Выбираем радиатор по мощности – учимся у профи

Грамотный подбор радиатора по мощности — залог успешной покупки отопительного оборудования. Менеджер в специализированном магазине подскажет, какая модель соответствует вашим требованиям, но предварительный расчет заметно облегчит выбор и сократит поиск. Также это минимизирует риск возникновения проблем в ходе замены батарей отопления (в случае, если устройство подбиралось не нашими специалистами).

Как узнать мощность радиатора отопления?

Если интересуетесь, как узнать мощность радиатора отопления, для получения точного показателя необходимо учесть площадь помещения и количество окон. Не последнюю роль играет количество оконных проемов, этажность, климатическое особенности местности и наличие дополнительного оборудования для обогрева жилища. Результаты подсчета зависят от уровня теплоизоляции в доме или квартире и наличия стеклопакетов. Теплоотдача увеличивается при соблюдении следующих рекомендаций:

• Батареи располагаются под оконными проемами. При таком размещении теплые воздушные потоки препятствуют проникновению холодного воздуха из окна.
• Секции в помещении размещаются на одном уровне.
• Центр батареи отопления находится посредине окна. При этом рекомендуется оставлять 6 см до пола и не менее 5 см до подоконника.

Пример расчета мощности батареи отопления

Допустим, вы задались целью создать комфортные температурные условия в комнате с высокими потолками (3 метра) и площадью 14 кв. м. Если умножить обе величины, получим объем — 14 кв. м х 3 м = 42 куб. м. Норма обогрева одного метра в кубе в Москве и большинстве регионов нашей страны составляет 41 Ватт. Если выполнить умножение этого показателя на объем, получим данные о количестве тепла: 42 куб. м х 41 Вт = 1722 Вт.

Таким образом, для обогрева помещения с подобными параметрами в холодное время года нужен алюминиевый или чугунный радиатор на 1700 Вт (или 1,7 кВт).

При расчете для северных регионов страны с суровыми зимами добавляют коэффициент потери тепла, составляющий 20 %, поэтому искомый показатель увеличивается до 2 кВт.

Чтобы не ошибиться в подсчетах и не упустить из виду важные нюансы, воспользуйтесь привлекательным предложением компании «Алмстрой». Обращение к квалифицированным специалистам исключает вероятность неудачного приобретения и неграмотной установки. Опытные мастера с максимальной точностью определят, какой мощности нужен радиатор отопления, сколько секций потребуется для полноценного обогрева и где их лучше всего разместить!

Если вас интересуют услуги по устройству дверных проемов – можете смело обращаться к нашим специалистам.

как рассчитать мощность и количество секций батарей

Содержание статьи:

От правильности расчета радиаторов отопления зависит комфортная температура в помещении в течение отопительного сезона. Если совокупная теплоотдача приборов будет существенно большей, чем необходимо, в комнате будет слишком жарко. Это не только создаст неудобства, но и может стать причиной простудных заболеваний, ведь открытые окна зимой создают сквозняки. При недостаточном количестве батарей в комнате будет холодно, сыро, со временем на стенах может появиться опасный для здоровья грибок. Как же правильно произвести расчет количества радиаторов отопления?

Что нужно учитывать при расчете

Расчет радиаторов отопления делают на комнату, а не на весь дом или квартиру в целом. Для каждого помещения следует рассчитать количество батарей отдельно. При определении количества батарей не учитывается материал, из которого они изготовлены. Имеют значение только показатели теплоотдачи. Эти характеристики обязательно указываются в технической документации к любым отопительным приборам.

Радиаторы могут существенно различаться по теплоотдаче и размерам

В некоторых случаях лучше округлять заявленные показатели до меньших величин, ведь производители указывают характеристики приборов для идеальных условий эксплуатации. Поскольку работа сетей теплоснабжения не всегда безупречна, а производители могут завышать цифры, этот нюанс стоит иметь в виду.

Секционный биметаллический радиатор

Основные способы расчета

Существует три основных метода вычислений:

• по площади помещения;
• по объему помещения;
• приблизительный.

Стандартный метод подразумевает расчет батарей отопления по формуле, рекомендованной СНиП. Он подходит для зданий, высота потолков которых не превышает 2.7 м. Метод приблизительных вычислений трудно назвать надежным, т.к. в его основе лежит формула, основанная на усредненных показателях мощности радиаторов на 10 м.кв. Если комната угловая или плохо утеплена, погрешности могут быть слишком большими. Объемный расчет мощности и количества радиаторов отопления более надежен, поскольку в формуле учитывается высота потолков.

Метод приблизительных вычислений

Самым простым способом определения нужного количества секций является обобщенная формула, согласно которой для отопления 1,8 кв. м. нужна одна секция батареи. Этот метод можно использовать для хорошо утепленных комнат с высотой потолков 2.7 м, одним окном и одной стеной, выходящей наружу. Подразумевается, что для обогрева 10 кв. м. нужен 1 кВт тепловой мощности. Для комнат с двумя холодными стенами показатель должен быть на 30% выше – 1.3 кВт. В этой формуле трудно учесть степень теплоизоляции и другие особенности помещения.

Средние показатели теплоотдачи радиаторов для обогрева определенной площади

Более точный расчет секций радиаторов по площади комнат

Этот метод лучше всего подходит владельцам зданий с низкими потолками – до 2.7 м. Для обогрева 1 кв.м. нужно 100 Вт мощности. Чтобы определить мощность батарей, достаточную для обогрева комнаты в 20 кв.м., нужно умножить значение площади на этот показатель: 20х100=2000 Вт. Далее нужно полученный результат разделить на мощность одной секции отопительного прибора (есть в технической документации).

Если, к примеру, в паспорте отопительного прибора указано, что теплоотдача одной секции составляет 170 Вт, то расчет будет выглядеть так: 2000:170=11,764. Все результаты необходимо округлять до целых чисел, поэтому в данном случае это число 12. Столько секций понадобится для качественного обогрева площади 20 кв.м.

Обратите внимание! При вычислениях лучше округлять в большую сторону. Но есть исключения. Если нужно определить количество секций батарей для помещений с минимальными теплопотерями или тех, в которых есть дополнительные источники тепла, то можно округлять в меньшую сторону. Например, в кухне лучше поставить радиатор с меньшим количеством секций.

Для комнат с двумя наружными стенами или окнами, балконами и плохой теплоизоляцией к полученному результату следует добавить 20% к расчетной мощности. Имеет смысл примерно настолько же увеличить показатель, если речь идет о скрытом монтаже или экранировании батарей.

Формула вычисления количества секций по площади

Как сделать расчет по объему помещения

В вычислениях следует ориентироваться на строительные нормы и правила, согласно которым для обогрева 1 куб. м. нужно 41 Вт мощности отопительного прибора (для хорошо утепленных помещений с герметичными стеклопакетами – 34 Вт). Объем определяют, умножив площадь помещения на высоту потолка. Например, если комната 20 кв.м. с потолком 3 м, то ее объем составляет 60 куб.м. Этот показатель следует умножить на 41 (34) Вт: 60х41=2460 Вт.

Зная необходимую теплоотдачу, можно высчитать количество секций батарей. Для этого полученный результат следует разделить на мощность одной секции. Предположим, что она составляет 170 Вт, как в предыдущем примере. Тогда вычисления будут выглядеть так: 2460:170=14,47. Округлив число, получим 15 секций.

Таблица расчетов по СНиП

На многих сайтах, посвященных вопросам отопления, есть специальные программы, которые помогают с вычислениями. Если вы сомневаетесь в правильности собственных результатов, воспользуйтесь калькулятором расчета батарей отопления. Если же нужны предельно точные вычисления с учетом многих факторов, лучше обратиться за помощью к специалистам.

Видео: расчет батарей отопления

http://teploguru.ru/?p=6405&preview=true

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Мощность батарей отопления – Система отопления

Система отопления коттеджа имеет разные компоненты. На открытой вкладке ресурса мы постараемся найти и подобрать для вашего особняка нужные узлы монтажа. Схема обогрева насчитывает, крепежи, систему соединения, трубы котел, развоздушки, батареи терморегуляторы, увеличивающие давление насосы, коллекторы, бак для расширения. Любой узел определенно важен. Посему подбор каждого элемента конструкции необходимо делать обдуманно.

Мощность батарей отопления

При строительстве или проведении капитальных ремонтных работ, жители частных домов зачастую больше думают о комфорте и удобстве жилья. То же самое касается и отопления. Полагаться на старую печь стало делом неблагодарным, все-таки она обогревает помещение недостаточно, и хлопот с ней не оберешься. Люди постоянно в заботах, запасаясь дровами, углем, стоимость которых растет с каждым годом. То ли дело провести в дом отопительную систему и не знать проблем. В этом поможет рынок обогревательных систем, которые предоставлены в большом ассортименте.

Для эффективного обогрева помещения нужно не только приобрести качественный товар в специализированном магазине, но и знать, как установить и сделать правильный расчет мощности радиатора отопления. Как правило, в хороших магазинах работают квалифицированные специалисты, которые помогут просчитать все тонкости и подберут нужную модель, с учетом площади помещения, высоты потолков, количества окон, периметра, длины комнат, климатических особенностей местности.

Если же вы не доверяете чужому мнению, расчет мощности радиатора отопления можно сделать самостоятельно.

Правильный выбор радиаторов отопления

Нужно также учесть некоторые нюансы в подборе радиаторов. Мощность отопительных радиаторов должна быть эквивалентна одной десятой от площади помещения при условии, что высота потолков будет 3 метра.

Если потолки выше – нужно добавить 30%, для комнаты, стены которой выходят на улицу – еще 30%.

Выбирая радиаторы, нужно знать, что чем больше объем теплообменника. тем большую площадь можно обогреть. Выгода при максимально подобранной модели и комплекте налицо:

• минимальные габариты;
• экономия при покупке;
• нет перегрева помещения;
• максимальный нагрев теплообменников.

После подсчетов всех теплопотерь и выгодных аспектов, нужно определиться, какой мощности должен быть теплообменник.

Простая математика

Желательно производить расчет в конкретных цифрах, так будет намного понятней. Если допустить, что нужно обогреть комнату в 14 кв.м. с высотой потолков 3 метра, то нужно выяснить объем:

14 х 3 = 42 куб.м.

Для обогрева одного кубического метра нужно 41 Ватт тепловой мощности, предусмотренного для климата России, Молдавии, Украины, Белоруссии.

Таким образом, площадь помещения умножаем на 41 Ватт: 42 х 41 Вт = 1722 Вт

Это и есть количество тепла, нужное для обогрева помещения 14 кв. м. Несложное уравнение подсказало, какой мощности нужно приобрести радиатор – 1700 Вт. При покупке желательно всегда округлять в меньшую сторону. Но учитывая холодные зимы северной части страны, нужно добавить коэффициент потери тепла 20%, и получаем 1700 Вт х 1,2 = 2040. Опять-таки, округлив, мы получаем полный расчет мощности радиатора отопления в 2 кВт.

Теперь стоит приступить к подсчету количества секций в радиаторе, не забывая размеры потолков, стен и площадь помещения. Большое значение имеет тот факт, если в комнате большое окно, отнимающее 30% тепла. Подсчитаем количество ребер на радиаторе. В инструкции к товару есть параметры мощности каждой секции (ребра). В алюминиевых и биметаллических радиаторах в ребре показатель 150 Вт. Значит, для нашей комнаты нужно поделить 2000 Вт на 150, получаем 13,3 шт. Округляем и получаем 13 секций.

В каждом магазине по продаже радиаторов специалисты четко объясняют механизм работы обогревательных систем. Количество тепла при теплоотдаче определяется способностью радиаторов обеспечить теплом помещение в течение одного часа. Устанавливая мощные и большие батареи в маленькие помещения, клиенты теряют не только в деньгах, но и в расходах на оплату теплоносителей. Именно в этом вопросе имеет значение правильный расчет мощности радиатора отопления и выбор компактной модели.

Для создания благоприятного для жизни и работы человека температурного режима, необходимо точно знать количество тепла, которое требуется для обогрева  комнаты, кабинета или цеха. Для этого нужно  знать, значение тепловой мощности радиатора отопления

.

Согласно многочисленным экспертным исследованиям, для прогрева воздуха  в зоне средней полосы  в комнате, имеющей высоту потолков до 3 м, с  одним окном на наружной стене и одной дверью, на 1 кв. м необходимо 100 Вт.

Эти данные актуальны для панельного жилого дома. Значение тепловой мощности радиаторов отопления,  будет равно произведению  площади помещения и 100 Вт. Полученный результат  – необходимая  мощность, которую должны иметь отопительные батареи для нагрева воздуха в помещении до оптимальной температуры.

Чугунные батареи имеют значительный эксплуатационный ресурс, высокую прочность, хорошую устойчивость к воздействию коррозии. Прекрасно подойдут для использования в коммунальных сетях, имеющих очень низкое качество теплоносителя.

Одна секция радиатора подобного типа имеет тепловую мощность 0,185 кВт. Чтобы обогреть площадь помещения 15 кв. м мощность радиатора отопления должна быть  не меньше 1,5 кВт, поэтому  при использовании чугунных батарей необходимо будет установить около 9  секций.

На сегодняшний день промышленность выпускает чугунные радиаторы, которые имеют достаточно неплохую эстетику, благодаря применению инновационных технологий отливки корпусов подобных  батарей. Но есть и недостатки:  значительный вес и инерционность .

Алюминиевые радиаторы отопления обладают гораздо большей тепловой мощностью, чем альтернативные чугунные изделия. К примеру, тепловая мощность радиаторов отопления одной секции составляет 0,2кВт. В результате несложно подсчитать, что для нормального прогрева пятнадцатиметровой комнаты необходимо около 8 секций алюминиевого радиатора.

Преимуществом подобных радиаторов служит: легкость, красивый дизайн. К тому же, ими можно  управлять специальными термостатическими вентилями.

Однако алюминиевые радиаторы не обладают такой прочностью, как  чугунные изделия. Вследствие этого они чувствительны к перепадам в отопительной сети рабочего давления, гидравлическим ударам, чрезмерно  высоким температурам теплового носителя.

К тому же, если у теплового носителя кислотность  слишком высокая, алюминий  выделяет водород, что  достаточно опасно для здоровья человека. Поэтому алюминиевые отопительные приборы  рекомендуется использовать в отопительных сетях с теплоносителями, имеющими нейтральную кислотность.

Радиаторы биметаллические имеют схожие эксплуатационные свойства с алюминиевыми изделиями подобного назначения. Но не имеют те недостатки, которыми характеризуются батареи из алюминия. Такие преимущества определила конструкция изделий. Эти радиаторы представляют собой  стальную или медную трубу, внутри которой  двигается теплоноситель.

Поверх этой трубы  надет алюминиевый корпус. В результате теплоноситель, который проходит по внутренней трубе, никаким образом с алюминиевым корпусом не соприкасается. Поэтому,  механические и кислотные свойства теплоносителя на состоянии радиатора никак не отражаются. Благодаря стальной “начинке” изделие обладает высокой прочностью, а высокий уровень теплоотдачи  обеспечивает алюминиевый корпус, высокую тепловую мощность радиаторов отопления. Примерное ее значение – на одну секцию  0,2 кВт.

В помещении любые  отопительные батареи устанавливаются на наружной стене   под окнами. Благодаря этому тепло, излучаемое радиатором, распределяется наилучшим образом. Холодные воздушные массы, поступающие от окна, блокируются нагретым воздушным потоком,  поднимающимся вверх от батареи.

Источник: http://aquagroup.ru/articles/moshchnost-radiatorov-otopleniya.html

Мощность батарей отопления

Содержание

Радиаторы отопления

Установка или замена радиаторов отопления — это серьезный шаг в процессе монтажа отопительной системы, от которой во многом зависят условия проживания. Это сложная и ответственная задача, поэтому к ней необходимо отнестись со всем вниманием. Сегодня производители предлагают большой ассортимент моделей, способных удовлетворить запросы самого взыскательного потребителя. И если 30–40 лет назад мы могли довольствоваться только чугунными батареями и стальными регистрами, то сегодня ассортимент вырос. Но вот что удивительно — чугунные аналоги не ушли с рынка, а до сих пор популярны и востребованы. Поэтому поговорим именно о них, а точнее, о расчете мощности чугунных радиаторов отопления .

Почему же традиционные «гармошки» не сошли со сцены? Оказалось, что они по своей надежности и долговечности превосходят все остальные, даже новейшие модели. К тому же появилась возможность приобрести не старые чугунные модели, а конструкции различных форм, некоторые из которых можно даже отнести к категории шедевров. Такие радиаторы отливаются на заказ, что сделать сегодня не проблема.

Чтобы получить источник тепла, который будет снабжать помещение необходимым количеством тепловой энергии, нужно точно рассчитать число входящих в радиатор секций. А это, по сути, расчет мощности прибора.

Существует стандартный подход к расчету, в основе которого лежит соотношение — на 10 м² обогреваемой площади необходимо использовать 1 кВт тепловой энергии при высоте потолков не выше 3 м. Получается, что на 1 м² необходимо затратить 100 Вт. Подсчитав площадь помещения, можно с большой точностью сказать, какой радиатор отопления по мощности в нем нужно установить.

Правда, специалисты делают оговорки. К примеру, помещение имеет две наружные стены. А это рост теплопотерь и, соответственно, увеличение потребляемой мощности. Или в комнате не одно, а два окна. То есть, делая акцент на конструкцию, расположение помещения, наличие мест, через которые холодный воздух может проникать внутрь, следует включать поправки. Именно они помогут довести расчет до максимальной точности.

Мощность чугунного радиатора измеряется суммарной мощностью секций, из которых он состоит. Стандартный показатель — 0,15 кВт или 150 Вт. Однако многое будет зависеть от формы и качества литья. Обычно мощность секции прямо пропорциональна площади теплоотдачи. А так как современные чугунные батареи отличаются многообразием форм, то мощность одной секции может меняться в ту или другую сторону.

Теплоотдача во многом будет зависеть от качества теплоносителя и его температуры. Так вот 150 Вт — это всего лишь стандарт, учитывающий два температурных режима:

• внутренний комнатный;
• внутри отопительной системы, то есть это температура теплоносителя.

Радиаторы чугунные МС-140 и МС-90

Их разница и определяет величину показателя. Если эта разница равна 50°, то можно считать, что чугунная секция выделяет 150 Вт тепловой энергии. Но здесь опять есть оговорка — при температуре теплоносителя +70С.

Почему?

• Во-первых, при таком температурном режиме внутри помещений будет всегда +20С.
• Во-вторых, температура теплоносителя редко бывает выше.
• В-третьих, дельта не может быть, к примеру, 70° по той простой причине, что и температура горячей воды не очень высокая, и свойства чугуна не могут обеспечить теплоотдачу, необходимую для нормальной температуры.

Возвращаясь к обогреву, добавим, что в помещении площадью 15 м² устанавливается батарея с 10 секциями. Но только в том случае, если в такой комнате лишь одно окно. Прибавляется окно, значит, прибавляется 1 или 2 секции к радиатору. Отчего это зависит? В основном от конструкции окна, материала для его изготовления, количества камер стеклопакета и так далее. В случае если обогреваемая площадь больше 20 м², необходимо устанавливать несколько батарей, и лучше, чтобы они располагались отдельно. Одной батареи, если вы даже нарастите секции, будет мало.

Обратите внимание! Чугунные радиаторы выделяют тепло двумя способами:

1. Конвекцией. На нее уходит до 85% тепловой энергии.
2. Инфракрасным излучением — до 15%.

Вот почему их обычно устанавливают под оконными проемами, чтобы они создавали тепловую завесу.

Расчет для радиаторов отопления

Честно говоря, мощность радиаторов отопления — это не главный критерий при выборе такого нагревательного прибора. К примеру, алюминиевые аналоги имеют лучшую теплоотдачу, чем чугунные. Но при этом их срок эксплуатации намного ниже. Мощность биметаллического радиатора точно такая же, как у чугунного, но при этом срок эксплуатации опять-таки меньше. Может быть, именно поэтому такие батареи до сих пор популярны. Ведь еще встречаются чугунные «гармошки», установленные в середине прошлого столетия, и они до сих пор прекрасно работают.

Есть еще один момент, который часто фигурирует в споре, какой радиатор отопления лучше. Многие считают, что большое количество теплоносителя, заполняющего чугунные радиатор, является проявлением неэкономичного подхода. Ведь чем больше воды, тем больше топлива уходит на ее нагрев. Это неправильное суждение. Да, объем чугунного радиатора намного больше, чем у других аналогов. Но чем больше нагрето теплоносителя, тем интенсивнее происходит теплоотдача. Это первое. Второе — больший объем воды отдает теплоэнергию дольше. И если по каким-то причинам прекратилась подача топлива, от чугунных батарей еще долго будет исходить тепло. Причина — сам чугун и большой объем воды.

Правда, в такой системе с чугунными радиаторами есть и недостаток. Этот тип отопления отличается высокой инертностью. То есть нагревать с его помощью дом или квартиру нужно очень долго, к тому же регулировать температурный режим не получится. Сложности есть, но они решаемы. Стоит только доукомплектовать чугунный радиатор различными полезными устройствами, к примеру, термостатными кранами, и все можно расставить по местам.

Итак, подведем итог. Теплоотдача одной секции чугунной батареи — это номинальная мощность прибора, которую необходимо использовать для расчета мощности отопления в целом. Первый показатель не всегда точен, поэтому приходится учитывать некоторые поправки. Зная площадь и конфигурацию комнаты, можно с высокой долей точности провести расчет отопительной системы, в которой установлены источники тепла из чугунных приборов.

Источник: http://gidotopleniya.ru/radiatory-otopleniya/moshhnost-chugunnyh-radiatorov-otoplenija-kak-pravilno-rasschitat-6084

Так же интересуются

14 мая 2021 года

Температурные воздействия на батареи – Intercel Services B.

V.

Емкость батареи (сколько ампер-часов она может удерживать) уменьшается при понижении температуры и увеличивается при повышении температуры. Вот почему аккумулятор вашего автомобиля умирает холодным зимним утром, хотя накануне днем ​​он работал нормально. Если ваши батареи проводят часть года дрожа на морозе, уменьшенную емкость необходимо учитывать при выборе размеров системных батарей. Стандартный номинал для батарей – при комнатной температуре 25 градусов C (около 77 F).Примерно при -22 градусах по Фаренгейту (-30 C) емкость аккумулятора падает до 50%. При заморозке емкость снижается на 20%. Емкость увеличивается при более высоких температурах – при 122 градусах по Фаренгейту емкость аккумулятора будет примерно на 12% выше.

Широкий диапазон температур

Напряжение зарядки аккумулятора также изменяется в зависимости от температуры. Оно будет варьироваться от примерно 2,74 В на элемент (16,4 В) при -40 C до 2,3 В на элемент (13,8 В) при 50 C. Вот почему у вас должна быть температурная компенсация на зарядном устройстве для свинцово-кислотных аккумуляторов или контроль заряда, если ваш батареи находятся вне помещения и / или подвержены сильным колебаниям температуры.

Внутренняя температура батареи

Термическая масса означает, что из-за большой массы они изменяют внутреннюю температуру намного медленнее, чем температура окружающего воздуха. Большой изолированный аккумуляторный блок может внутренне изменяться всего на 10 градусов в течение 24 часов, даже если температура воздуха колеблется от 20 до 70 градусов. По этой причине внешние (дополнительные) датчики температуры должны быть прикреплены к одной из ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ пластинчатых клемм и немного связаны с какой-либо изоляцией на клеммах.Затем датчик будет показывать очень близкую к фактической внутренней температуре батареи.

Срок службы батареи сокращается при повышении температуры

Даже несмотря на то, что емкость аккумулятора при высоких температурах выше, срок службы аккумулятора сокращается. Емкость аккумулятора уменьшается на 50% при -22 градусах по Фаренгейту, но СРОК СЛУЖБЫ аккумулятора увеличивается примерно на 60%. Срок службы батареи сокращается при более высоких температурах – на каждые 15 градусов по Фаренгейту свыше 77 срок службы батареи сокращается вдвое. Это справедливо для ЛЮБОГО типа свинцово-кислотных аккумуляторов, будь то герметичные, гелевые, AGM, промышленные или любые другие.На самом деле это не так плохо, как кажется, так как батарея имеет тенденцию усреднять хорошие и плохие времена.

Последнее замечание о температурах – в некоторых местах с очень холодными или жаркими условиями могут продаваться на месте батареи, которые НЕ имеют стандартной концентрации электролита (кислоты). Электролит может быть более сильным (для холодного) или более слабым (для очень жаркого) климата. В таких случаях удельный вес и напряжения могут отличаться от того, что мы показываем.

Просмотреть все часто задаваемые вопросы

Влияние температуры на скорость старения литий-ионной батареи, работающей при температуре выше комнатной

Влияние температуры на скорость старения максимальной емкости накопителя заряда

Путем исследования максимальной емкости накопителя заряда ( Q _м ) и влияние изменения температуры от 25 до 55 ° C и циклического старения на деградацию Q _m , ценные результаты могут быть получены, чтобы помочь в определении подходящих условий использования.На рисунке 5 показано, что Q _м постепенно уменьшается с увеличением количества циклов, как и ожидалось. Установлено, что механизмы деградации этой необратимой потери емкости при циклическом старении связаны с одним или несколькими из следующих факторов, а именно структурными изменениями вставного электрода, разложением электролита, растворением активных материалов, фазовыми изменениями в вставляемом электроде и формированием пассивной пленки на электроды и поверхность токосъемника ^15,16 .

Рисунок 5

Максимальная емкость накопителя заряда как функция температуры.

Максимальная емкость накопителя заряда соответствует разному количеству циклов.

Чтобы уточнить, деградация электрода LCO включает его структурные изменения во время циклирования и образования поверхностной пленки и ее последующую модификацию на электроде ¹⁷ . Для графитового электрода основными механизмами разрушения являются образование и рост пленки на границе раздела твердого электролита (SEI) из-за разложения электролита и процесса совместной интеркаляции растворителя на графитовом электроде ^15,17 .Более пристальный взгляд на рис. 4 показывает, что чем выше температура, тем больше Q _m , за исключением падения при 55 ° C. По сути, температура увеличивает производительность LiB в краткосрочной перспективе за счет увеличения его емкости. Но это также увеличивает скорость разложения Q _м , как показано на рис. 5.

Увеличение скорости разложения Q _м во время циклирования с повышением температуры объясняется тем, что механизмы деградации необратимы. потеря емкости ускоряется повышенной температурой, как сообщается во многих исследованиях ^15,17 .Хотя механизмы деградации различных компонентов LiB, а именно электродов, электролита, их границ раздела и разделителя, которые приводят к необратимой потере емкости, известны, порядок важности деградации этих компонентов неизвестен. Исследование этого порядка важности является целью данной работы, а проявление этих ухудшений в электрических характеристиках LiB является еще одной целью этой работы, которая не была исследована.

Влияние температуры на скорость старения электрода LCO

Электрод LCO, который является катодом во время разряда, изготовлен из LiCoO ₂ (LCO), наиболее часто используемого материала для композитных электродов ¹⁸ .На рисунке 6 показано разрушение m ₁ электрода LCO при циклическом изменении температуры в диапазоне от 25 ° C до 55 ° C. Определение m ₁ – это эффективность электрода LCO в хранении ионов лития ¹⁹ .

Рисунок 6

Старение m ₁ электрода из оксида кобальта в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Деградация m ₁ может происходить по двум причинам.Один из них – это образование поверхностной пленки и ее последующая модификация на электроде, а другой – структурные / фазовые изменения электрода. Zhang et al. ²⁰ и Ramadass et al. ⁸ наблюдали образование поверхностной пленки в результате окисления на границе раздела электрод / электролит. Maher et al. ²¹ идентифицировали структурные и фазовые изменения электрода LCO. Наличие поверхностной пленки (также называемой SEI) снижает скорость реакции введения и деинтеркаляции Li ^{+ 20} , а также структурное / фазовое изменение электрода из гексагональной фазы (менее стабильной, но активной) в кубическая фаза или структура шпинели (менее активная) также снижает скорость переноса заряда.Следовательно, оба механизма приводят к снижению скорости переноса заряда (K) при циклировании. Эта скорость переноса заряда показывает скорость переноса Li +, когда он идет от электрода к электролиту и от электролита к электроду ²² . Вышеупомянутые два механизма уменьшают скорость переноса, и это действительно наблюдается на рис. 7. Оба также увеличивают импеданс электрода, и это снова наблюдается на рис. 8.

Рис. 7

Старение константы скорости vs .. температура.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Рисунок 8

Суммарное сопротивление электродов и сопротивление электродов / электролита старению в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Фактически, на рис. 7 наблюдаются два различных механизма деградации, а именно большое начальное падение значения K, за которым следует более медленное уменьшение значения K после 100 циклов.Для двух механизмов, упомянутых выше, наш текущий анализ не может определить, какой из двух произойдет первым. С другой стороны, более внимательное изучение рис. 7 показывает, что скорость уменьшения значения K после 100 циклов не зависит существенно от температуры, когда диапазон температур составляет 35–55 ° C. Эта информация может пролить свет на идентификацию доминирующего механизма в более поздней стадии циклического старения.

Поскольку уменьшение значения K и увеличение импеданса электрода обусловлены одними и теми же механизмами, ожидается, что их зависимость от температуры будет одинаковой, что можно увидеть на рис.7 и 8.

Влияние температуры на скорость старения графитового электрода

Графит является наиболее важным материалом анодного электрода в LiB, поскольку он имеет высокую емкость, плоский профиль потенциала и обладает рядом преимуществ, таких как низкая стоимость, длительный срок службы. цикл, малое расширение объема и безопасность ^23,24 . На рисунке 9 показано разрушение m ₂ графитового электрода при циклическом изменении температуры при различных температурах. M ₂ в модели ECBE представляет эффективность графитового электрода в обеспечении хранимых ионов Li ¹⁹ .

Рисунок 9

Старение m ₂ графитового электрода в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Деградация m ₂ обнаруживается в основном из-за образования SEI и его роста на поверхности графитового электрода при циклическом изменении ⁷ . Этот SEI развивается за счет восстановительного разложения электролита, сопровождаемого необратимым расходом ионов лития, что приводит к необратимой потере емкости с возможным выделением газообразных продуктов.Поскольку этот слой SEI не полностью проницаем для ионов лития, количество ионов Li, которые могут быть получены от этого электрода, уменьшается с непрерывным ростом SEI на графитовом электроде ²⁵ . Этот SEI также приведет к снижению скорости переноса заряда (K) и увеличению импеданса ячейки, как в случае электрода LCO. Другой возможный механизм старения графитового электрода заключается в том, что растворитель может совместно внедряться в углерод, вызывая расслоение углерода и последующее расширение углеродных частиц, которые образуют соединения тройного интеркалирования графита (GIC).Развитие (GIC) приводит к потере активного материала, а также будет способствовать необратимой потере емкости ¹⁵ . Однако развитие GIC не повлияет на скорость передачи заряда ^15,20 .

Если LiB работает при более высокой температуре, скорость роста SEI будет увеличиваться, и это будет препятствовать доставке ионов Li с графитового электрода. Более высокая температура также усилит образование GIC. Следовательно, оба механизма вызовут большее ухудшение m ₂ при более высоких рабочих температурах, как показано на рис.9, и этот вывод согласуется с Thomas et al. ¹⁰ .

Тщательное изучение вставленных таблиц на Рис. 6 и Рис. 9 показывает, что скорость разрушения обоих электродов во время циклирования довольно схожа при 25 ° C. Но на скорость разрушения электрода LCO влияет больше, когда температура выше 25 ° C. Это означает, что скорость деградации электрода LCO в большей степени зависит от температуры, чем скорость деградации графитового электрода, и это также можно увидеть по большему увеличению крутизны деградации электрода LCO.

Скорость разрушения электродов увеличивается с температурой, как обсуждалось ранее. Более значительный скачок сопротивления элемента на ранних стадиях циклирования наблюдается при высоких рабочих температурах, как видно на рис. 8 от 0 до 50 циклов. Считается, что это связано с увеличением скорости образования SEI на электродах. при более высоких температурах, где Schalkwijk et al. ⁷ подробно остановились на механизме образования SEI при различных температурах. После 50 циклов разложение связки, окисление проводящего агента и коррозия токоприемника также будут способствовать увеличению импеданса, вызывая еще одно большое увеличение сопротивления при высокой рабочей температуре, как видно из 100-150 циклов на рис.8 ¹⁷ .

Влияние температуры на скорость старения электролита

Старение электролита можно проанализировать по изменению элемента Варбурга. Этот элемент Варбурга моделирует электролит как диэлектрик конденсатора с параллельными пластинами с двумя электродами как две пластины конденсатора. Он моделирует систему электролита как последовательность R _w и C _w , где R _w относится к сопротивлению электролита, а C _w относится к емкости эквивалентного конденсатора с параллельными пластинами.

При повышении температуры с 25 ° C до 55 ° C коэффициент диффузии активных ионов Li в электролите увеличивается ²⁶ , а концентрация ионов лития, протекающих через электролит, также увеличивается ¹⁹ из-за увеличения Q _m в результате усиленного электрохимического восстановления-окисления (окислительно-восстановительного потенциала) на аноде и катоде при повышенной температуре ^27,28 , таким образом, ожидается снижение сопротивления электролита при первоначальном цикле цикла, как показано на Инжир.10.

Рисунок 10

Старение сопротивления элемента Варбурга в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

С другой стороны, емкость элемента Варбурга увеличивается с температурой, как показано на рис. 11. Это можно объяснить увеличением количества накопленного ионного заряда (из-за увеличения Q _m ) в двух электродах, т. Е. и для данного V, который представляет собой напряжение на двух выводах LiB, увеличение Q _м приведет к увеличению C.

Рисунок 11

Старение емкости элемента Варбурга в зависимости от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Скорость разложения R _n (т. Е. Увеличение стоимости R _n ) из-за циклирования больше при более высоких температурах. Это может быть связано с увеличением скорости деградации максимальной емкости накопителя заряда при циклической работе при более высоких температурах. Возрастающая скорость разрушения сепараторов при более высоких температурах также является возможной причиной увеличения R _n ¹⁰ .

Уменьшение емкости элемента Варбурга при циклировании можно увидеть на рис. 11. Одной из возможных причин является образование SEI на электродах и сепараторе, которые уменьшают доступную поверхность активных материалов во время циклирования, то есть эффективную площадь эквивалентный параллельный конденсатор уменьшается. Другая возможная причина связана с образованием слоя SEI, который изменяет конденсаторную модель электролита на два последовательно соединенных конденсатора, где один из них имеет электролит в качестве диэлектрика, а другой – SEI в качестве диэлектрика.Если относительная диэлектрическая проницаемость электролита составляет ε ₁ , а диэлектрическая проницаемость пленки SEI равна ε ₂ , эффективная емкость будет всегда меньше 1. При повышении температуры пленка SEI также будет расти быстрее и толще, которые прямо соответствуют уменьшению емкости при циклировании и повышении температуры.

Умножение R _n C _w приведет к графику, показанному на рис. 12, и можно увидеть, что увеличение температуры увеличит скорость RC, а это означает, что реакция на изменение тока, подаваемого от LiB замедлится при высокой температуре.

Рисунок 12

Зависимость постоянной времени RC Warburg RC от температуры.

Процентное ухудшение в зависимости от количества циклов при различных температурах показано во вставленной таблице.

Обзор влияния температуры на скорость старения

Из приведенного выше анализа было обнаружено, что более высокая температура увеличивает скорость разложения всех компонентов LiB, и это согласуется с работой Thomas et al. ¹⁰ . Тщательное изучение таблиц, представленных на рисунках, которые показывают деградацию в процентах каждого компонента в LiB, показывает, что температура оказывает наибольшее влияние на скорость деградации элемента Варбурга при циклическом изменении и последующем импедансе ячейки. .На скорость снижения скорости переноса заряда меньше влияет рабочая температура для рассматриваемого здесь диапазона температур.

При изменении рабочей температуры LiB от 25 до 55 ° C скорость деградации максимального накопления заряда после 260 циклов увеличивается с 4,22% до 13,24%. На уровне компонентов при таком же изменении рабочей температуры скорость деградации сопротивления элемента Варбурга после 260 циклов увеличивается с 49,40% до 584.07% (рис. 10), что является максимальным изменением; а импеданс ячейки занимает второе место, увеличившись с 33,64% до 93,29% (рис. 8). Что касается скорости переноса заряда, то изменение скорости его деградации уменьшается с 68,64% до 56,19% (рис. 7).

Из изменения деградации различных компонентов и сравнения с изменением деградации Q _m , которые также представляют скорость деградации состояния здоровья (SoH) LiB, мы можем сделать вывод, что деградация SoH является не сильно зависит от деградации элемента Варбурга и импеданса ячейки, так как большие изменения их значений могут привести только к небольшому изменению Q _m .Это, кажется, противоречит некоторым исследованиям ^8,20 , в которых утверждается, что более высокий импеданс ячейки является причиной потери зарядной емкости. Расхождение можно объяснить следующим образом.

В большинстве случаев Q _m определяется методом кулоновского счета, где Q _m представлено интегрированием разрядного тока по времени до полного разряда LiB, что соответствует напряжению на клеммах около 3–2,5 В. , в зависимости от типа батареи. Наблюдается, что с более высоким импедансом ячейки, определенная таким образом Q _м будет меньше, и это было связано с потерей энергии на импеданс ячейки, в результате чего меньшее значение Q _м вытекает из LiB для интеграции ^{15 28} .Потеря энергии имеет вид i ² R . Однако это будет означать, что температура ячейки немного увеличится, и поскольку Q _m увеличивается с температурой ячейки, как мы наблюдали ранее ¹⁹ , такое объяснение сомнительно. Кроме того, очевидно, что определенная Q _m (обычно называемая Q _d , разрядная емкость) с использованием метода кулоновского счета выше, когда разрядный ток меньше ²⁸ , и поскольку более низкий разрядный ток будет означать меньшую энергию. потери, увеличение температуры элемента будет меньше, следовательно, Q _m должно быть уменьшено с меньшим током разряда по сравнению с большим током разряда, и это противоречит экспериментальному наблюдению.

Мы предположили, что наблюдение более низкого Q _м для элемента с более высоким импедансом может быть связано с большим внутренним падением напряжения в LiB. Таким образом, когда внешнее напряжение LiB падает до 2,7 В, где оно устанавливается как напряжение, при котором все накопленные заряды разряжены, фактическое напряжение внутри LiB фактически выше 2,7 В и, следовательно, не все накопленные заряды в ячейке. выводятся во внешнюю цепь. Следовательно, определенная Q _м меньше, чем фактическая Q _м в ячейке.При таком объяснении, когда ток разряда меньше, внутреннее падение напряжения в LiB также будет меньше для данного импеданса ячейки, и, таким образом, внешнее 2,7 В будет ближе к фактическому напряжению внутри LiB, что подразумевает, что оставшиеся сохраненные заряды в LiB будет меньше при прекращении разряда 2,7 В, таким образом, определенное значение Q _м больше. Другими словами, наблюдение более высокого импеданса ячейки вызывает более низкую Q _м. является артефактом измерения, а не причинно-следственной связью.

С другой стороны, определение Q _m в этой работе рассчитывается на основе модели ECBE, и, следовательно, эффект внутреннего падения напряжения из-за импеданса ячейки не повлияет на наш расчет. На рисунке 13 показано сравнение Q _m , определенного с использованием метода кулоновского счета при различных токах разряда, с Q _m , определенным с использованием модели ECBE. Можно сделать вывод, что тенденция Q _d с использованием метода кулоновского счета очень похожа на значение, определенное с использованием модели ECBE, когда ток разряда небольшой, что указывает на то, что Q _m из модели ECBE близок к фактическому значению. зарядная емкость LiB.Небольшое уменьшение Q _m , определенное на основе модели ECBE, как видно на рис. 13, связано с чрезмерными зарядами, достигающими отрицательного электрода в единицу времени, что приводит к неэффективному хранению зарядов в электроде, как сообщается ¹¹ .

Рисунок 13

Емкость разряда (Q _d ), измеренная с помощью ETMS, в сравнении с максимальной емкостью накопителя заряда (Q _м ), оцененной ECBE.

Из приведенного выше анализа мы видим, что когда SoH значительно ухудшается, где SoH = Q _м ( текущий ) / Q _m ( свежий ), импеданс ячейки был бы увеличен очень значительно, и это привело бы к увеличению джоулева нагрева ячейки и привело бы к тепловому разгоне и, таким образом, возможно, к возникновению опасности возгорания.Следовательно, из соображений безопасности следует ввести ограниченное допустимое значение деградации SoH.

Кроме того, поскольку наш метод способен обнаруживать деградацию SoH в реальном времени и проводить простые измерения, он будет полезен для прогнозирования и диагностики LiB, как показано на рис. 14. Эта информация также позволит определить оставшийся срок полезного использования LiB, о котором будет сообщено в нашей будущей работе.

Рисунок 14

Передовая технология управления батареями с возможностью прогнозирования и диагностики.

Температурный эффект и тепловое воздействие в литий-ионных аккумуляторах: обзор

Abstract

Литий-ионные аккумуляторы с высокой плотностью энергии (до 705 Вт / л) и удельной мощностью (до 10 000 Вт / л) демонстрируют высокая производительность и отличные рабочие характеристики. Литий-ионные батареи, являющиеся перезаряжаемыми батареями, служат источниками питания в различных прикладных системах. Температура, как критический фактор, значительно влияет на производительность литий-ионных батарей, а также ограничивает применение литий-ионных батарей.Более того, разные температурные условия приводят к разным побочным эффектам. Точное измерение температуры внутри литий-ионных батарей и понимание температурных эффектов важны для правильного обращения с батареями. В этом обзоре мы обсуждаем влияние температуры на литий-ионные батареи как при низких, так и при высоких температурах. В обзоре также обсуждаются современные подходы к мониторингу внутренней температуры литий-ионных аккумуляторов с помощью как контактных, так и бесконтактных процессов.

Графическая аннотация

Литий-ионные батареи (LIB) с высокой плотностью энергии и удельной мощностью демонстрируют хорошие характеристики во многих различных областях. Однако производительность LIB все еще ограничивается влиянием температуры. Приемлемый температурный диапазон для LIB обычно составляет от -20 ° C до 60 ° C. Как низкие, так и высокие температуры, которые находятся за пределами этого региона, приведут к ухудшению рабочих характеристик и необратимым повреждениям, таким как покрытие литием и тепловой разгон.Следовательно, понимание влияния температуры и точное измерение температуры внутри литий-ионных батарей важно для правильного обращения с ними. Современные достижения в мониторинге температуры внутри LIB можно разделить на контактное и бесконтактное измерение. В этом обзоре дается обзор последних достижений как в понимании температурных эффектов, так и в мониторинге температуры, а также обсуждаются проблемы и возможные будущие направления в достижении оптимальной производительности батарей.

1. Загрузить: Загрузить изображение в высоком разрешении (200 КБ)
2. Загрузить: Загрузить полноразмерное изображение

Ключевые слова

Литий-ионный аккумулятор

Влияние температуры

Внутренняя температура

Управление батареями

Управление температурой

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Просмотреть аннотацию

© 2018 Китайское общество исследования материалов. Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

НАСА готово, если батарея когда-либо взорвется в космосе

Это может показаться очевидным, но вы не можете зарядить свой космический корабль с помощью очень длинного шнура питания – вот почему аккумуляторы являются сцеплением для космоса, питая все, от электрических инструментов и скафандров до спутников и планетоходов.Но отправить батарею в космос означает больше, чем просто загрузить ее в ракету: батареи должны быть сконструированы так, чтобы выдерживать экстремальные температуры космической среды, и они также должны быть упакованы так, чтобы не причинить вреда космонавтам, если они случайно взорваться.

Многие космические корабли оснащены солнечными батареями для получения энергии, поэтому большинство космических батарей используются для хранения энергии на космических кораблях, когда Солнце находится вне поля зрения. Это происходит, когда эти транспортные средства временно проходят между планетой и Солнцем, например, закрывая свет.Аккумуляторы имеют решающее значение для поддержания питания автомобиля до тех пор, пока не вернется солнечный свет. Но батареи также питают системы жизнеобеспечения скафандров космонавтов, а также инструменты и другие портативные электрические устройства, необходимые для ремонта внешней части Международной космической станции.

Когда в полете человека в космос используются батареи, НАСА особенно заботится о безопасности

Когда в полете человека в космос используются батареи, НАСА особенно заботится о безопасности. Это потому, что литий-ионные батареи стали предпочтительным источником питания в космосе, как и здесь, на Земле.Литий-ионный, пожалуй, самый мощный из имеющихся типов аккумуляторов, но он сопряжен с риском, называемым тепловым разгоном – когда дефекты или неправильное обращение приводят к перегреву и взрыву аккумулятора.

Если батарея загорится внутри герметичной капсулы, такой как космическая станция, результаты могут быть катастрофическими. Пожар внутри такой богатой кислородом среды был бы буквально взрывоопасным и «определенно катастрофическим», – говорит Кристофер Яннелло, эксперт по электроэнергии из отдела технических специалистов НАСА, The Verge .«Это потенциальная опасность для жизни».

Литий-ионные батареи в упаковке для космического полета Изображение: NASA

Тем не менее, НАСА придумало способы упаковать литий-ионные аккумуляторы, чтобы случай теплового разгона не стал для МКС полной трагедией. Перед отправкой в ​​космос эти батареи тщательно оснащаются различными материалами и технологиями, чтобы они не излучали тепло, дым и огонь в случае возгорания.

НАСА не всегда нужно было беспокоиться о взрывах батарей. Раньше космическое агентство полагалось на более старые типы батарей, такие как никель-металлгидридные или никель-водородные – основной тип батарей, используемых для хранения энергии на МКС. Но когда литий-ионные батареи начали преобладать на поверхности Земли, НАСА и другие аэрокосмические компании также начали использовать их в своих транспортных средствах. «Вы больше не можете купить [никель-водород] ни у кого, потому что рынок только что захватил литий-ионный», – говорит The Verge Эрик Дарси, эксперт по конструкции батарей из Космического центра Джонсона НАСА.В настоящее время, если космическому агентству нужен аккумулятор, оно будет использовать стандартные литий-ионные элементы 18650, такие же, как в электромобилях, и упаковать их для использования в космосе. НАСА даже начало замену никель-водородных батарей на МКС на более новые литий-ионные.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов особенно очевидны для НАСА, потому что эти типы батарей превосходят своих предшественников с точки зрения мощности: коммерчески производимый литий-ионный аккумуляторный элемент примерно в три раза мощнее никель-металлогидридного элемента.Литий-ионные батареи также содержат много энергии в относительно небольшом и легком элементе. Это очень важно для космических полетов, когда важен каждый фунт. Чем тяжелее космический корабль, тем больше энергии и денег требуется для его запуска в космос. Наличие батарей меньшего размера на космических транспортных средствах экономит вес и место, позволяя добавлять другие, более важные инструменты.

Литий-ионные батареи

служат дольше, чем другие батареи для космических полетов.В российской капсуле «Союз», используемой для перевозки космонавтов на МКС и обратно, используются серебряно-цинковые батареи, срок службы которых составляет всего несколько месяцев. Отчасти поэтому “Союз” должен возвращаться на Землю каждые шесть месяцев: его батареи долго не протянут. Между тем, по словам Дарси, литий-ионным батареям, которые в настоящее время питают системы жизнеобеспечения космических скафандров НАСА, 11 лет, и они практически не вышли из строя. Вдобавок ко всему, литий-ионные аккумуляторы имеют длительный срок службы, то есть их можно заряжать и разряжать снова и снова, прежде чем они выйдут из строя.Это особенно важно для спутников, находящихся на низких орбитах вокруг Земли, которые входят и исчезают из поля зрения Солнца 16 раз в день. И в довершение ко всему, литий-ионные аккумуляторы практически не подвержены влиянию высоких уровней радиации в космической среде.

Все эти преимущества являются компромиссом с риском взрыва, который нельзя полностью устранить. Температурный разгон может произойти, если аккумулятор становится слишком горячим, поэтому НАСА пытается снизить этот риск. Кроме того, чтобы защитить батареи от экстремальных колебаний пространства, по всем элементам батареи добавлены нагреватели для регулирования их температуры.

«Критическая опасность в отличие от катастрофической опасности».

Проверка аккумуляторов также является ключевым моментом для НАСА, чтобы отсеять любые дефекты в элементах, которые могут привести к тепловому выходу из строя. Но все проверки в мире не могут выявить все дефекты. По словам Дарси, иногда элементы производятся со скрытым дефектом, который проявляется в батарее только со временем, когда она заряжается и разряжается.

Поэтому, когда батарея используется в космическом полете человека, она должна быть тщательно упакована, чтобы обеспечить безопасность космонавтов.В частности, НАСА хочет быть уверенным, что если одна ячейка в батарее загорится, она не распространилась на все остальные сотни ячеек внутри той же батареи. «Речь идет о том, чтобы конструкция батареи была толерантной, чтобы сделать ее критической опасностью, а не катастрофической», – говорит Дарси.

Как батареи используются в скафандрах НАСА Изображение: НАСА

Вот почему у Дарси есть пять важных руководящих принципов, как упаковать батарею, которая будет использоваться человеком в космическом полете.Во-первых, инженеры должны предположить, что ячейка взорвется непредсказуемым образом. Обычно литий-ионные элементы сконструированы таким образом, что, если они и загорятся, они выбросят свое содержимое через специальное вентиляционное отверстие. Но Дарси говорит, что вы должны учитывать возможность того, что вместо этого клетка вышибет оболочку. Чтобы предотвратить это, инженеры поместили вокруг ячеек стальные трубы, чтобы удержать их, если они непонятным образом лопнут.

Другое правило – обеспечить достаточное расстояние между элементами внутри батареи, чтобы, если одна из них загорится, она не контактировала напрямую с другими элементами.В противном случае плохая ячейка может легко повлиять на соседние ячейки. Между ячейками необходимо добавлять материалы, которые действуют как теплоотвод, не позволяя высоким температурам выходить за пределы взрывающейся ячейки. Было доказано, что алюминий является хорошим материалом для этого.

Третье правило применяется только к батареям, ячейки которых соединены определенным образом. Элементы батареи могут быть соединены вместе последовательно или параллельно; элементы, соединенные последовательно, имеют гораздо более высокое напряжение и мощность, в то время как элементы, соединенные параллельно, имеют более высокую емкость и могут обеспечивать большую мощность в течение более длительного периода времени.Конфигурация батарей НАСА – последовательная или параллельная – зависит от миссии. Но всякий раз, когда ячейки подключаются параллельно во время полета человека в космос, это создает дополнительный риск для безопасности. Если ячейка начинает работать параллельно, она начинает нагреваться изнутри и потенциально может распространить это тепло на другие ячейки. Вот почему НАСА должно параллельно включать плавкие перемычки между этими ячейками. Эти предохранители действуют как выключатели; они автоматически откроются во время теплового разгона и изолируют тлетное яйцо от воздействия на другие клетки поблизости.

«Слава богу, никогда не было случая теплового разгона в полете, но у нас есть план на этот счет».

Последние два правила касаются заботы о дыме и пламени, исходящих от взрывающейся камеры. Дарси говорит, что вы хотите включить в свои батареи дымоход, который будет направлять весь горячий расплавленный материал и дым из батареи. Если какой-либо из этих материалов упадет на соседа, это может вызвать возгорание другой ячейки. И, наконец, вам нужно что-то, чтобы погасить пламя, выходящее из дымохода.НАСА очень обеспокоено распространением огня внутри МКС, поскольку огонь ведет себя иначе в отсутствие земной гравитации. Поэтому инженеры следят за тем, чтобы из вышедшего из строя аккумуляторного блока выходил только дым.

Все эти надстройки имеют штрафы. По словам Дарси, они увеличивают вес батареи примерно на 20 процентов и увеличивают ее размер примерно на 50 процентов. Это может быть сложно, если вам нужна батарея для чего-то небольшого, например, для пистолетной рукоятки астронавтов. Однако, по словам Дарси, даже несмотря на все эти проблемы, использование иона лития дает чистую выгоду.«Даже несмотря на то, что нам нужно добавить немного объема, добавить немного веса литий-ионным батареям, чтобы сделать их безопасными и приемлемыми для [человеческих] миссий, это все же значительное чистое преимущество» перед другими батареями, – говорит он.

Но это всего лишь стандарты для батарей для пилотируемых космических полетов. Когда литий-ионные батареи используются в роботизированных миссиях, например, на планетарных космических кораблях или вездеходах, инженерам не обязательно добавлять всю эту специальную упаковку. Клетки можно держать ближе друг к другу, например, потому что взрыв не будет вопросом жизни и смерти.Однако из-за теплового разгона задание могло быть завершено. «Это просто больший риск», – говорит Дарси. «Мы проводим больше проверок, чем кто-либо другой, и мы по-прежнему принимаем этот риск».

К счастью, по словам Дарси, вероятность взрыва коммерческой литий-ионной батареи из-за неизвестного дефекта составляет менее одного случая на 1 миллион. Но НАСА не будет рисковать, когда в этом замешаны его астронавты. «Слава богу, никогда не было случая теплового разгона в полете, но у нас есть план на этот счет», – говорит Яннелло.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

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, используйте 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 файлах 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.

Аккумуляторы

– максимальная производительность – Apple

Общие советы по производительности

Обновите программное обеспечение до последней версии.

Обновления программного обеспечения

Apple часто включают передовые технологии энергосбережения, поэтому всегда убедитесь, что на вашем устройстве используется последняя версия iOS, macOS или watchOS.

Избегайте экстремальных температур окружающей среды.

Устройство разработано для работы в широком диапазоне температур окружающей среды, от 62 ° до 72 ° F (от 16 ° до 22 ° C) в качестве идеальной зоны комфорта.Особенно важно не подвергать устройство воздействию температуры окружающей среды выше 35 ° C (95 ° F), так как это может привести к необратимому повреждению емкости аккумулятора. То есть ваша батарея не будет питать ваше устройство до тех пор, пока не будет заряжаться. Зарядка устройства при высоких температурах окружающей среды может привести к его дальнейшему повреждению. Программное обеспечение может ограничить зарядку выше 80% при превышении рекомендованной температуры батареи. Даже хранение аккумулятора в горячей окружающей среде может необратимо повредить его. При использовании устройства в очень холодной среде вы можете заметить уменьшение срока службы батареи, но это временное состояние.Как только температура аккумулятора вернется в нормальный рабочий диапазон, его рабочие характеристики также вернутся в норму.

iPhone, iPad, iPod и Apple Watch Comfort Zone

Слишком холодно Комнатная температура Очень жарко, слишком жарко

IPhone, iPad, iPod и Apple Watch

лучше всего работают при температуре окружающей среды от 32 ° до 95 ° F (от 0 ° до 35 ° C). Температура хранения: от -4 ° до 113 ° F (от -20 ° до 45 ° C).

Зона комфорта MacBook

Слишком холодно Комнатная температура Очень жарко, слишком жарко

MacBook

лучше всего работает при температуре окружающей среды от 50 ° до 95 ° F (от 10 ° до 35 ° C).Температура хранения: от -4 ° до 113 ° F (от -20 ° до 45 ° C).

Снимите некоторые футляры во время зарядки.

Зарядка устройства в чехлах определенных типов может привести к перегреву, что может повлиять на емкость аккумулятора. Если вы заметили, что ваше устройство нагревается при зарядке, сначала выньте его из футляра. Для моделей Apple Watch Edition убедитесь, что крышка магнитного зарядного футляра снята.

При длительном хранении храните его наполовину заряженным.

Если вы хотите хранить устройство в течение длительного времени, на общее состояние аккумулятора будут влиять два ключевых фактора: температура окружающей среды и процент заряда аккумулятора, когда он выключен для хранения. Поэтому мы рекомендуем:

• Не заряжайте и не разряжайте аккумулятор устройства полностью – зарядите его примерно до 50%. Если вы храните устройство, когда его батарея полностью разряжена, батарея может перейти в состояние глубокого разряда, что сделает его неспособным удерживать заряд.И наоборот, если вы храните его полностью заряженным в течение длительного периода времени, аккумулятор может потерять некоторую емкость, что приведет к сокращению срока службы аккумулятора.
• Выключите устройство, чтобы избежать дополнительной разрядки аккумулятора.
• Поместите устройство в прохладную, сухую среду с температурой ниже 90 ° F (32 ° C).
• Если вы планируете хранить устройство более шести месяцев, заряжайте его до 50% каждые шесть месяцев.

В зависимости от того, как долго вы храните свое устройство, оно может быть в состоянии низкого заряда батареи, когда вы извлекаете его из долгосрочного хранилища.После того, как он будет удален из хранилища, ему может потребоваться 20 минут зарядки с помощью оригинального адаптера, прежде чем вы сможете его использовать.

Температурные соображения при выборе батареи

Как и в случае с солнечными проектами, спектр сред, в которых применяется накопление энергии, значительно расширился и разнообразился. Такая диверсификация развертываний означает более глубокое понимание связанных с температурой рабочих характеристик и проблем безопасности, связанных с выбором батареи и проектированием системы хранения.

Для специалистов по установке солнечных батарей понимание того, какой химический состав аккумуляторов и решения для хранения энергии обеспечивают максимальную экологическую гибкость с точки зрения пригодности проекта, является важным преимуществом в возможности успешно развернуть дополнительные хранилища в большем количестве мест в США и по всему миру.

Рыночные сдвиги

Из-за типичных ограничений внутреннего пространства (как в жилой, так и в коммерческой недвижимости), а также из-за частого желания разместить накопители и солнечные батареи вместе, все больше клиентов ищут решения для хранения вне помещений.

Кроме того, популярность решений для хранения данных Solar + и микросетей экспоненциально растет в таких отраслях, как сельское хозяйство, армия, медицина, отказоустойчивость и восстановление после стихийных бедствий. В этих секторах, будь то фермы в Центральной Калифорнии, военные базы на Ближнем Востоке или зоны ураганов в Карибском бассейне и Флориде, наружные установки в жарком климате являются правилом, а не исключением.

Температурные соображения по химии

Свинцово-кислотный

Свинцово-кислотные батареи

часто имеют довольно узкое температурное окно и не могут работать или обеспечивать длительный срок службы в холодную или жаркую погоду.Например, в экваториальном климате свинцово-кислотные батареи требуют замены примерно каждые пять лет. Эти батареи также обычно имеют емкость, рассчитанную на 75 ℉, а номинальная полезная емкость может сильно варьироваться при работе за пределами этого идеального температурного окна.

Помните: гарантия на аккумуляторы часто требует работы при определенных температурных параметрах.

Литий-ионный с кобальтом

Литий-ионные батареи

, содержащие кобальт, в том числе NMC, LMO, NCA и LCO, требуют, чтобы температура окружающей среды, окружающая батареи, не выходила за пределы узкого окна, чтобы защитить характеристики батареи и гарантию, с верхним пределом ~ 75.Для поддержания этой температуры требуется дорогостоящее оборудование для теплового контроля и охлаждения. Затраты на вспомогательное оборудование не только негативно влияют на экономику установки, но и создают точки отказа, включая риск теплового разгона, который может привести к перегреву и пожарам.

Литий-железо фосфат

Литий-железо-фосфатные (также известные как литий-железо-фосфат или LFP) батареи выделяют очень мало тепла во время езды на велосипеде, не имеют риска теплового разгона и, следовательно, не требуют вентиляции или охлаждения.Фактически, на некоторые батареи LFP дается гарантия безопасной работы при температуре до 140 ° F без какого-либо вспомогательного оборудования для мониторинга температуры или технического обслуживания. Эти батареи часто не видят колебаний эффективности или номинальных характеристик при работе при низких или высоких температурах.

Корпуса

Когда дело доходит до наружных батарейных блоков, важно не только, чтобы батареи могли безопасно работать в широком диапазоне температур, но также чтобы контейнеры и шкафы могли выдерживать широкий диапазон условий окружающей среды.