплоноситель из-за теплоотдачи радиаторов постепенно остывает, так что самые дальние от теплогенератора (котла) приборы отопления нагреваются меньше, чем ближние, поэтому регулировка температуры радиаторов отопления здесь особенно необходима.

Однотрубная и двухтрубная системы отопления

Двухтрубная система включает две трубы, по которым движется теплоноситель – подающую и обратную. Приборы отопления подключаются к подающей трубе параллельно, причем вход в радиатор может быть и в верхней и в нижней части. Теплоноситель в двухтрубной системе подходит к каждому прибору с одинаковой температурой. В этой системе радиаторы также оснащаются отсекающими вентилями.

Регулировка при монтаже и начале отопительного сезона

Первичная регулировка батарей отопления в квартире должна быть произведена еще на стадии монтажа. В частности, для того чтобы предотвратить образование воздушных мешков, радиаторы монтируют с небольшим уклоном (разность высот 3—4 мм) в сторону стояка и подающей трубы. С другой стороны, в верхней части батареи устанавливается кран Маевского, с помощью которого воздух удаляется. Кроме того, по окончанию отопительного сезона, когда удаляют воду из системы, небольшой уклон обеспечит полный слив воды из радиаторов.

В начале отопительного сезона, если стояки уже горячие, а часть батареи не нагревается, значит в приборе образовался воздушный мешок, мешающий нормальной циркуляции теплоносителя. В этом случае производится процедура удаления воздуха с помощью плоской отвертки. Кран Маевского медленно откручивают отверткой до тех пор, пока весь воздух не выйдет и не появится вода.

Устройства регулировки температуры в приборах отопления

Шаровой кран

Шаровой кран на батарею отопления – это простейшее устройство, с помощью которого можно регулировать температуру прибора.Следует знать, что шаровой кран может иметь только два положения – «полностью открыт» и «полностью закрыт», так как в его конструкции не предусматривается промежуточных положений. Если попытаться оставить кран открытым в промежуточном положении, то велика вероятность повреждения главной детали – полированного шара твердыми частичками, находящимися в теплоносителе. В этом случае кран может выйти из строя. Таким образом, регулировка батарей отопления кранами заключается в том, что при слишком высокой температуре в помещении краны просто закрывают, прерывая циркуляцию теплоносителя через радиаторы.

Шаровой кран

Для помещений с особыми требованиями к микроклимату, где должна поддерживаться температура с точно установленными значениями и большие колебания недопустимы, регулировка с помощью кранов использоваться не может.

Вентиль конусный

Вентиль конусный для радиатора отопления – достаточно простое механическое устройство, имеющее по сравнению с шаровым краном больше возможностей для регулирования температуры в радиаторах, так как с его помощью можно гибко регулировать интенсивность потока теплоносителя, проходящего через батарею. С помощью маховика, надетого на шток, вентиль открывают или закрывают, при этом шток движется по резьбе вверх или вниз, перекрывая или увеличивая посредством клапана с прокладкой просвет во внутренней перегородке (седле) вентиля, изменяя интенсивность потока теплоносителя.

Вентиль конусный

Как и с шаровым краном, все манипуляции с вентилем производятся вручную, устройство не имеет никаких датчиков, и настройка температуры отопительного прибора может быть только приблизительной.

Терморегуляторы или термостаты

Терморегуляторы (термостатические вентили) или термостаты являются наиболее совершенными и удобными устройствами, так как позволяют регулировать температуру радиаторов в автоматическом режиме в зависимости от температуры в помещении. Конструкция терморегуляторов состоит из двух основных частей – клапана и термостатической головки, включающей термобаллон или сильфон – цилиндр с гофрированными стенками, который заполнен специальной жидкостью. При повышении температуры в помещении, жидкость расширяется, вызывая расширение сильфона и выдавливание штока из термобаллона. При этом клапан начинает перекрывать просвет седла термостата, уменьшая интенсивность циркуляции теплоносителя через батарею и, соответственно, уменьшая ее теплоотдачу. При понижении температуры в помещении процесс происходит в обратном порядке.

Терморегулятор

Терморегуляторы различного вида имеют один и тот же принцип действия и отличаются по способу управления, по рабочему веществу термоголовки (вместо жидкости там может быть газ), а также по типу системы отопления, для которой предназначаются – однотрубной или двухтрубной. Производители предлагают следующие виды термостатических вентилей:

• механические с ручной регулировкой;
• электронные;
• электрические;

Термостаты с ручной регулировкой

Термостаты с ручной регулировкой оснащены головкой вентиля, на которую нанесена шкала с рисками и цифрами от 0 до 5, обозначающими режим работы устройства. Ноль на шкале означает полностью закрытое положение клапана, остальные цифры позволяют регулировать температуру в помещении в диапазоне 14–28 градусов.

Простые модели электронных терморегуляторов оборудуются дисплеем, на котором высвечиваются значения температуры, и устанавливать нужный режим можно с помощью кнопочного управления.

Электронный терморегулятор с дисплеем

Более сложные модели электронных термостатов оборудуются встроенными и выносными датчиками, выносными пультами управления, позволяющими программировать работу нескольких устройств – задавать суточную или недельную регулировку температуры.

В электрических терморегуляторах вместо сильфона используется электрический сервопривод, получающий сигнал от датчика температуры. При повышении или понижении температуры в помещении миниатюрный электродвигатель сервопривода начинает работать, воздействуя на шток клапана.

Терморегуляторы также различаются по предназначению – для однотрубных или двухтрубных систем отопления, так как эти системы имеют свои особенности, связанные со скоростью движения теплоносителя и перепадами давления. Устройства для однотрубных систем имеют маркировку RTD-G, для двухтрубных –RTD-N и отличаются по гидравлическому сопротивлению клапанов.

Видео урок по установке различных видов вентилей и терморегуляторов:

Установка терморегулятора на радиатор отопления: типы регуляторов, установка терморегулятора

Установив терморегулятор на радиатор отопления, вы можете всегда контролировать температурный режим в вашем помещении. Настраивать можете самостоятельно или автоматическим способом. Используя терморегулятор для батареи, в вашем помещении всегда будут комфортные условия. 

 Содержание:

  1. Принцип работы и виды
  2. Типы регуляторов
  3. Как правильно располагать регуляторы
  4. Установка терморегулятора
  5. Как настроить прибор

Принцип работы и виды

Выделяют два типа регуляторов для радиаторов отопления:

1. Ручной регулятор температуры для батареи отопления.
2. Автоматический кран на радиатор отопления.

При ручном регуляторе регулировать температуру радиатора отопления необходимо самостоятельно. Сделать это можно следующим способом:

• Привести в действие шток клапана можно, повернув маховик вентиля;
• Диаметр прохода седла после такого действия изменится. А значение будет равняться температуре. 

Ручной регулятор температуры, как и любое устройство, имеет некоторые недостатки:

1. Если часто открывать и закрывать регулятор температуры для батареи отопления, то его колпачок, который используется в качестве защиты быстро выйдет из строя.
2. Автоматический кран для радиаторов намного эффективней в работе, чем ручной регулятор.

В автоматическом кране устроена термоголовка. В данном типе регулятора температурный вентиль будет работать совместно с термоголовкой. 

Благодаря такому устройству как сильфон в помещении будут фиксироваться любые перепады температуры. Если температура начнет понижаться, то содержимое баллончика будет постепенно сужаться. Вследствие чего расход теплоносителя будет увеличиваться, так как шток клапана начнет втягиваться. После такого процесса температура в помещение будет постепенно увеличиваться. 

При повышении температуры в помещении содержимое термического баллона будет расширяться и, следовательно, теплоотдача радиатора уменьшиться.

Типы регуляторов

Терморегуляторы для батарей отопления также различают по способу поступающего сигнала. Есть несколько вариантов поступления сигнала на термостатический компонент:

1. От воздуха в здания.
2. От теплоносителя.
3. От воздуха поступающего снаружи.

Первый регулятор, который применяли, получал сигнал только от теплоносителя. Точность такой регулировки была 1-7°

Но таких данных было недостаточно для точных значений. Поэтому стали применять регулировочные краны для батарей отопления, которые могут контролировать изменения и поддержание температурного режима в помещении. Такие терморегуляторы более востребованы, чем ручные. Ведь они не требуют постоянного присутствия человека, а регулируют температуру самостоятельно и поддерживают комфортные условия в помещении. 

Не менее популярным является прибор, состоящий из нескольких элементов: терморегулятор для радиаторов отопления и датчик. Он реагирует также быстро на перепады температуры, как и автоматический регулятор.

Из конструктивных особенностей термостата их можно разделить на несколько видов. Поэтому регуляторы могут быть:

1. Прямого действия.
2. С электрическим управлением.

Термостат прямого действия устраивают перед радиатором отопления. Такое устройство получает сигнал об изменениях температурного режима от теплоносителя. 
Регулировка температуры радиатора отопления происходит за счет закрытия или открытия подачи теплоносителя. Устроенный на регуляторе клапан оборудован шкалой, которая установлена на головке прибора. На шкале указаны цифры при помощи, которых можно устанавливать нужную температуру в помещении.

Терморегуляторы для радиаторов отопления с электроуправлением делятся на две категории:

1. Регуляторы способные управлять нагревом или насосом котла.
2. Регуляторы, которые могут послать сигнал клапану. Клапан устанавливается перед батареей на трубе. Регулировочный вентиль регулирует подачу тепла. А размер клапана зависит от диаметра используемой трубы.

Как правильно располагать регуляторы

Если ваша батарея отопления не прикрыта, то устанавливать терморегуляторы лучше на отопительный прибор. Если же оборудование имеет термостат с дистанционным датчиком, то клапан можно располагать на расстоянии до 0,8см. 

Устанавливать терморегулятор можно вертикально и горизонтально, но обязательно на вводе трубы перед радиатором. При горизонтальной установке устраивают регулятор на входе в батарею отопления.

Установка терморегулятора

Перед установкой или регулировкой радиатора отопления обязательно следует перекрыть подачу воды. Затем следует произвести слив воды в системе отопления. После этого можно приступать к установке крана на радиатор отопления. Устройство происходит следующим образом:

• Производится срезка трубы на небольшое расстояние, затем трубы батареи отсоединяют.
• Если кран был устроен на радиаторе отопления, то следует произвести его демонтаж.
• Клапаны терморегулирующего и запорного типа имеют хвостовики, которые нужно отсоединить. После этого их заворачивают в пробки батареи.
• Затем производится сбор обвязки и установки на нужное место.
• Последним этапом установки является устройство термоголовки на разводку горизонтального типа. Такие трубы имеют обвязку от стояка.

Как настроить прибор

Рассмотрим, как правильно производить регулировку радиаторов отопления. В инструкции любого прибора есть рекомендации по регулировке температурного режима. Помимо инструкции по регулировке будут советы по устройству прибора, а также технические характеристики и функции.

Перед регулированием температурного режима в радиаторе отопления, следует закрыть двери и окна, для того чтобы минимизировать утечку тепла из здания.

Рекомендуется установить термометр в помещении для измерения температуры. При ручном клапане необходимо его открыть до самого упора, таким образом, воздух в помещении постепенно начнет нагреваться. После того как вы заметите увеличение температуры на термометре примерно на 5 градусов, то необходимо закрыть клапан. 

Затем вы услышите шум воды в радиаторе, а клапан заметно нагреется. В таком случае нужно запомнить, как расположена головка клапана. Тогда вы сможете регулировать температуру прибора самостоятельно. А именно убавлять и прибавлять температуру в радиаторе отопления.

Терморегулятор батареи отопления является необходимой вещью. При использовании автоматического крана вы можете не беспокоиться о регулировке температуры в вашем помещении.

Читайте также:

Как регулировать радиатор отопления

Современные биметаллические и алюминиевые батареи отличаются малой температурной инерцией. Благодаря этому обеспечивается возможность эффективной и точной регулировки температуры в каждом радиаторе. Регулировка дает целый ряд существенных преимуществ. При этом важно уже на стадиях проектирования и комплектации системы предусмотреть, как регулировать радиатор отопления.

Что дает регулировка радиатора

Применение регулировки отопительных приборов позволяет добиться максимальной эффективности работы системы.

В частности, обеспечиваются следующие преимущества:

• обеспечиваются оптимальные комфортные условия в каждой комнате;
• затраты на отопление сокращаются до 25%;
• отсутствует необходимость постоянно проветривать помещения при перегреве;
• устраняется завоздушивание отопительной системы.

Регулировка обеспечивается путем изменения уровня подачи теплоносителя на отопительный прибор. Соответственно, увеличивается или уменьшается и степень его нагрева. При малой инерции радиатора обеспечивается высокая чувствительность, а значит температура прибора изменяется практически моментально.

Для регулировки могут применяться ручные и автоматические устройства.

Ручные регулировочные устройства

Наиболее простой в плане используемого оборудования является ручная регулировка. Для ее осуществления используется специальный регулировочный вентиль, который ставится на подводящей или отводящей трубе от радиатора. Не допускается применение для регулировки шаровых кранов, которые представляют собой запорную арматуру.

Данный принцип регулировки может применяться как на двухтрубной, так и на однотрубной системе. При этом в случае однотрубной разводки обязательно применяется байпас, который позволяет поддерживать теплоснабжение остальных радиаторов в системе, независимо от регулировки данного прибора.

Способ, как отрегулировать радиатор отопления вручную, очень простой. Если в комнате становится прохладно, подачу вентиля открывают, если становится жарко — прикручивают. Недостатком при этом является необходимость самостоятельно контролировать температуру. Кроме того, говорить о высокой точности регулировки не приходится.

Автоматические регулировочные устройства

Наиболее функциональными являются автоматические регулировочные устройства. Их применение дает возможность один раз установить наиболее комфортную для вас температуру, и она будет поддерживаться независимо от внешних условий.

Наиболее распространенным устройством для автоматической регулировки является термостатический регулятор, который состоит из термоголовки и термостатического клапана. Как правило, термоголовка не требует электрического питания. Ее ключевым элементом является капсула, наполненная жидкостью или газом с высокой термочувствительностью. При изменении температуры в комнате содержимое капсулы сжимается или расширяется, воздействуя на шток термостатического клапана. В результате изменяется расход теплоносителя, который подается в радиатор. Также существуют термоголовки с электронным управлением и с выносными датчиками, которые обеспечивают повышенную точность регулировки. При этом такие элементы нуждаются в электроснабжении, которое, как правило, обеспечивается при помощи батареи.

CALIENTÉ | Нагреватели аккумуляторных батарей для электромобилей

Литий-ионные батареи

теряют половину своей номинальной емкости при 0C и не могут заряжаться при температуре ниже -7C (19F). Это приводит к потере половины расчетного диапазона вашего электромобиля или того хуже. Аккумуляторные обогреватели Caliente EV созданы для решения этой проблемы. Наш продукт эффективно нагревает батарею до -7 ° C в режиме подключения, поэтому он может эффективно брать заряд. После начала зарядки нагревательная пленка Caliente дополняет тепло, выделяемое внутри, чтобы быстрее нагреть батарею до оптимальной температуры.Нагреватель Caliente может также использоваться в качестве быстрого и безопасного разрядного резистора, когда необходимо быстро отвести энергию от батареи для регенерации или в случае аварии.

• Колодки для прямого нагрева ModuleDirect — Проще говоря, они являются наиболее экономичным и экономичным способом нагрева батареи. Подушечки обычно имеют толщину 0,011 дюйма (0,28 мм) и могут быть нанесены между ячейками, обернуты вокруг ячеек или модулей или прикреплены к поверхности холодной пластины непосредственно под модулем.Прокладки обеспечивают более быстрое охлаждение, обеспечивая лучшую однородность от ячейки к ячейке, и действуют как диэлектрический барьер между ячейками / модулями / пластинами с минимальным влиянием на эффективность охлаждения. Нагреватели ModuleDirect доступны в саморегулирующемся PTC (50C, 65C, 80C) для встроенной безопасности или с фиксированной мощностью для более высокой производительности.
• Нагреватели жидкости PTC — Саморегулирующиеся до 240 ° C, могут быть погружным нагревателем, помещенным в резервуар для жидкости, или автономным проточным нагревателем.
• Воздухонагреватели PTC — Саморегулирующиеся до 240 ° C, в основном используются для обогрева кабины, но могут использоваться для обогрева аккумуляторной батареи.

• Напряжение и мощность — Caliente может работать практически с любым входным напряжением, включая 800 В. Мы следуем стандартам UL в отношении изоляции, чтобы обеспечить безопасную конструкцию. Мощность зависит от теплопроводности и массы того, к чему он будет прикреплен.Чем лучше проводимость и масса, тем выше удельная мощность (3+ Вт на квадратный дюйм).
• PTC или фиксированная мощность — Вам нужна встроенная безопасность саморегулирующейся конструкции PTC, и если да, то какую температуру вы хотите регулировать? Или вам нужна более высокая производительность по времени до температуры, чем у нагревателя фиксированной мощности? В случае фиксированной мощности Caliente работает с клиентами, чтобы определить оптимальные протоколы измерения и управления.
• Материал термоинтерфейса (TIM) — Одним из преимуществ нагревательных пластин ModuleDirect является их тонкость / эффективность.При толщине 0,011 дюйма / 0,28 мм они незначительно влияют на эффективность охлаждения при соединении между охлаждающей пластиной и модулем с помощью клея, чувствительного к давлению. В то же время может потребоваться термоинтерфейсный материал (TIM) для преодоления допусков в модуле и / или пластине. Caliente может предоставить нагреватели с TIM, прикрепленным к нагревателю, чтобы снизить затраты на сборку и затраты заказчика.

Аргументом против прокладок были затраты на рабочую силу, связанные с их соединением без улавливания пузырьков воздуха, что может привести к горячим точкам и даже выгоранию.Caliente разработала запатентованные материалы, конструкции, процессы и испытания, чтобы гарантировать, что их можно применять экономически эффективно и без пузырьков воздуха.

В одном из недавних проектов энергопотребление снизилось на 40% с 4500 Вт до 2700 Вт и стоило с 40 до 25 долларов за упаковку, при этом время достижения температуры было сокращено на 30% (1 градус Цельсия в минуту). Подушечки нагревателя весят значительно меньше (поток через нагреватель ~ 3 кг) и занимают значительно меньше места, чем воздухонагреватель с оребрением, погружной или проточный нагреватель.

• Энергоэффективность (до 50% меньше)
• Лучшая однородность тепла от ячейки к ячейке
• Более быстрое время упаковки до температуры
• Меньший вес и пространство
• Меньшая стоимость
• Также действует как диэлектрическая пленка

LTC1733: терморегулирование увеличивает скорость зарядки литий-ионной батареи без риска перегрева

Линейные зарядные устройства

обычно меньше, проще и дешевле, чем решения на основе переключателей, но у них есть один серьезный недостаток: чрезмерное рассеивание мощности.Когда входное напряжение высокое, а напряжение батареи низкое (разряженная батарея), линейное зарядное устройство может генерировать достаточно тепла, чтобы повредить себя или другие компоненты. Как правило, такие условия являются временными — поскольку напряжение батареи растет вместе с ее зарядом — но это наихудшие ситуации, которые необходимо учитывать при определении максимально допустимых значений тока заряда и температуры ИС. Чтобы решить эту проблему, LTC1733 использует внутреннюю тепловую обратную связь для регулирования тока заряда и ограничения температуры кристалла.Эта функция обеспечивает более быстрое время зарядки, поскольку разработчик может запрограммировать высокий ток заряда (чтобы минимизировать время зарядки) без риска повреждения LTC1733 или любых других компонентов. Также устраняется необходимость в чрезмерном тепловом проектировании. Для дальнейшего улучшения теплопередачи LTC1733 заключен в 10-контактный корпус MSOP с улучшенными тепловыми характеристиками. Для простоты LTC1733 представляет собой законченное решение для литий-ионного зарядного устройства, для которого требуется всего три внешних компонента, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 1.Автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов.

Внутренний силовой полевой МОП-транзистор позволяет программировать ток заряда до 1,5 А с точностью 7%, чтобы обеспечить быструю и полную зарядку. Внутренний МОП-транзистор также устраняет необходимость во внешнем резисторе считывания тока или блокирующем диоде. Конечное напряжение холостого хода выбирается контактом 4,1 В или 4,2 В с точностью 1%, чтобы предотвратить опасную перезарядку или снижение емкости батареи из-за недозаряда.

В соответствии с рекомендациями производителей аккумуляторов LTC1733 включает в себя программируемый таймер завершения зарядки и вход термистора для зарядки с учетом температуры.Выходы состояния включают в себя обнаружение заряда C / 10 для индикации состояния, близкого к окончанию заряда, обнаружение наличия настенного адаптера для определения того, может ли зарядка продолжаться или нет, мониторинг зарядного тока для измерения газа и обнаружение неисправностей для выявления неисправных элементов. Кондиционирование низкого заряда батареи (непрерывная зарядка) безопасно заряжает переразряженный элемент, а автоматическая подзарядка гарантирует, что батарея всегда будет полностью заряжена. Для экономии заряда батареи ток разряда батареи LTC1733 падает до менее 5 мкА, когда сетевой адаптер отсутствует или когда компонент выключен.

Чтобы зарядить одноэлементный литий-ионный аккумулятор, пользователь должен подать входное напряжение (обычно от сетевого адаптера) не менее 4,5 В на вывод V _CC . На выводе ACPR впоследствии будет установлен низкий уровень, чтобы указать, что условие входного напряжения было выполнено. Кроме того, резистор 1% должен быть подключен от PROG к GND, чтобы запрограммировать номинальный ток заряда на 1500 В / R _PROG . Затем на выводе CHRG будет низкий уровень, чтобы указать, что цикл зарядки начался. Конденсатор, подключенный между выводом TIMER и GND, запрограммирует время завершения заряда на 3 часа на 100 нФ.

Если напряжение на выводе BAT ниже 2,48 В в начале цикла зарядки, то ток заряда будет составлять одну десятую запрограммированного значения, чтобы безопасно довести напряжение элемента до достаточно высокого, чтобы обеспечить полный ток заряда. Если ячейка повреждена и напряжение не поднимется выше 2,48 В в течение одной четверти запрограммированного времени завершения, цикл зарядки завершится, и на выходе состояния ОТКАЗ будет зафиксирован низкий уровень, указывающий на неисправную ячейку. Все три из этих выходных контактов состояния, ACPR, CHRG и FAULT, имеют достаточную пропускную способность по току, чтобы зажечь светодиод.

Когда напряжение батареи поднимается выше 2,48 В (что обычно происходит вскоре после начала цикла зарядки), LTC1733 подает на батарею постоянный ток, как запрограммировано R _PROG . LTC1733 будет оставаться в режиме постоянного тока до тех пор, пока напряжение на выводе BAT не приблизится к выбранному конечному напряжению плавающего режима (4,1 В для SEL = 0 В и 4,2 В для SEL = V _CC ). В этот момент деталь переходит в режим постоянного напряжения.

В режиме постоянного напряжения LTC1733 начинает уменьшать ток заряда, чтобы поддерживать постоянное напряжение на выводе BAT, а не постоянный ток на выводе BAT.Когда ток падает до 10% от полномасштабного запрограммированного тока заряда, внутренний компаратор блокирует сильное понижение на выводе CHRG и подключает источник слабого тока (около 25 мкА) к земле, чтобы указать близкий конец Заряд (C / 10) состояние.

В отличие от зарядных устройств, которые отключаются, когда ток достигает C / 10, LTC1733 продолжает заряжать батарею после точки C / 10, пока не истекло время завершения, чтобы гарантировать, что батарея полностью заряжена. Прекращение зарядки на C / 10 может оставить аккумулятор заряженным только до 90-95% емкости, в то время как зарядка после C / 10 и завершение по времени может зарядить аккумулятор до 100% емкости.После завершения контакт CHRG принимает состояние с высоким импедансом.

LTC1733 может заряжать аккумулятор при условии, что напряжение аккумулятора было выше 3,95 В (SEL = 0 В) или 4,05 В (SEL = V _CC ) во время начального цикла зарядки. При превышении этих пороговых значений начинается новый цикл зарядки, если напряжение батареи падает ниже 3,9 В (SEL = 0 В) или 4,0 В (SEL = V _CC ) из-за нагрузки на батарею или тока саморазряда батареи. батарея. Схема подзарядки интегрирует напряжение на выводе BAT в течение нескольких миллисекунд, чтобы предотвратить перезапуск цикла зарядки из-за переходных процессов.Эта функция гарантирует, что аккумулятор остается заряженным, даже если он оставлен подключенным к зарядному устройству в течение очень долгого времени.

Дополнительной ключевой особенностью LTC1733 является внутренний контур терморегулирования. Если при работе с высокой мощностью и / или в условиях высокой температуры окружающего воздуха температура перехода LTC1733 приближается к 105 ° C, ток заряда автоматически снижается, чтобы поддерживать температуру перехода примерно на уровне 105 ° C (температура платы обычно остается ниже примерно 85 ° C. ).Это называется режимом постоянной температуры. Эта функция позволяет пользователю программировать ток заряда на основе типичных условий эксплуатации и устраняет необходимость в сложной тепловой конструкции, необходимой во многих применениях линейных зарядных устройств. LTC1733 автоматически позаботится о наихудших условиях. Помимо защиты LTC1733, эта функция устраняет «горячие точки» на плате, тем самым защищая окружающие компоненты. Функции теплового отключения других зарядных устройств просто отключают зарядное устройство при очень высоких температурах (обычно выше 130 ° C).Этот тип отключения, основанный на температуре перехода, позволяет как зарядному устройству, так и окружающей плате сильно нагреваться, поэтому, даже если существует «защита» отключения, приложение должно быть тщательно спроектировано, чтобы избежать достижения температуры теплового отключения во всех сценариях. LTC1733 упрощает тепловую конструкцию, автоматически балансируя ток заряда, рассеиваемую мощность и рабочую температуру.

Для дальнейшего улучшения тепловых характеристик LTC1733 он упакован в 10-контактный корпус MSOP с улучшенными тепловыми характеристиками.Плата приложений, изображенная на Рисунке 2, занимает всего 76 мм ² пространства на плате и может рассеивать более 2 Вт энергии при комнатной температуре. Это соответствует максимальному току заряда около 1,5 А при входном напряжении 5 В. Это предполагает, что литий-ионный аккумулятор во время зарядки большую часть времени работает при напряжении 3,7 В. Фактически, это консервативное предположение, поскольку типичный литий-ионный аккумулятор поднимается выше 3,8 В в течение первых нескольких минут зарядки. Мощные тепловые характеристики LTC1733 и точность запрограммированного тока заряда 7% позволяют очень быстро и точно заряжать одноэлементные литий-ионные аккумуляторы.

Рис. 2. Полнофункциональное одноэлементное литий-ионное зарядное устройство.

Для измерений газа вывод PROG предоставляет очень точную информацию о токе, вытекающем из вывода BAT. Отношение определяется по:

В режиме постоянного тока напряжение на выводе PROG всегда составляет 1,5 В, что указывает на то, что запрограммированный ток заряда вытекает из вывода BAT. В режиме постоянной температуры или постоянного напряжения ток вывода BAT уменьшается и может быть определен путем измерения напряжения на выводе PROG и применения приведенной выше формулы.Вывод PROG вместе с тремя выходами состояния с открытым стоком (ACPR, CHRG и FAULT) информируют пользователя о том, что именно делает LTC1733 в любое время.

В дополнение к программируемому таймеру и оценке низкого уровня заряда аккумулятора, LTC1733 добавляет зарядку с учетом температуры в список рекомендуемых производителем аккумуляторов функций безопасности. Температура аккумуляторной батареи измеряется путем размещения термистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) рядом с аккумуляторной батареей. Используя схему, показанную на Рисунке 3, LTC1733 может временно приостановить внутренний таймер и прекратить зарядку, когда температура батареи упадет ниже 0 ° C или поднимется выше 50 ° C.Для выполнения этой функции R _HOT должен быть выбран как значение выбранного термистора NTC при 50 ° C. Это гарантирует, что точка срабатывания внутреннего компаратора 1 / 2V _CC соответствует температуре NTC 50 ° C. Кроме того, выбранный термистор NTC должен иметь значение при 0 ° C, которое в семь раз больше значения при 50 ° C, насколько это возможно. Соотношение холодного и горячего NTC 7: 1 гарантирует, что точка срабатывания внутреннего компаратора 7 / 8V _CC соответствует температуре NTC 0 ° C.Каждый компаратор горячего и холодного имеет гистерезис примерно 2 ° C для предотвращения колебаний относительно точки срабатывания. Кроме того, функцию NTC можно отключить без каких-либо внешних компонентов, просто заземлив вывод NTC.

Рисунок 3. Схема температурной квалификации.

LTC1733 — это полнофункциональное автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. В своей простейшей форме LTC1733 требует всего трех внешних компонентов и может безопасно и точно заряжать аккумуляторы большой емкости очень быстро, используя до одного.5А зарядного тока. Термистор NTC и несколько светодиодов могут быть добавлены, чтобы воспользоваться функциями безопасности и состояния.

Lithium Battery RV Heating System Mod

Литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) произвела революцию в том, как мы разбиваем лагерь и снабжаем энергией наших отдыхающих, особенно для тех, кто любит задницу. Литиевая батарея не только обеспечивает гораздо более высокую полезную емкость (90 процентов) по сравнению со свинцово-кислотной батареей (50 процентов), но также меньше весит, заряжается быстрее и служит дольше.К сожалению, у литиевой батареи есть один недостаток, который необходимо решать в любом доме на колесах, который используется зимой, — невозможность заряжаться при отрицательных температурах. Действительно, зарядка литиевой батареи ниже 32 градусов приведет к непоправимому повреждению батареи (литиевую батарею можно безопасно использовать при температуре ниже 32 градусов, только не заряжайте при температуре ниже этой). К счастью, многие системы мониторинга литиевых батарей имеют встроенные тепловые защиты для отключения зарядки и предотвращения повреждений, но способ «разогреть» батарею в холодную погоду все еще необходим.В этой статье объясняется, как построить простую систему обогрева литиевых батарей для вашего дома на колесах менее чем за 100 долларов.

Для этой модификации вам понадобятся следующие компоненты, доступные в основном через наших друзей из Expion360, которые разработали и протестировали эту систему для своей превосходной 12-вольтовой литиевой батареи VPR PowerMod:

Примечание: Expion360 будет включать термовыключатель в свои батареи VPR PowerMod поколения 2, которые будут доступны весной 2020 года. Отключение при низких температурах, согласно Expion360, будет функцией системы управления батареями и предотвратит зарядку ниже 32 градусов F и разрядку ниже минус 4 градусов F.

Установка

Нагревательная пластина резервуара для воды Facon является ключевым компонентом этой модификации для кемпинга грузовика. Подушка изначально была спроектирована для предотвращения замерзания цистерн с водой на колесах зимой, но также хорошо работает от литиевых батарей внутри или снаружи кемпинга. Мы использовали две грелки, по одной на каждую батарею, в Truck Camper Adventure Rig. Каждая грелка поставляется с предохранителем на 12 В и самоклеющейся лентой. Пэда достаточно длинна, чтобы покрыть заднюю и две стороны батареи Expion360 Viper Group-24 (если применимо, оставьте переднюю съемную панель BMS доступной для обслуживания).При необходимости резиновую грелку можно укоротить на дюйм или два с помощью ножниц, но следует соблюдать осторожность, чтобы не перерезать провода на 12 В, входящие в саму подушку.

Грелка для бака для воды на колесах Facon RV Наша пара литиевых батарей Expion360 Viper PowerMod до модернизации нагревателя.

Если литиевые батареи установлены внутри вашего дома на колесах, термообертки для аккумуляторов не понадобятся (конечно, при условии, что вы поддерживаете в доме достаточно высокую температуру, чтобы предотвратить замерзание). Если термообертки необходимы в вашем приложении, оберните каждую батарею после того, как на батареи будут нанесены грелки.Примечание: шины Expion360 не могут использоваться с термообертками Expion360 из-за небольшого расстояния в 1/8 дюйма между батареями при параллельном подключении.

После того, как тепловые обертки будут на месте, подключите каждую грелку к главной панели предохранителей или непосредственно к литиевой батарее с помощью прилагаемого предохранителя на 10 А (мы установили наш непосредственно на батареи, используя положительные и отрицательные шины). Наконец, установите главный выключатель управления, чтобы включить-выключить грелки.

Эксплуатация

Дайте нагревателю предварительно нагреть литиевую батарею в течение двух часов перед зарядкой.Примечание: нагреватели батарей потребляют по 6 ампер каждый во время работы. Несмотря на то, что грелки имеют встроенный термовыключатель, оставлять их постоянно включенными нереально с потреблением 6 ампер на каждую подушку. Убедитесь, что в аккумуляторе достаточно ампер-часов для предварительного нагрева и поддержания аккумуляторов в тепле во время зарядки. Не заряжайте батареи с помощью нагревательных элементов при температуре ниже 0 градусов по Фаренгейту.

Как это:

Нравится Загрузка …

Важность управления температурным режимом стационарных литий-ионных накопителей энергии

Крис Бойер, доктор философии, PE, директор по развитию бизнеса Sabre Industries

Увеличение количества развертываний аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) показывает важность успешного проектирования охлаждения.Уникальные проблемы систем литий-ионных батарей требуют тщательного проектирования. Низкая предписанная рабочая температура аккумулятора (от 20 ° до 25 ° C) требует холодильной системы охлаждения, а не прямого охлаждения окружающим воздухом. Малый допустимый перепад температуры, не более 5 ° C между самой горячей и самой холодной батареей, требует почти идеального распределения воздуха. А быстрые изменения мощности со временем требуют жесткого контроля. Без надлежащего управления температурой перегрева ячейки выйдут из строя, выйдут из строя или даже загорятся _{[2] [3]} .

Несколько инструментов моделирования помогают в процессе проектирования, чтобы обеспечить хороший дизайн. К ним относятся:

1. Уравнения общего баланса массы и энергии для выбора типоразмеров охлаждающего оборудования;
2. Transient FEA для изучения переходного режима и методов управления; и,

Программа

3. CFD для оценки распределения воздушного потока и результирующих колебаний температуры.

Расчет системы охлаждения с учетом общего баланса энергии и массы

Получение правильной емкости и возможностей регулирования температуры для BESS приведет к повышению производительности и увеличению срока службы батарей.Недостаточный размер системы охлаждения может привести к перегреву аккумулятора. Превышение размеров системы охлаждения может привести к коротким циклам работы системы охлаждения и большим колебаниям температуры воздуха при включении и выключении агрегата.

Тепло, выделяемое аккумуляторами

Выделение тепла от аккумуляторных батарей — это самая большая нагрузка, и поэтому ее наиболее важно точно предсказать. Тепло является результатом энтропии реакции и потерь энергии активации, электрического и ионного сопротивления и химического переноса. _{[4] [5] [6]} Вырабатываемое тепло обычно равномерно при уровне заряда (SoC) от 20% до 80%. Выработка тепла значительно возрастает по мере того, как разряд достигает 0 SoC и когда заряд достигает 100% SoC, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Тепло, выделяемое в течение цикла при скорости 1 C, показывающее повышение тепла в конце разряда и окончания заряда.

Литий-ионный аккумулятор обычно выделяет тепло в соответствии с поведением I ² R , которое можно преобразовать в безразмерную форму: параметр α является постоянным для типа аккумулятора и не зависит от размера массива и расположения комплектов аккумуляторов. согласованный.

Из-за деградации тепловыделение увеличивается в течение срока действия проекта. Производители аккумуляторов сообщили об увеличении от 35% до 70%. Тепловыделение увеличивается при более низких температурах, приблизительно α / α _ref = √T _ref / T в пределах от 10 ° до 50 ° C при исходной температуре 25 ° C.

Прочие тепловые нагрузки

Высоковольтная шина постоянного тока и кабельная система генерируют резистивное тепло в соответствии с G = I ² R , и обычно рассчитаны на около 0.25% от максимальной мощности постоянного тока. Тепло, выделяемое осветительным оборудованием, коммуникационным оборудованием, источниками питания и контроллерами, остается относительно постоянным с течением времени и составляет от 500 Вт до 1 кВт тепла.

Тепло также поступает из внешней среды. Коммерческое программное обеспечение для определения размеров HVAC точно рассчитывает тепловую нагрузку на окружающую среду. Общее приближение, которое работает для одноэтажных зданий, расположенных в умеренном климате, — 1 тонна охлаждения на 500 футов ² .

Сумма тепловых нагрузок

Используя описанные выше расчеты, в таблице 1 показаны требования к охлаждению литий-ионной системы BESS на МВтч батарей при различных скоростях заряда.

Таблица 1. Типичные тепловые нагрузки для шкафа мощностью 1 МВтч при различных показателях теплопроводности.

Выбор оборудования HVAC

Номинальная мощность HVAC основана на наборе номинальных условий _[7] . Фактическая мощность системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ниже номинальной в большинстве приложений хранения энергии из-за более высоких наружных температур, более низких внутренних заданных температур и более низкой влажности. При работе в жаркой пустыне фактическая мощность кондиционера может составлять только 50% от номинальной мощности или даже меньше, поскольку змеевики испарителя и конденсатора загрязняются.Согласно общему практическому правилу для хранения энергии, номинальная мощность оборудования HVAC должна быть на 150% больше, чем ощутимая охлаждающая нагрузка, требуемая на основе приведенных выше расчетов.

Теплообмен между охлаждающим воздухом и аккумуляторными модулями

Сегодня в большинстве стационарных систем BESS в качестве среды для охлаждения батарей используется воздух. В дополнение к системе охлаждения надлежащего размера для корпуса, модули также должны иметь правильно спроектированный метод локальной передачи тепла охлаждающему воздуху.Уравнение стационарного теплообмена для локального охлаждения модуля можно описать уравнением:

Где U ’ [Вт / ° C] — это общий коэффициент теплопередачи, который включает передачу тепла от ячеек к поверхности и конвекцию тепла от поверхности к воздуху. Поверхность охлаждения может быть внутренней по отношению к модулю и / или внешнему корпусу модуля.

Чтобы поддерживать температуру батареи ниже максимальной, необходимо выполнить два условия.Во-первых, общий коэффициент теплопередачи должен быть достаточным при выполнении уравнения:

Во-вторых, объем воздушного потока (пассивного или активного) мимо модулей должен быть достаточным для поглощения выделяемого тепла:

Эти два условия должны быть проверены, и если они не работают, то никакая мощность HVAC не может поддерживать охлаждение батареи. Если ограничением является теплопроводность через модуль к поверхности и от поверхности к воздуху, то модуль необходимо перепроектировать для лучшей теплопередачи.

Переходные характеристики для определения размера системы охлаждения

На рисунке 2 показаны примеры профилей нагрузки для различных приложений BESS. Анализ переходных процессов изучает, как система HVAC влияет на температуру батареи при изменении нагрузки.

Рисунок 2. Примеры суточных циклов (24 часа) для стационарных систем BESS.

Представленная нестационарная тепловая модель была использована для оценки многих проектных решений, таких как:

• Определите количество охлаждения, необходимое в конкретном случае использования, на основе профиля нагрузки приложения;
• Определите, требуется ли ступенчатое охлаждение, и если да, то какие уровни ступенчатости;
• Определить влияние различных методов контроля температуры;
• Оценить эффективность регулировки тепловых масс как в модуле, так и в корпусе;
• Оцените эффективность регулировки воздушных потоков в шкафу и в модулях.

В качестве примера ISO New England публикует профиль переходной нагрузки для моделирования диспетчеризации частотного регулирования для систем хранения энергии _[8] . В переходной модели использовался компонент BESS мощностью 2 МВт / 1 МВт · ч с литий-ионными батареями с принудительным воздушным охлаждением. Графики на Рисунке 3 показывают 24-часовую часть с результирующими циклами HVAC и температурами воздуха в основаниях корпуса для конкретного корпуса и конструкции HVAC. Модель показывает, что, хотя батареи могут вырабатывать 60 кВт тепла в течение коротких периодов времени, для поддержания заданной температуры воздуха всегда требуется не более 21 кВт охлаждения.На основе анализа переходных процессов размер HVAC может быть уменьшен до одной трети максимальной мгновенной тепловой нагрузки.

Рис. 3. Результирующие тепловые потоки и температурный профиль для системы BESS 2 МВт / 1 МВт-ч с несколькими ступенями 3-RT для кондиционирования воздуха для охлаждения в течение 1 дня в случае интенсивного использования с данными ISO Новой Англии. .

Достижение сбалансированного распределения воздуха с помощью CFD

Еще одним ключевым аспектом системы охлаждения является то, как воздух проходит через корпус, чтобы поддерживать батареи в допустимом диапазоне температур.Анализ CFD отлично подходит для расчета пространственных значений температуры, статического давления, скорости и направления воздушного потока.

Анализ

CFD помог принять важные проектные решения, такие как:

• проверить наличие достаточной площади поперечного сечения для воздушного потока через шкаф,
• выберите места для воздушных заслонок и дефлекторов,
• определяет оптимальный размер, форму и места расположения приточных каналов,
• обеспечивает направление для оптимизации положений лопаток в регистрах подачи,
• определяет значение и местоположение воздушных преград между оборудованием или вокруг него, а
• определяет эффективность дополнительных вентиляторов / нагнетателей в корпусе для увеличения HVAC.

Анализ CFD был использован для анализа потока воздуха и результирующих температур для корпуса, содержащего батареи с настенными блоками HVAC на обоих концах. В анализе использовались данные об аккумуляторах и HVAC от соответствующих производителей. На рисунке 4 показаны графические результаты профилей температуры в трех плоскостях по осям x, y и z. Эти профили подробно описывают воздушный поток через корпус и результирующую температуру. Легко увидеть, как холодный воздух (синий) вводится и как он распределяется.Эта информация была использована для улучшения конструкции воздуховодов.

Рис. 4. Результаты CFD, показывающие плоскости с векторами температуры и воздушного потока.

Заключение

Батареи выделяют тепло, как и другое электрическое оборудование, однако по гарантиям производителя требуется низкая температура и очень узкое окно, в котором батареи могут работать. Несмотря на то, что разработка системы терморегулирования для аккумуляторного шкафа накопителя энергии представляет эти уникальные проблемы, инструменты, представленные в этой статье, используются с успехом.

Номенклатура

Список литературы

 [1] P. P. X. Z. G. C. J. S. C. C. Qingsong Wang, «Тепловой разгоном вызвал пожар и взрыв литий-ионной батареи»,  Journal of Power Sources,  vol. 208, стр. 210-224, 2012.

[2] С. Г. Т. Ф. Ф. Тодд М. Бандхауэр, «Критический обзор тепловых проблем в литий-ионных батареях»,  J. Electrochemical Society,  vol. 158, нет. 3. С. R1-R25, 2011.

[3] М. О. Л. Л. Дж.Л. X. Х. Г. Лю, "Анализ тепловыделения литий-ионного аккумулятора во время зарядки и разрядки с учетом различных факторов влияния",  J Therm Anal Calorim,  vol. 116, стр. 1001-1010, 2014.

[4] С. Г. Т. Ф. Тодд М. Бандхауэр, «Зависимое от температуры электрохимическое тепловыделение в коммерческой литий-ионной батарее»,  Journal of Power Sources,  vol. 247, стр. 618-628, 2014.

[5] С. Ф. Ашкан Назари, «Выработка тепла в литий-ионных батареях с различной номинальной емкостью и химическим составом»,  Applied Thermal Engineering,  vol.125, с. 1501-1517, 2017.

[6] «Данные о тепловыделении батарей», конфиденциально изготовитель батарей, 2016 г.

[7] ASHREA STD 16,  Метод испытаний для номинальной мощности комнатного кондиционера и тепловой мощности агрегированного оконечного кондиционера,  2016.

[8] ISO New England, «Данные имитационного автоматического управления генератором (AGC) заданного значения», [Online]. Доступно: https://www.iso-ne.com/isoexpress/web/reports/grid/-/tree/simulated-agc. [Проверено в 2016 г.].

[9] Д. Ф.-Ф. М. Г.Бретт Саймон, "U.S. Energy Storage Monitor", GTM Research / ESA, 2018. 

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
  Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
  Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

(PDF) Механизм теплового разгона литий-ионного аккумулятора для электромобилей: обзор

78

[

] Х.Х. Ли, Я. Ван, К. Ван, М.-Х. Ян, Х.-К. Ву, Д.-Т. Ши. Функция виниленкарбоната

в качестве тепловой добавки к электролиту в литиевых батареях. J. Appl. Электрохим.

35 (2005) 615-623.

[

] Х. Ота, Ю. Саката, А. Иноуэ, С. Ямгути. Анализ слоев SEI

, полученных из виниленкарбоната, на графитовом аноде.J. Electrochem. Soc. 151 (10) (2004) 1659–1669.

[

] J.M. Vollmer, L.A. Curtiss, D.R. Vissers, K. Amine. Механизмы восстановления этилена,

пропилена и винилэтиленкарбонатов. J. Electrochem. Soc. 151 (1) (2004) 178-183.

[

] S.-D. Сюй, Q.-C. Zhuang, J. Wang, Y.-Q. Сюй, Ю.-Б. Чжу. Новый взгляд на карбонат винилэтилена

как добавку, формирующую файл, к электролитам на основе этиленкарбоната для литий-ионных аккумуляторов

.Int. J. Electrochem. Sci. 8 (2013) 8058-8076.

[

] X.L. Яо, С. Се, Ч. Чен, К. Ван, Дж. Вс, Ю.Л. Ли и др. Сравнительное исследование

триметилфосфита и триметилфосфата в качестве электролитных добавок в литий-ионных батареях. J.

Источники энергии 144 (1) (2005) 170-175.

[

] E.-G. Шим, Т.-Х. Нам, Ж.-Г. Ким, Х.-С. Ким, С.-И. Луна. Электрохимические характеристики литий-ионных аккумуляторов

с трифенилфосфатом в качестве антипиреновой добавки.J. Power Sources

172 (2) (2007) 919-924.

[

] Q. Zhu, T. Jing, N. Chen, S. Liu, Y. Jin, R. Chen, F. Wu. Исследование TPP и DMMP как огнестойкого сорастворителя

в электролитах для литий-ионных аккумуляторов. Труды Пекинского института

Технологии 35 (10) (2015) 1096-1100. (на китайском языке)

[

] С. Далави, М. Сюй, Б. Равдел, Л. Чжоу, Б.Л. Лучт. Негорючие электролиты для литий-ионных аккумуляторов

, содержащие диметилметилфосфонат.J. Electrochem. Soc. 157 (10) (2010)

1113-1120.

[

] Z. Zeng, B. Wu, L. Xiao, X. Jiang, Y. Chen, X. Ai, et al. Более безопасные литий-ионные аккумуляторы на основе негорючего электролита

. J. Источники энергии 279 (2015) 6-12.

[

] К. Сюй, М.С. Дин, С. Чжан, Дж.Л. Аллен, Т. Джоу. Попытка создания негорючего ионно-литиевого электролита

с алкилфосфатами и фосфазенами. J. Electrochem. Soc. 149 (5) (2002)

622-626.

[

] Л. Ся, Д. Ван, Х. Ян, Ю. Цао, X. Ай. Добавка к электролиту для теплового отключения

Литий-ионная батарея Тепловая безопасность за счет раннего внутреннего обнаружения, прогнозирования и предотвращения

Датчик RTD встроенный литий-ионный монетный элемент для измерения температуры электрода

Для монетных элементов CR2032, используемых в этой работе, RTD был встроен в индивидуальную прокладку из полимолочной кислоты (PLA) с аддитивным производством, которая была размещена под катодом, как показано на рис.1. Размещение сенсора на анодной стороне рассматривается в отдельной работе. Были проанализированы эффективность и точность измерения температуры, а также электрохимическая стабильность индивидуальной проставки, и подробности этих анализов представлены в разделе «Метод».

Рис. 1

( a ) Схема настраиваемого встроенного монетоприемника LIB RTD; ( b ) Встраиваемая в RTD прокладка из PLA и ячейка CR2032 с внутренним RTD. Размеры встроенной проставки RTD были сравнимы с размерами обычной проставки для батарейки CR2032, что обеспечивало надежный контакт сенсора с электродом и герметизацию электролизера после сборки.

Результат измерения температуры горячего столика со встроенной прокладкой RTD представлен на рис. 2а, где встроенные прокладки RTD были закреплены на горячем столике при t = 20 с. Как показано, индивидуальная прокладка обеспечивает показания температуры с погрешностью от <1 ° C до 55 ° C и средней погрешностью 0,82 ° C. Скорость отклика спейсера оценена на рис. 2b, c, где время отклика t ₉₀ определяется как время, необходимое RTD для захвата 90% полного температурного сдвига ²⁰ .Среднее значение t ₉₀ составляет 5 с для встроенной проставки RTD, что согласуется с наблюдениями для скорости отклика RTD. T ₉₀ также не имеет зависимости от заданной температуры в пределах оцененного диапазона температур. Эти результаты показывают, что встроенная прокладка RTD может обнаруживать тепловые опасности с высокой эффективностью и имеет ограниченную погрешность измерения в диапазоне температур от комнатной температуры до температуры начала теплового разгона LIB ²¹ .

Рисунок 2

( a ) Измерение температуры горячего столика с помощью вставок RTD; ( b ) Скорость отклика при измерении встроенного спейсера RTD; ( c) Время отклика измерения встроенной проставки RTD t ₉₀ ; ( d ) FTIR-спектры для тестирования стабильности электролита; ( e ) Сравнение кривых заряда / разряда для встроенной ячейки датчика в зависимости от вибрации; ( f ) Спектроскопия электрохимического импеданса сконструированных ячеек при OCV (3.1 В по сравнению с Li / Li +) с RTD.

В спектральном анализе инертности встроенного спейсера RTD с помощью инфракрасного преобразования Фурье (FTIR) нет изменений в интенсивности полосы и частоте электролита, как показано на рис. 2d. Согласованные FTIR-спектры указывают на отсутствие перехода в составе и концентрации электролита ²² , а встроенная прокладка RTD электрохимически инертна, что позволяет избежать помех работе LIB. Во время переключения встроенного элемента RTD, в соответствии со спецификациями испытаний на вибрацию NAVSEA 9310, ячейка LIB демонстрирует стабильные зарядно-разрядные характеристики, а структура ячейки является устойчивой к приложенной вибрационной нагрузке.

Индивидуальные монетные элементы CR2032 с электродами диаметром 12,5 мм были подготовлены, как описано ранее. Ячейки циклически менялись между 3,0 В и 4,3 В (рис. 2e) с использованием «скорости C / 12». Ячейки сообщают о разрядной емкости около 120 мАч g ^-1 и зарядной емкости около 140 мАч g ^-1 , как показано на рис. 2e. Емкость элемента первого цикла немного ниже из-за образования пассивирующего слоя на поверхности катода ²³ . После этого профили заряда и разряда хорошо перекрывались для следующих циклов.Во время зарядки делитирование начинается примерно при 3,9 В; во время разряда литиирование катода начинается примерно при 3,7 В без изменения профиля LCO из-за узла датчика.

Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) индивидуальных ячеек CR2032 с различным диаметром катода (9,5 мм, 12,5 мм, 14,9 мм, 15,6 мм) была проведена при потенциале OCV (рис. 2f). В области высоких и средних частот график изображает вдавленные полукруги, а в области высоких частот — линейный импеданс Варбурга.Омические сопротивления всех электродов были одинаковыми и составляли ~ 2,5 Ом. Сопротивления передачи заряда отличались друг от друга. Наблюдалась обратная зависимость между сопротивлением переносу заряда и размером электродов. Для самого маленького электрода полное сопротивление переноса заряда составляло 527 Ом, тогда как для самого большого электрода оно составляло 65 Ом. Разница в сопротивлении переносу заряда между наименьшим и наибольшим электродами возникла из-за того, что эффективная площадь стала значимым фактором в областях с низкой частотой, поскольку больше заряда могло проходить через большую площадь, вызывая уменьшение импеданса ²⁴ .Ранее сообщалось о высоком сопротивлении переносу заряда в монетных элементах с ограниченным размером ²⁵ . Было обнаружено, что импеданс встроенных ячеек RTD сравним с другими круглыми ячейками CR2032, изготовленными в контролируемой лабораторной среде ^25,26 , а вклад индивидуализированного спейсера с RTD в импеданс ячейки был ограничен. Поскольку все четыре плоских круглых элемента имели ограниченное и сопоставимое омическое сопротивление, влияние 3D-печатной прокладки на производительность элемента было незначительным, и результаты, полученные при испытании на короткое замыкание встроенных элементов RTD, можно было использовать для управления безопасностью обычных монетных элементов.

Внешний тест на короткое замыкание и мониторинг температуры электродов в режиме реального времени

Короткие замыкания — обычная проблема для старых аккумуляторов из-за образования дендритов и деградации сепаратора ^27,28,29 , а также в дорожно-транспортных происшествиях, таких как при столкновении электромобиля ^30,31 . Короткие замыкания могут вызвать резкие изменения в структуре электродов и электрохимической среде аккумулятора ¹¹ . В этой работе для оценки способности встроенных ячеек RTD улавливать тепловую опасность использовалось внешнее испытание на короткое замыкание.Платформа для проверки внешнего короткого замыкания и контроля температуры показана на рис. 3b с подробной процедурой проверки, представленной в разделе «Метод».

Рис. 3

( a ) Портативная установка для циклического переключения батарей для анализа производительности LIB во время вибрации; ( b ) Платформа для тестирования короткого замыкания и контроля температуры LIB.

Температура электрода и поверхности батареи регистрировалась в течение первого часа, так как впоследствии было обнаружено, что электрохимические реакции, связанные с коротким замыканием, незначительны.Инфракрасная камера (FLIR E40) использовалась для регистрации температуры поверхности батареи в качестве инструмента сравнения результатов измерения внешнего RTD.

Сравнение исследованных температурных профилей LIB, полученных с помощью внутреннего RTD, внешнего RTD и инфракрасной камеры в течение первых 10 минут испытания на короткое замыкание (диаметр катода: 12,5 мм) показано на рис. 4a. Температура, полученная с помощью инфракрасной камеры, ненадежна из-за сильных колебаний, которые в основном возникают из-за изменений характеристик конвекции окружающей среды ³² .При сравнении измерений RTD первое различие заключается в максимальной температуре: T _max , измеренная внутренним RTD, в среднем на 5,8 ° C выше, чем среднее измеренное значение внешнего RTD (рис. 4b). Эта разница способствует термическому контактному сопротивлению, которое наиболее существенно на контактной поверхности электрод-сепаратор и полюсах батареи ^33,34 . Внутреннее измерение RTD позволяет избежать высокого температурного градиента, обеспечивая тем самым точный мониторинг температуры электрода для обнаружения тепловых событий.Второе главное отличие заключается во времени определения пиковой температуры: внешний RTD определяет пиковую температуру, когда показания внутреннего RTD стабилизируются или начинают уменьшаться. Разница в эффективности измерения возникает из-за потерь энергии при теплопроводности: когда тепло, генерируемое электродами, передается на поверхность батареи, часть его расходуется на повышение температуры компонентов батареи, а часть рассеивается в воздухе. В результате внешний RTD не сможет отражать фактическую скорость повышения температуры, оставляя ячейку постоянно подверженной потенциальным тепловым опасностям.

Рисунок 4

( a ) Измерения температуры с помощью внутреннего RTD, внешнего RTD и инфракрасной камеры при испытании на короткое замыкание; ( b ) Максимальное повышение температуры, обнаруженное внутренними и внешними RTD; ( c ) Время обнаружения RTD t _{90, int} и t _{90, ext} внутренних и внешних RTD; ( d ) Коэффициент времени обнаружения t _ext / t _int ; ( e ) СЭМ-изображение катода LCO до испытания на короткое замыкание и ( f ) после испытания на короткое замыкание.

Для дальнейшей оценки эффективности измерения время обнаружения t ₉₀ сравнивается для внутреннего и внешнего RTD. Как обсуждалось, t ₉₀ определяется как время для обнаружения 90% максимального повышения температуры, измеренного внешним RTD (ΔT _ext ). ΔT _ext сравнивается с максимальным повышением температуры, измеренным внутренним RTD (ΔT _int ) на рис. 4 (b), и с t ₉₀ двух RTD на рис. 4c. Внутренний RTD обнаруживает 90% ΔT _EMax в 7.В среднем 45 с, что в 7–10 раз быстрее, чем у внешнего RTD. Разница в эффективности измерения увеличивается с увеличением массы катода, как показано на рис. 4d, что указывает на то, что измерение на основе внутреннего датчика будет более поучительным для обнаружения тепловой опасности в LIB с большей емкостью. Высокая эффективность измерения внутреннего RTD объясняется хорошим контактом сенсора с электродом. Надежный контакт сенсора с электродом поддерживается за счет давления, прикладываемого во время изготовления элемента, что обеспечивает эффективную теплопроводность от токосъемника к внутреннему RTD.В существующей работе по измерению температуры электродов датчики наносились непосредственно на пористый электродный материал ⁸ с ограниченным контролем контакта датчика с электродом и установочного напряжения. Чрезмерное давление при установке может привести к повреждению материала электрода и ухудшению характеристик батареи. ³⁵ . Кроме того, во время теплового разгона LIB произошло растрескивание и отслаивание частиц электрода, что дополнительно ухудшает незащищенный контакт сенсора с электродом и может наблюдаться на SEM-изображениях, полученных на катоде до и после испытания на короткое замыкание, как показано на рис.4д, ф.

Несмотря на то, что мониторинг температуры электрода с повышенной эффективностью и точностью, внутренний RTD также может использоваться для прогнозирования изменения температуры элемента после обнаружения тепловой опасности. Когда в блоке LIB обнаруживается высокая температура, задействованные элементы удаляются из контура ³⁶ , и последующий процесс охлаждения обычно осуществляется конвекцией в воздухе ³² . Поскольку при испытании на короткое замыкание ток быстро падает (в течение 5 с), процесс снижения температуры монетных ячеек CR 2023 можно смоделировать с помощью естественной конвекции, а общее уравнение баланса энергии ячеек LIB можно записать как ³² :

$$ {\ rm {mC}} \ frac {{{\ rm {dT}}} _ {{\ rm {ext}}}} {{\ rm {dt}}} = \ dot {{\ rm { Q}}} — {\ rm {hA}} ({{\ rm {T}}} _ {{\ rm {ext}}} — {{\ rm {T}}} _ {\ infty}) $$

(1)

где m — масса ячейки, C — теплоемкость ячейки, h — коэффициент конвективной теплопередачи, A — зона конвекции, \ ({{\ rm {T}}} _ {\ infty} \) — температура окружающей среды, T _ext — температура поверхности батареи, а \ (\ dot {{\ rm {Q}}}} \) — термин внутреннего источника тепла.Простой способ получить аналитическое решение уравнения. (1) предполагает равномерное распределение температуры в ячейке и пренебрегает членом \ (\ dot {{\ rm {Q}}} \) во время процесса охлаждения, что обеспечивает решение для T _ext как ³² :

$$ ({{\ rm {T}}} _ {{\ rm {ext}}} — {{\ rm {T}}} _ {\ infty}) = ({{\ rm {T}} } _ {{\ rm {e}} 0} — {{\ rm {T}}} _ {\ infty}) \ exp (- \ frac {{\ rm {hA}}} {{\ rm {mc} }} {\ rm {t}}) = ({{\ rm {T}}} _ {{\ rm {e}} 0} — {{\ rm {T}}} _ {\ infty}) \ exp (- \ frac {{\ rm {t}}} {{\ rm {\ tau}}}) $$

(2)

с T _ext = T _e0 в начале конвективного охлаждения, а τ — постоянная времени конвекции (\ (\ frac {{\ rm {hA}}} {{\ rm {mc}}}} \) ), который можно определить по эволюции температуры при естественном конвекционном охлаждении ячейки.Однако наши предыдущие измерения показывают, что внутри ячейки существует значительный градиент температуры, и теплопроводность от электрода к поверхности ячейки не является незначительной в начале процесса охлаждения. Таким образом, модель в формуле. (2) не сможет отразить фактическое изменение температуры поверхности батареи, и необходимо учитывать тепловую энергию, передаваемую от электрода, для точного прогнозирования температуры поверхности. Учитывая это, процесс охлаждения разделяется на две фазы: в первый период времени температура электрода отличается от температуры поверхности ячейки, а электродная система обеспечивает член внутреннего источника тепла \ (\ dot {{\ rm {Q}}) } \), во второй фазе температура ячейки относительно однородна, и \ (\ dot {{\ rm {Q}}} \) можно пренебречь.На основе сравнения эффективности измерения внутреннего и внешнего RTD на рис. 4 (d), разделение для периодов 1 и 2 может быть установлено на 5 t _в , где t _в — это время, в течение которого внутренний RTD обнаруживает максимальная температура электрода, как показано на рис. 5 (а). Новое уравнение баланса энергии для батареи можно записать как:

$$ \ {{\ rm {mC}} \ frac {{{\ rm {dT}}}} _ {{\ rm {ext}}}} { {\ rm {dt}}} = \ dot {{\ rm {Q}}} — {\ rm {hA}} ({{\ rm {T}}} _ {{\ rm {ext}}} — { {\ rm {T}}} _ {\ infty}) {{\ rm {t}}} _ {{\ rm {in}}} \ le {\ rm {t}} <5 {{\ rm {t }}} _ {{\ rm {in}}} $$

(3а)

$$ \ {{\ rm {mC}} \ frac {{\ rm {dT}}} _ {{\ rm {ext}}}} {{\ rm {dt}}} = — {\ rm {hA}} ({{\ rm {T}}} _ {{\ rm {ext}}} — {{\ rm {T}}} _ {\ infty}) 5 {{\ rm {t}}} _ {{\ rm {in}}} \ le {\ rm {t}} $$

(3b)

Рисунок 5

( a ) Две фазы теплопередачи при испытании на короткое замыкание батареи; ( b ) Репрезентативное сравнение прогнозов температурной модели; ( c ) Сравнение ошибок прогнозирования пиковой температуры; ( d ) Коэффициент ошибок прогнозирования пиковой температуры; ( e ) Связь между массой катода, пиковой внутренней температурой и максимальной скоростью повышения температуры поверхности батареи.

Термин внутреннего источника тепла \ (\ dot {{\ rm {Q}}} \) задается как:

$$ \ dot {{\ rm {Q}}} = — \, {{\ rm { m}}} _ {{\ rm {e}}} {{\ rm {C}}} _ {{\ rm {e}}} \ frac {{{\ rm {dT}}} _ {{\ rm {in}}}} {{\ rm {dt}}} $$

(4)

, где T _в — температура, полученная с помощью внутреннего RTD, m _e и C _e — масса и теплоемкость системы, которая имеет температуру T _в . Предполагается, что для катода LiCoO ₂ Li-анод и прокладка из нержавеющей стали над анодом имеют температуру T _в , учитывая плотный контакт между этими слоями, и значения m _e и C _e , соответственно ^37,38 .После достижения максимального значения при t _в , T _в моделируется с экспоненциальным спадом:

$$ {{\ rm {T}}} _ {{\ rm {in}}} = {{\ rm { T}}} _ {\ infty} + ({{\ rm {T}}} _ {{\ rm {i}} 0} — {{\ rm {T}}} _ {\ infty}) \ cdot \ ехр (\, — \, {\ rm {a}} \ cdot {\ rm {t}}) $$

(5)

, где a — временной коэффициент, который необходимо определить, а значение T _в по сравнению с t _в ≤ t ≤ 2t _в используется для вывода a. Тогда решение уравнения.(3a) может быть получено численно с помощью MATLAB, обеспечивающего начальное значение T _ext при t = t _в , и решение для уравнения. (3b) обеспечивается формулой. (2). Сравнение прогнозов температуры поверхности батареи с учетом и без вклада внутреннего источника тепла \ (\ dot {{\ rm {Q}}} \) показано на рис. 5 (b). Новая модель снижает ошибку в прогнозировании максимальной температуры поверхности, как показано на рис. 5c. Отношение ошибки предсказания T _EMax остается стабильным для катодов разного размера, и модель может быть применена к элементам с большей массой электрода.Предлагаемая модель может также предсказать изменение температуры батареи после обнаружения тепловой опасности и избежать термической опасности после удаления элемента.

Соотношение между температурами, измеренными с помощью внутренних и внешних RTD, также можно использовать для повышения эффективности обнаружения теплового разгона батареи на основе температуры поверхности. Кривая поверхность, коррелирующая максимальную скорость увеличения температуры поверхности с площадью катода, A , и увеличением температуры катода, Δ T _int , при коротком замыкании строится с помощью интерполяции бигармоническим сплайном и аппроксимации полиномом порядка 4 ^{-го порядка} с MATLAB на рис.{3} $$

(7)

Это находится из уравнения. (6) что скорость увеличения температуры поверхности батареи при тепловом разгоне, связанном с коротким замыканием, зависит как от повышения температуры электрода, так и от массы электрода. Это увеличение происходит потому, что экзотермическая реакция при коротком замыкании в основном состоит из разложения SEI, реакции между катодом, анодом и электролитом и разложения электролита на границе раздела электролит-электрод [1], и эти реакции зависят от электрохимически активной массы, как показано в уравнении.(7). Площадь поверхности электрода определяет скорость передачи тепловой энергии от электрода к поверхности батареи. Таким образом, уровень риска теплового разгона нельзя просто предсказать с изменением повышения температуры поверхности, но необходимо также учитывать емкость элемента. Для элемента CR 2032 с удельной массой катода LCO, когда скорость увеличения температуры поверхности приближается к верхней части изогнутой поверхности на рис. 6e, будет высокий риск теплового разгона, и следует применять эффективное охлаждение, такое как принудительное воздушное охлаждение. для управления температурой электрода и вредным температурным градиентом в ячейке ³⁹ .При аналогичной скорости увеличения температуры поверхности батареи с меньшей массой электрода будут более подвержены термическим опасностям, и пороговое значение температуры безопасности, зависящее от емкости элемента, может быть определено на основе измерения внешнего RTD с установленным соотношением между внутренними и внешними показаниями RTD. Кроме того, во время короткого замыкания наблюдались некоторые колебания температуры, измеренной внутренним RTD. Он представляет собой нестабильность местного производства и передачи тепла. Колебания возникли из-за изменений в структуре LIB во время короткого замыкания, включая образование дендритов лития, растворение токоприемника, расслоение частиц электрода, образование газа и т. Д.Дендрит может снизить сопротивление ячейки и вызвать внутреннее короткое замыкание ²⁷ , которое может усилить короткое замыкание. Растворение токоприемника и образование газа повлияли на импеданс ячейки и условия локального теплообмена ^40,41 . Частица электрода могла отслаиваться во время теплового разгона ⁴² , что приводило к резкому падению емкости ячейки и скорости тепловыделения в области отслоения. Растворение токосъемника и расслоение частиц электрода, наблюдаемое при испытании на короткое замыкание, можно найти на дополнительном рис.S1. Возможности локальных измерений внутреннего RTD фиксируют эти переходные региональные процессы, и это полезно для обнаружения и предотвращения теплового разгона LIB.

Рисунок 6

Стратегия защиты плоского элемента от теплового разгона, связанного с коротким замыканием.

Для предотвращения теплового разгона, связанного с коротким замыканием, для круглого элемента CR2032 разработана стратегия оценки риска теплового разгона, основанная на внутренних и внешних измерениях RTD, а также на установленных соотношениях между температурой электрода и поверхности батареи из уравнений (6 и 7):

Эта стратегия предотвращения теплового разгона состоит из внутренней защиты RTD и внешней защиты на основе RTD.Из-за превосходной эффективности измерения внутреннее измерение RTD имеет решающее значение, когда короткое замыкание вызывает беспокойство ячейки. Повышение температуры электрода, Δ T _int , используется в качестве раннего признака теплового разгона, и если измеренное значение выходит за пределы диапазона для безопасной работы батареи, скорость увеличения температуры поверхности батареи будет рассчитана с помощью внешнего RTD и используется для проверки оценки.