Kalkulacja doboru elementu grzejnego

a) Akumulatorowe elementy grzejne są dostępne głównie w trzech postaciach: silikonowe elementy grzejne, elementy grzejne PTC i folie grzejne PI. Projekt rozmiaru elementu grzejnego jest finalizowany po dokonaniu wyboru odpowiedniego materiału w oparciu o wymagania dotyczące mocy grzewczej, koszt, wagę i przestrzeń.

1) Elementy grzejne PTC składają się z ceramicznego elementu grzejnego i aluminiowej płyty, która ma zazwyczaj grubość 5-8 mm i jest nośna. Dolna część modułu akumulatorowego zwykle znajduje się w miejscu ich umieszczenia, jak pokazano na rysunku 1(a).

2) Silikonowe elementy grzejne składają się z silikonowego korpusu i rdzenia grzejnego o grubości około 1,2 mm. Zazwyczaj są one umieszczone z boku modułu i nie są w stanie utrzymać ciężaru. Alternatywnie, u podstawy modułu można umieścić silikonowy element grzejny, jak pokazano na Figurze 1(b).

3) Folie grzewcze PI składają się z rdzenia grzejnego i folii PI, które mają zazwyczaj grubość około 0,38 mm. Zazwyczaj są one umieszczone z boku modułu i nie są w stanie utrzymać ciężaru. Dodatkowo można je umieścić u podstawy modułu, jeżeli jest na to odpowiednia ilość miejsca.

b) Obliczanie mocy grzewczej

Moc grzejną elementu grzejnego określa się według następującego wzoru:

F = 60 × R × W

Gdzie F oznacza moc cieplną elementu grzejnego, W;

Ciepło właściwe modułu jest oznaczone przez R/(K ∙ K).

Masę modułu w kilogramach oznaczono jako W.

60 odnosi się do-wymaganej przez klienta szybkości nagrzewania akumulatora, stopień/stopień.

W praktycznych zastosowaniach, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak przewodzenie ciepła pomiędzy modułem a innymi komponentami, rozpraszanie ciepła po drugiej stronie elementu grzejnego oraz zmniejszenie mocy elementu grzejnego na skutek zmian napięcia systemu akumulatorowego, przy wyborze projektu dolicza się dodatkowe 20% marginesu. Zatem rzeczywista wymagana moc grzewcza wynosi:

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

c) Wybór gęstości mocy

W zastosowaniach praktycznych, ponieważ akumulatory na obu końcach modułu stykają się bezpośrednio z płytą końcową, rozpraszanie ciepła przez płytę końcową jest stosunkowo szybkie. Dodatkowo, ze względu na zagiętą krawędź końcowej płyty izolacyjnej, w niektórych obszarach akumulatora w pobliżu płyty końcowej brakuje elementów grzejnych. Te dwa czynniki prowadzą do zwiększonej różnicy temperatur pomiędzy akumulatorami na obu końcach modułu a akumulatorem w środku modułu podczas nagrzewania. Dlatego w rzeczywistej konstrukcji elementu grzejnego gęstość mocy elementu grzejnego znajdującego się bliżej końca modułu jest odpowiednio zwiększona.

Elementy grzejne PTC posiadają-samokontrolę temperatury. Jak pokazano na rysunku 2, ceramiczny element PTC nagrzewa się po przyłożeniu napięcia, a temperatura wewnętrzna gwałtownie wzrasta, przechodząc od efektu NTC do efektu PTC. Następnie, wraz ze wzrostem temperatury, opór gwałtownie wzrasta, ostatecznie osiągając równowagę pomiędzy ogrzewaniem i rozpraszaniem ciepła, osiągając automatyczną kontrolę temperatury. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura-samokontrolowana jest projektowana w przedziale od 60 do 80 stopni. W przypadku stosowania z modułem akumulatorowym temperatura równowagi termicznej powierzchni elementu grzejnego wynosi zazwyczaj od 20 do 40 stopni w temperaturze pokojowej. Powierzchnia elementu grzejnego nie świeci się na czerwono ani nie emituje otwartego płomienia, co zapewnia bezpieczeństwo i niezawodność. Powszechnie stosowana gęstość mocy elementów grzejnych PTC wynosi 0,5 ~ 0,6 K/K².

Silikonowe elementy grzejne i folie grzejne PI mają inną charakterystykę grzania niż PTC. Wyższa gęstość mocy skutkuje wyższą-temperaturą suchego spalania, jak pokazano w tabeli 1. Aby spełnić wymagania dotyczące mocy grzewczej, należy zminimalizować gęstość mocy. Powszechnie stosowane gęstości mocy silikonowych elementów grzejnych i folii grzejnych PI wynoszą 0,25 ~ 0,4 K/K².

Po zwiększeniu gęstości mocy na obu końcach elementu grzejnego należy ponownie obliczyć całkowitą moc grzewczą elementu grzejnego. Wzór obliczeniowy jest następujący:

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

Gdzie 𝑃𝑥 odnosi się do mocy grzewczej zwiększonej gęstości mocy na obu końcach elementu grzejnego, w W.

d) Napięcie elementu grzejnego

Elementy grzejne PTC są połączone równolegle w akumulatorze, natomiast silikonowe elementy grzejne i folie grzejne PI są połączone szeregowo. Napięcie elementu grzejnego ma dwa scenariusze: po pierwsze, napięcie ogrzewania jest dostarczane przez pakiet akumulatorów, w którym to przypadku napięcie elementu grzejnego PTC jest zgodne z napięciem platformy pakietu akumulatorów, a wartość napięcia każdego silikonowego elementu grzejnego i folii grzejnej PI jest określona przez liczbę elementów połączonych szeregowo. Po drugie, napięcie elementu grzejnego zapewnia zewnętrzna ładowarka, w tym przypadku napięcie PTC jest zgodne z napięciem ładowarki, a wartość napięcia każdego silikonowego elementu grzejnego i folii grzejnej PI jest określona przez liczbę elementów połączonych szeregowo.

e) Rezystancja elementu grzejnego

Rezystancję elementu grzejnego określa się na podstawie obliczonej mocy i napięcia elementu grzejnego, jak pokazano w następującym wzorze:

F = F^2/F0′

Gdzie F odnosi się do napięcia pojedynczego elementu grzejnego (V);

F0′ odnosi się do mocy grzewczej pojedynczego elementu grzejnego (W).

f) Konstrukcja mocowania elementu grzejnego: Elementy grzejne PTC są mocowane do spodu obudowy za pomocą śrub, zapewniając ścisły kontakt z modułem za pomocą podkładek termicznych lub kleju; silikonowe elementy grzejne i folie grzejne PI są zwykle mocowane z boku lub na dole modułu za pomocą-jednostronnego kleju.

g) Mocowanie wiązki przewodów grzewczych: Wiązkę przewodów mocuje się zazwyczaj do płyty końcowej lub obudowy, zazwyczaj w odstępach 150–200 mm.