حساب اختيار عنصر التدفئة

أ) تتوفر عناصر تسخين البطارية بشكل أساسي في ثلاثة أشكال: عناصر تسخين السيليكون، وعناصر تسخين PTC، وأغشية تسخين PI. يتم الانتهاء من تصميم حجم عنصر التسخين بعد اختيار المادة المناسبة بناءً على متطلبات طاقة التسخين والتكلفة والوزن والمساحة.

1) تحتوي عناصر التسخين PTC على عنصر تسخين سيراميكي ولوحة ألومنيوم يبلغ سمكها عادةً 5-8 مم ولها قدرة تحمل. عادةً ما يكون الجزء السفلي من وحدة البطارية حيث توجد، كما هو موضح في الشكل 1 (أ).

2) تتكون عناصر التسخين المصنوعة من السيليكون من جسم السيليكون وقلب التسخين الذي يبلغ سمكه حوالي 1.2 مم. يتم وضعها عادةً على جانب الوحدة وتكون غير قادرة على دعم الوزن. وبدلاً من ذلك، يمكن استيعاب عنصر تسخين السيليكون في قاعدة الوحدة، كما هو موضح في الشكل 1 (ب).

3) تتكون أفلام التسخين PI من قلب تسخين وفيلم PI، والتي يبلغ سمكها عادة حوالي 0.38 مم. يتم وضعها عادةً على جانب الوحدة وتكون غير قادرة على دعم الوزن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن وضعها في قاعدة الوحدة إذا كان هناك مساحة كافية.

ب) حساب قوة التدفئة

يتم تحديد قوة التسخين لعنصر التسخين بالصيغة التالية:

F = 60 × R × W

حيث تشير F إلى قوة التسخين لعنصر التسخين، W؛

تتم الإشارة إلى السعة الحرارية المحددة للوحدة بواسطة R/(K ∙ K).

يُشار إلى وزن الوحدة بالكيلو جرام بالرمز W.

60 يشير إلى -معدل تسخين البطارية الذي يطلبه العميل، الدرجة / الدرجة .

في التطبيقات العملية، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل التوصيل الحراري بين الوحدة والمكونات الأخرى، وتبديد الحرارة على الجانب الآخر من عنصر التسخين، وانخفاض طاقة عنصر التسخين بسبب التغيرات في جهد نظام البطارية، تتم إضافة هامش إضافي بنسبة 20% إلى اختيار التصميم. وبالتالي فإن طاقة التسخين الفعلية المطلوبة هي:

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

ج) اختيار كثافة الطاقة

في التطبيقات العملية، نظرًا لأن البطاريات الموجودة على طرفي الوحدة تكون على اتصال مباشر بلوحة النهاية، فإن تبديد الحرارة يكون سريعًا نسبيًا من خلال لوحة النهاية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للحافة المطوية للوحة العزل الطرفية، تفتقر بعض مناطق البطارية القريبة من اللوحة الطرفية إلى عناصر التسخين. يؤدي هذان العاملان إلى زيادة اختلاف درجة الحرارة بين البطاريات الموجودة على طرفي الوحدة والبطارية الموجودة في منتصف الوحدة أثناء التسخين. لذلك، في تصميم عنصر التسخين الفعلي، يتم زيادة كثافة الطاقة لعنصر التسخين الأقرب إلى نهاية الوحدة بشكل مناسب.

تتمتع عناصر التسخين PTC بالتحكم الذاتي في درجة الحرارة. كما هو موضح في الشكل 2، يسخن عنصر PTC الخزفي بعد تطبيق الجهد الكهربي، وترتفع درجة الحرارة الداخلية بسرعة، وتنتقل من تأثير NTC إلى تأثير PTC. وبعد ذلك، مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد المقاومة بشكل حاد، وتصل في النهاية إلى التوازن بين التسخين وتبديد الحرارة، مما يحقق التحكم التلقائي في درجة الحرارة. بشكل عام، يتم تصميم درجة الحرارة التي يتم التحكم فيها ذاتيًا بين 60 درجة و80 درجة. عند استخدامه مع وحدة البطارية، تتراوح درجة حرارة التوازن الحراري السطحي لعنصر التسخين عادةً بين 20 درجة و40 درجة في درجة حرارة الغرفة. سطح عنصر التسخين لا يتوهج باللون الأحمر أو ينبعث منه لهب مفتوح، مما يضمن السلامة والموثوقية. كثافة الطاقة شائعة الاستخدام لعناصر التسخين PTC هي 0.5~0.6 K/K².

تتميز عناصر تسخين السيليكون وأغشية التسخين PI بخصائص تسخين مختلفة عن PTC. تؤدي كثافة الطاقة الأعلى إلى ارتفاع درجات حرارة الاحتراق الجاف-، كما هو موضح في الجدول 1. ومع تلبية متطلبات طاقة التسخين، يجب تقليل كثافة الطاقة إلى الحد الأدنى. كثافة الطاقة شائعة الاستخدام لعناصر تسخين السيليكون وأغشية التسخين PI هي 0.25~0.4 K/K².

بعد زيادة كثافة الطاقة عند طرفي عنصر التسخين، يجب إعادة حساب إجمالي طاقة التسخين لعنصر التسخين. صيغة الحساب هي كما يلي:

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

حيث يشير 𝑃𝑥 إلى قدرة التسخين لكثافة الطاقة المتزايدة عند طرفي عنصر التسخين، بوحدة W.

د) جهد عنصر التسخين

يتم توصيل عناصر التسخين PTC بالتوازي داخل حزمة البطارية، في حين يتم توصيل عناصر التسخين السيليكونية وأغشية التسخين PI على التوالي. يحتوي جهد عنصر التسخين على سيناريوهين: أولاً، يتم توفير جهد التسخين بواسطة حزمة البطارية، وفي هذه الحالة يكون جهد عنصر التسخين PTC متوافقًا مع جهد منصة حزمة البطارية، ويتم تحديد قيمة الجهد لكل عنصر تسخين سيليكون وفيلم تسخين PI بواسطة عدد العناصر المتصلة في السلسلة. ثانيًا، يتم توفير جهد عنصر التسخين بواسطة شاحن خارجي، وفي هذه الحالة يكون جهد PTC متوافقًا مع جهد الشاحن، ويتم تحديد قيمة الجهد لكل عنصر تسخين سيليكون وفيلم تسخين PI بعدد العناصر المتصلة في السلسلة.

ه) مقاومة عنصر التسخين

يتم تحديد مقاومة عنصر التسخين من خلال قوة وجهد عنصر التسخين المحسوب، كما هو موضح في الصيغة التالية:

F = F^2/F0′

حيث يشير F إلى جهد عنصر تسخين واحد (V)؛

يشير F0′ إلى قوة التسخين لعنصر تسخين واحد (W).

و) تصميم تثبيت عنصر التسخين: يتم تثبيت عناصر التسخين PTC في الجزء السفلي من المبيت بمسامير، مما يحقق اتصالًا محكمًا مع الوحدة من خلال الوسادات الحرارية أو المادة اللاصقة؛ عادةً ما يتم تثبيت عناصر التسخين المصنوعة من السيليكون وأغشية التسخين PI على جانب الوحدة أو أسفلها بمادة لاصقة من جانب واحد-.

ز) تثبيت أحزمة التسخين: يتم تثبيت أحزمة الأسلاك بشكل عام على اللوحة الطرفية أو الغلاف، عادةً بمسافة تتراوح بين 150 مم إلى 200 مم.