発熱体の選定計算

a) バッテリーの発熱体は主に、シリコン発熱体、PTC 発熱体、PI 発熱体という 3 つの形式で入手できます。加熱要素のサイズ設計は、加熱電力要件、コスト、重量、スペースに基づいて適切な材料を選択した後、最終的に決定されます。

1) PTC 発熱体には、セラミック発熱体と、通常 5-8 mm の厚さで耐荷重能力のあるアルミニウム プレートが含まれています。図 1(a) に示すように、通常はバッテリー モジュールの底部にバッテリー モジュールが配置されています。

2) シリコーン発熱体はシリコーン本体と厚さ約 1.2mm の発熱芯で構成されています。これらは通常、モジュールの側面に配置されており、重量を支えることができません。あるいは、図 1(b) に示すように、シリコン発熱体をモジュールのベースに収容することもできます。

3) PI 加熱フィルムは加熱コアと PI フィルムで構成されており、通常の厚さは約 0.38 mm です。これらは通常、モジュールの側面に配置されており、重量を支えることができません。さらに、十分なスペースがある場合は、モジュールのベースに配置することもできます。

b) 加熱電力の計算

発熱体の発熱量は次の式で決まります。

F = 60 × R × W

ここで、F は発熱体の加熱能力 W を示します。

モジュールの比熱容量は R/(K ∙ K) で表されます。

モジュールの重量はキログラム単位で W で示されます。

60 は、お客様が必要とするバッテリーの加熱速度、度 / 度を指します。-

実際のアプリケーションでは、モジュールと他のコンポーネント間の熱伝導、発熱体の反対側での熱放散、バッテリー システム電圧の変化による発熱体の電力の減少などの要因を考慮して、設計選択にさらに 20% のマージンが追加されます。したがって、実際に必要な加熱電力は次のようになります。

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

c) 電力密度の選択

実際のアプリケーションでは、モジュールの両端のバッテリーがエンド プレートと直接接触しているため、エンド プレートを介した熱放散は比較的速くなります。さらに、エンド絶縁プレートの折り畳まれたエッジにより、エンドプレートに近いバッテリーの一部の領域には発熱体がありません。これら 2 つの要因により、加熱中にモジュールの両端のバッテリーとモジュールの中央のバッテリーの間の温度差が大きくなります。したがって、実際の発熱体の設計では、モジュール端に近い発熱体の電力密度が適切に増加します。

PTC 発熱体は自己温度制御機能を備えています。-図2に示すように、セラミックPTC素子は電圧印加後に発熱し、内部温度が急激に上昇し、NTC効果からPTC効果に移行します。その後、温度が上昇すると抵抗が急激に増加し、最終的に加熱と放熱のバランスが取れ、自動温度制御が行われます。一般に、自己制御温度は 60 度から 80 度の間に設計されています。-バッテリーモジュールと一緒に使用する場合、発熱体の表面熱平衡温度は通常、室温で 20 度から 40 度の間です。発熱体表面が赤く光ったり裸火を発したりせず、安全・安心です。 PTC 発熱体の一般的に使用される出力密度は 0.5 ～ 0.6 K/K² です。

シリコーン発熱体と PI 発熱フィルムは、PTC とは異なる発熱特性を持っています。表 1 に示すように、電力密度が高くなると、乾式燃焼温度が高くなります。加熱電力要件を満たしながら、電力密度を最小限に抑える必要があります。{1}}シリコーン発熱体および PI 発熱フィルムに一般的に使用される出力密度は 0.25 ～ 0.4 K/K² です。

発熱体の両端の電力密度を増加させた後、発熱体の合計加熱電力を再計算する必要があります。計算式は次のとおりです。

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

ここで、𝑃𝑥は、加熱要素の両端で増加した電力密度の加熱電力を W 単位で表します。

d) 発熱体の電圧

PTC 発熱体はバッテリー パック内で並列に接続され、シリコン発熱体と PI 発熱体は直列に接続されます。加熱素子の電圧には 2 つのシナリオがあります。まず、加熱電圧はバッテリー パックによって提供されます。この場合、PTC 加熱素子の電圧はバッテリー パックのプラットフォームの電圧と一致し、各シリコーン加熱素子と PI 加熱フィルムの電圧値は、直列に接続された素子の数によって決まります。第二に、発熱体の電圧は外部充電器によって提供されます。この場合、PTC電圧は充電器の電圧と一致し、各シリコーン発熱体とPI加熱フィルムの電圧値は直列に接続された素子の数によって決まります。

e) 発熱体の抵抗

発熱体の抵抗は、次の式に示すように、計算された発熱体の電力と電圧によって決まります。

F = F^2/F0′

ここで、F は単一の発熱体の電圧 (V) を指します。

F0' は、単一の発熱体の加熱能力 (W) を指します。

f) 発熱体固定設計: PTC 発熱体はハウジングの底部にボルトで固定され、サーマルパッドまたは接着剤を介してモジュールとの密着を実現します。シリコン発熱体と PI 発熱フィルムは通常、片面接着剤でモジュールの側面または底面に取り付けられます。{0}}

g) 加熱ハーネスの固定: ワイヤーハーネスは通常、エンドプレートまたはハウジングに通常 150mm~200mm の間隔で固定されます。