Tính toán lựa chọn phần tử gia nhiệt
Để lại lời nhắn
a) Các bộ phận làm nóng pin chủ yếu có sẵn ở ba dạng: bộ phận làm nóng bằng silicon, bộ phận làm nóng PTC và màng làm nóng PI. Thiết kế kích thước bộ phận làm nóng được hoàn thiện sau khi lựa chọn vật liệu thích hợp được thực hiện dựa trên các yêu cầu về năng lượng làm nóng, chi phí, trọng lượng và không gian.
1) Bộ phận làm nóng PTC chứa bộ phận làm nóng bằng gốm và tấm nhôm thường dày 5-8 mm và có khả năng chịu tải. Phần dưới của mô-đun pin thường là nơi đặt chúng, như minh họa trong Hình 1(a).
2) Các bộ phận làm nóng bằng silicon bao gồm thân silicon và lõi làm nóng có độ dày khoảng 1,2mm. Chúng thường được đặt ở bên cạnh mô-đun và không có khả năng hỗ trợ trọng lượng. Ngoài ra, bộ phận làm nóng bằng silicon có thể được bố trí ở đế của mô-đun, như được minh họa trên Hình 1(b).
3) Màng gia nhiệt PI bao gồm lõi gia nhiệt và màng PI, thường dày khoảng 0,38mm. Chúng thường được đặt ở bên cạnh mô-đun và không có khả năng hỗ trợ trọng lượng. Ngoài ra, chúng có thể được đặt ở chân đế của mô-đun nếu có đủ không gian.
b) Tính công suất sưởi
Công suất làm nóng của phần tử gia nhiệt được xác định theo công thức sau:
F = 60 × R × W
Trong đó, F biểu thị công suất làm nóng của phần tử làm nóng, W;
Nhiệt dung riêng của mô-đun được ký hiệu là R/(K ∙ K).
Trọng lượng của mô-đun, tính bằng kilogam, được ký hiệu là W.
60 đề cập đến-tốc độ làm nóng pin theo yêu cầu của khách hàng, độ/độ .
Trong các ứng dụng thực tế, khi xem xét các yếu tố như dẫn nhiệt giữa mô-đun và các bộ phận khác, tản nhiệt ở phía bên kia của bộ phận làm nóng và giảm công suất của bộ phận làm nóng do thay đổi điện áp hệ thống pin, biên độ bổ sung 20% sẽ được thêm vào lựa chọn thiết kế. Do đó, công suất sưởi ấm thực tế cần thiết là:
F0 = F0 × (1 + 20%)
c) Lựa chọn mật độ năng lượng
Trong các ứng dụng thực tế, do pin ở cả hai đầu của mô-đun tiếp xúc trực tiếp với tấm cuối nên tản nhiệt tương đối nhanh qua tấm cuối. Ngoài ra, do cạnh của tấm cách nhiệt ở cuối bị gấp lại nên một số khu vực của pin gần với tấm cách nhiệt bị thiếu bộ phận làm nóng. Hai yếu tố này dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ tăng lên giữa pin ở cả hai đầu của mô-đun và pin ở giữa mô-đun trong quá trình làm nóng. Do đó, trong thiết kế bộ phận làm nóng thực tế, mật độ công suất của bộ phận làm nóng gần đầu mô-đun hơn sẽ được tăng lên một cách thích hợp.
Các bộ phận làm nóng PTC có khả năng tự điều khiển nhiệt độ. Như được hiển thị trong Hình 2, phần tử PTC bằng gốm nóng lên sau khi đặt điện áp và nhiệt độ bên trong tăng nhanh, chuyển từ hiệu ứng NTC sang hiệu ứng PTC. Sau đó, khi nhiệt độ tăng lên, điện trở tăng mạnh, cuối cùng đạt được sự cân bằng giữa sưởi ấm và tản nhiệt, đạt được khả năng kiểm soát nhiệt độ tự động. Nhìn chung, nhiệt độ-tự kiểm soát được thiết kế trong khoảng từ 60 độ đến 80 độ . Khi sử dụng với mô-đun pin, nhiệt độ cân bằng nhiệt bề mặt của bộ phận làm nóng thường nằm trong khoảng từ 20 độ đến 40 độ ở nhiệt độ phòng. Bề mặt bộ phận làm nóng không phát sáng màu đỏ hoặc phát ra ngọn lửa trần, đảm bảo an toàn và tin cậy. Mật độ năng lượng thường được sử dụng cho các bộ phận làm nóng PTC là 0,5 ~ 0,6 K/K².
Các bộ phận làm nóng bằng silicon và màng làm nóng PI có đặc tính làm nóng khác với PTC. Mật độ năng lượng cao hơn dẫn đến nhiệt độ đốt-khô cao hơn, như được trình bày trong Bảng 1. Trong khi đáp ứng các yêu cầu về năng lượng sưởi ấm, mật độ năng lượng phải được giảm thiểu. Mật độ năng lượng thường được sử dụng cho các bộ phận làm nóng silicon và màng gia nhiệt PI là 0,25~0,4 K/K².
Sau khi tăng mật độ công suất ở cả hai đầu của bộ phận làm nóng, tổng công suất làm nóng của bộ phận làm nóng cần được tính toán lại. Công thức tính toán như sau:
𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x
Trong đó 𝑃𝑥 đề cập đến công suất làm nóng của mật độ công suất tăng lên ở cả hai đầu của bộ phận làm nóng, tính bằng W.
d) Điện áp phần tử gia nhiệt
Các bộ phận làm nóng PTC được kết nối song song trong bộ pin, trong khi các bộ phận làm nóng bằng silicon và màng làm nóng PI được kết nối nối tiếp. Điện áp của bộ phận làm nóng có hai trường hợp: Thứ nhất, điện áp làm nóng được cung cấp bởi bộ pin, trong trường hợp đó, điện áp của bộ phận làm nóng PTC phù hợp với điện áp nền của bộ pin và giá trị điện áp của từng bộ phận làm nóng silicon và màng làm nóng PI được xác định bởi số lượng phần tử được kết nối nối tiếp. Thứ hai, điện áp của bộ phận làm nóng được cung cấp bởi bộ sạc bên ngoài, trong trường hợp đó điện áp PTC phù hợp với điện áp của bộ sạc và giá trị điện áp của từng bộ phận làm nóng bằng silicon và màng gia nhiệt PI được xác định bởi số lượng phần tử được kết nối nối tiếp.
e) Điện trở của bộ phận làm nóng
Điện trở của phần tử gia nhiệt được xác định bởi công suất và điện áp của phần tử gia nhiệt được tính toán, như thể hiện trong công thức sau:
F = F^2/F0′
Trong đó F đề cập đến điện áp của một bộ phận làm nóng (V);
F0′ đề cập đến công suất làm nóng của một bộ phận làm nóng (W).
f) Thiết kế cố định bộ phận làm nóng: Các bộ phận làm nóng PTC được cố định vào đáy vỏ bằng bu lông, đạt được sự tiếp xúc chặt chẽ với mô-đun thông qua các miếng đệm nhiệt hoặc chất kết dính; các bộ phận làm nóng bằng silicon và màng làm nóng PI thường được gắn vào mặt bên hoặc mặt dưới của mô-đun bằng keo-một mặt.
g) Cố định dây nịt sưởi: Dây nịt thường được cố định vào tấm cuối hoặc vỏ, thường có khoảng cách từ 150mm ~ 200mm.
