Lämpötila-anturit ovat akun hallintajärjestelmän ensisijainen syöte, mutta pelkkä antureiden lukumäärä ei takaa suojausta. Akku voi sisältää useita termistoreita, mutta silti siitä voi puuttua kuuma liitos, huonosti jäähdytetty sisäkennon tai anturi, joka on termisesti kytketty koteloon kennon sijaan. Tehokas sijoittelu alkaa lämpöriskikartalla ja päättyy validointiin akun todellisissa sähköisissä, mekaanisissa ja ympäristöolosuhteissa.
Nopea vastaus: Sijoita lämpötila-anturit paikkoihin, joissa uskottavat viat ja normaali käyttö aiheuttavat korkeimman lämpötilan tai nopeimman lämpötilan nousun. Peitä edustavat kennoja, virtaa kuljettavia liitoksia, termisesti epäedullisessa asemassa olevia alueita, jäähdytysnesteen tulo- ja lähtöolosuhteita sekä ympäristön tai kotelon lämpötilaa tarvittaessa. Määritä lopullinen lukumäärä ja hälytyskynnykset simuloinnin, lämpökartoituksen, toleranssianalyysin ja vikatestauksen avulla kiinteän kenno-per-anturi -säännön sijaan.
Keskeiset ostokset
Kartoita lämmöntuotanto ja lämmön poistuminen ennen anturien sijaintien valitsemista.
Valvo sekä kennojen lämpötilaa että kennojen ulkopuolisia kuumia kohtia, kuten virtakiskoliitoksia, kontaktoreita, sulakkeita ja suurvirtaliittimiä.
Valitse edustavat kuumat ja kylmät paikat sen sijaan, että antureita sijoitettaisiin tasaisesti.
Ota huomioon anturin vasteaika, kiinnityspaine, liima, eristys, johdotusviat ja valmistustoleranssit.
Validoi koko tunnistusketju, mukaan lukien anturi, johtosarja, analoginen etupää, rakennusautomaatio-ohjelmisto, kynnysarvot ja sammutusvaste.
Osa 1: Laadi ensin lämpöriskikartta
1.1 Mistä lämpö tulee
Kennot tuottavat lämpöä ohmisten häviöiden, sähkökemiallisen polarisaation ja palautuvien entropisten vaikutusten kautta. Lämpöä tuottava vaikutus muuttuu virran, varaustilan, lämpötilan, kemian ja kennon iän mukaan. Pakkauksen komponentit tuottavat lisälämpöä: kosketusresistanssi hitsatuissa tai pulttiliitoksissa, johdinresistanssi virtakiskoissa, kytkentähäviöt MOSFETeissä ja kontaktoreissa sekä häviöt sulakkeissa, liittimissä ja kaapeleissa.
Koska lämmöntuotanto skaalautuu voimakkaasti virran mukana, suuren tehon tapahtumat voivat paljastaa ongelmia, jotka pysyvät näkymättöminä matalataajuisessa penkkikokeessa. Hieman resistiivinen liitos voi pysyä viileänä 0.2 °C:ssa ja ylikuumentua pulssikuormituksen aikana. Anturin sijoituksen on siksi heijastettava uskottavaa huonointa kuormitusprofiilia, ei pelkästään nimelliskäyttöä.
1.2 Missä lämpö kertyy
Kuumin kenno ei ole aina kenno, jonka navassa on suurin virrantiheys. Ilmajäähdytteisessä moduulissa sisäpuoliset kennot tai alavirran kennot voivat olla kuumimpia. Nestejäähdytteisessä moduulissa lämpimin alue voi olla jäähdytysnesteen ulostulon lähellä tai paikassa, jossa kylmälevyn kosketus on huono. Suljetussa pakkauksessa rakenteelliset rivat, vaahto, valu ja rajoittuneet ilmatilat voivat luoda paikallisia lämpöpullonkauloja.
Käytä lämpösimulaatiota ja instrumentoituja prototyyppejä tunnistaaksesi paikat, joissa on korkein absoluuttinen lämpötila, suurin solujen välinen gradientti ja nopein nousunopeus. Nämä kolme ehtoa voivat esiintyä eri pisteissä ja vaatia erilaisia antureita tai kynnysarvoja.
Osa 2: Yleisiä lämpötilan seurannan sokeita kulmia
2.1 Yhteenliitännät ja suurvirtakomponentit
Kennopinnan anturi ei välttämättä havaitse löysää liitintä, haljennutta hitsausta, syöpynyttä liitintä tai vaurioitunutta kontaktoria riittävän nopeasti. Nämä viat aiheuttavat paikallista resistiivistä kuumenemista, kun taas viereiset kennosolut pysyvät normaalilla lämpötila-alueellaan. Pakkauksissa, joissa on suuri jatkuva virta, tiheitä pulsseja, tärinää tai kenttähuollettavia liitoksia, tulisi olla suora tai tiiviisti kytketty valvonta kriittisimmissä liitoksissa.
Mahdollisia sijoituspaikkoja ovat pääpositiiviset ja -negatiiviset navat, sarjakiskojen siirtymät, sulakeelementit, kontaktorit, lataus- ja purkausliittimet sekä jännitehäviö- tai resistanssianalyysillä tunnistetut liitokset. Lämpötilatietoja voidaan myös yhdistää virta- ja liittimen jännitehäviötrendeihin vianmäärityksen parantamiseksi.
2.2 Lämpötilan suhteen heikommassa asemassa olevat solut
Tasainen anturiväli voi jättää huonoimman sijainnin valvomatta. Lämpötilaltaan epäedullisimmassa asemassa oleva kenno voi olla moduulin keskellä, ilmavirtausreitin päässä, jäähdytysnesteen ulostulossa, kotelon nurkassa tai eristävän rakenneosan vieressä. Sopivasti ulkokennoon sijoitettu anturi voi aliarvioida sisäkennon lämpötilan merkittävästi.
Anturin asentaminen päätylevyyn, kylmälevyyn tai moduulirunkoon mittaa kyseistä rakennetta, ellei lämpöreittiä kohdesoluun ole karakterisoitu. Kosketusvastus ja terminen massa aiheuttavat viivettä ja vaimennusta. BMS voi siksi nähdä turvallisen arvon, kun kenno lämpenee nopeasti.
2.3 Anturi- ja johtosarjaviat
Valvontajärjestelmässä on myös katvealueita, kun anturi nousee pinnalta, liima valuu, johto katkeaa, liitin naarmuuntuu tai sähköinen kohina vääristää signaalia. Suunnittele diagnostiikka avoimen piirin, oikosulun, epätodennäköisen lämpötilan, liian suuren muutosnopeuden ja vierekkäisten kanavien välisten eroavaisuuksien varalta. Kiinteän korvaavan arvon ei pitäisi koskaan antaa näyttää kelvolliselta lukemalta ilman vikailmoitusta.
Osa 3: Sijoittelu kennomuodon ja jäähdytysarkkitehtuurin mukaan
3.1 Sylinterimäiset, prismaattiset ja pussisolut
Solu- tai pakkausominaisuus | Hyödyllisiä anturien sijainteja | Pääasiallinen validointikysymys |
|---|---|---|
Sylinterimäinen soluryhmä | Edustavat sisä- ja rajasolut; alavirran ilmavirtauksen tai jäähdytysnesteen alueet | Seuraako valittu kenno kuuminta kennoa kuormituksen ja ympäristöolosuhteiden välillä? |
Prismaattinen kenno | Lämpökartoituksella tunnistetut pinta-alueet; liitosalue, kun liitoksen lämpeneminen on uskottavaa | Antaako kotelon lämpötila riittävän varoituksen sisäisestä tai napojen kuumenemisesta? |
Pussisolu | Laajapintainen hotspot-alue tunnistettu testaamalla; kielekealue; mekaanisesti rajoitetut alueet | Pysyykö anturi kytkettynä turpoamisen, syklin ja puristuksen muutosten aikana? |
Virtakisko tai liitin | Lähellä suurimman vastuksen liitosta vaarantamatta eristysvälystä | Voiko anturi havaita vaurioituneen liitoksen ennen kuin vaurio leviää? |
Nestejäähdytteinen moduuli | Edustavat solut sisään- ja ulostulon lähellä sekä huonosti kosketettavissa paikoissa | Voiko järjestelmä havaita virtaushäviöitä, tukoksia tai kylmälevyn rajapinnan vaihteluita? |
Ei ole olemassa yleispätevää sääntöä, jonka mukaan joka kolmas kenno vaatisi yhden anturin. Kanavien vähimmäismäärä riippuu lämpökytkennästä, kennogeometriasta, jäähdytyssuunnittelusta, virtaprofiilista, vianmääritysstrategiasta, vaaditusta diagnostiikan kattavuudesta ja minkä tahansa arviointimallin tarkkuudesta. Yhdelle sylinterimäiselle kennojonolle johdettua sääntöä ei pitäisi siirtää automaattisesti prisma- tai pussimoduuliin.
3.2 Pakkaustason kattavuus
Pakettitasolla kohdista kanavat edustaville kennovyöhykkeille, virtaa kuljettaville laitteille, jäähdytysjärjestelmän rajoille ja ympäristöolosuhteille. Rinnakkaisilla moduuleilla varustetut paketit saattavat tarvita vertailukelpoisen peiton jokaisessa haarassa, jotta paikallinen jäähdytys- tai yhteysvika ei peity normaalin keskiarvon alle muualla.
BMS- ja PCM-arkkitehtuuri on tuettava vaadittua mittausaluetta, kanavan tarkkuutta, suodatusta, diagnostiikkaa ja reaktioaikaa. Jos kanavat ovat multipleksoituja, varmista, että näytteenottoväli on riittävän nopea nopeimman uskottavan lämpötapahtuman havaitsemiseksi.
Osa 4: Anturin valinta ja asennus
4.1 NTC:t, RTD:t ja termoelementit
NTC-termistorit ovat yleisiä tuotantoakkupaketeissa, koska ne ovat kompakteja, herkkiä ja taloudellisia. Vastusanturit tarjoavat hyvän vakauden ja lineaarisuuden, mutta vaativat tyypillisesti enemmän signaalinmuokkauksen huomioon ottamista. Termoelementit kattavat laajan alueen ja ovat hyödyllisiä kehitystestauksessa, vaikka kylmäliitoskompensointi ja matalan tason signaalinkäsittely tekevät niistä harvinaisempia rutiininomaisessa sulautettujen kennojen valvonnassa.
Valitse teknologia vaaditun lämpötila-alueen, tarkkuuden, vasteajan, pitkäaikaisryöminnän, eristyksen, koteloinnin, johtosarjan pituuden ja BMS-tulorakenteen joukosta. Julkaistu anturin tarkkuus on vain yksi osa virhebudjetista; asennus ja lämpöviive voivat aiheuttaa suuremman virheen kuin itse anturielementti.
4.2 Asennus ja lämpökytkentä
Anturin on ylläpidettävä toistuvaa kosketusta vahingoittamatta kennoeristystä tai luomatta johtavaa reittiä. Määritä liima, teippi, klipsi, eristyskerros, kosketuspaine, kovetusprosessi ja sallittu sijoitustoleranssi. Testaa tarttuvuus lämpösyklien, kosteuden, tärinän ja kennomittausten muutoksen jälkeen.
Paksu liimavana tai vaahtokerros voi hidastaa vastetta. Anturi, joka koskettaa sekä kuumaa kennoa että viileää rakenneosaa, voi raportoida sekoitetun lämpötilan. Tarkista vasteaika lopullisessa kokoonpanossa, ei pelkästään vapaassa ilmassa. Huollettavien akkujen osalta varmista, että vaihto-ohjeet ja anturin reititys ovat yksiselitteisiä.
4.3 Johdotus ja signaalin eheys
Reititä matalan pinnankorkeuden anturin johdot kauas suurvirtajohtimista, kytkentäsolmuista ja kohinaisista tietoliikennelinjoista. Käytä asianmukaista parireititystä, suodatusta, suojausta, vedonpoistoa ja eristystä. Vahvista lukemat suurimman lataus- ja purkausvirran, kontaktorin kytkennän, laturin käytön ja sähkömagneettisen häiriönsietotestin aikana.
Pitkien johdinsarjojen tapauksessa sisällytä johtimen ja liittimen resistanssi mittausvirheanalyysiin. Rakennusautomaatiojärjestelmän tulisi erottaa todellinen lämpötapahtuma johdinsarjan viasta ja siirtää järjestelmä määriteltyyn turvalliseen tilaan, kun lämpötilatiedot ovat epäluotettavia.
Osa 5: Sijoitus- ja suojauslogiikan validointi
5.1 Simulointi ja instrumentoitu prototyyppitestaus
Käytä simulointia todennäköisten gradienttien tunnistamiseen ja tarkista ne sitten runsaasti instrumentoidulla prototyypillä. Kehitysinstrumentointi voi sisältää enemmän termoelementtejä kuin tuotantosuunnitelmassa, lämpökuvausta tilanteissa, joissa näköyhteys on saatavilla, jäähdytysnestemittauksia ja jännitehäviömittauksia kriittisten liitosten välillä.
Testaa normaali toiminta ja uskottavat viat varaustilan, ympäristön lämpötilan, virran, ilmavirran tai jäähdytysnesteen virtauksen, valmistustoleranssin ja ikääntymisen rajoilla. Tarkista myös tukkeutunut ilmavirta, heikentynyt pumpun suorituskyky, huono lämpörajapinnan kosketus, resistiiviset liitokset, vialliset anturit ja irronneet johtosarjat, jos nämä ovat uskottavia vaaroja.
5.2 Kynnysarvot, nousunopeus ja järjestelmän vaste
Pelkät absoluuttiset ylilämpötilan rajat saattavat reagoida liian myöhään. Ota huomioon lämpötilan nousunopeuden rajat, vertailukelpoisten kennojen tai moduulien väliset lämpötilaerot sekä komponenttianturin ja lähellä olevien kennoanturien väliset eroavaisuudet. Kynnysarvojen on otettava huomioon mittausepävarmuus ja lämpöviive samalla, kun vältetään turhat laukaisut.
Varmista koko vaste: varoitus, virran alentaminen, latauksen tai purkauksen katkaisu, kontaktorin avautuminen, hälytyskommunikointi, tapahtumien kirjaus ja palautumiskäyttäytyminen. Toiminnallisen turvallisuuden ja tuotestandardit tulee valita todellisen sovelluksen mukaan. Lääketieteen, robotiikan, turvallisuuden, infrastruktuurin ja teollisuuden tuotteiden osalta turvallisuusperustelun on yhdistettävä jokainen uskottava lämpövika varmennettuun ohjaus- tai suojausvasteeseen.
Yhteenveto
Luotettava lämpötilan valvonta on järjestelmäsuunnittelutehtävä, ei termistorien laskeminen. Kartoita, missä lämpöä syntyy, mihin se kerääntyy ja miten viat kehittyvät; sijoita sitten anturit edustaviin ja turvallisuuden kannalta kriittisiin paikkoihin. Vahvista mekaaninen asennus, signaaliketju, diagnostiikka, kynnysarvot ja BMS-vaste koko akkupaketissa. Large Power voi tukea mukautettuja litiumakkuratkaisuja sovelluskohtaisilla lämpöantureilla, rakennusautomaatiojärjestelmien suunnittelulla, kotelointiintegraatiolla ja validointivaatimuksilla.
FAQ
Minne lämpötila-anturi tulisi sijoittaa litium-akun kennoon?
Aseta se lämpökartoituksen osoittamaan pintakohtaan edustamaan korkeimman riskin kennon lämpötilaa. Kennon muodosta ja jäähdytyksestä riippuen tämä voi olla lähellä liitintä, leveällä pinnalla, kennon sisäpinnalla tai lähellä jäähdytysnesteen ulostuloa. Älä käytä samaa sijaintia jokaiseen rakenteeseen.
Kuinka monta lämpötila-anturia akkumoduuli tarvitsee?
Ei ole olemassa yleispätevää kennojen ja anturin suhdetta. Määritä lukumäärä lämpötilagradienttien, jäähdytysarkkitehtuurin, kennomuodon, virtaprofiilin, vikasietoisuuden, rakennusautomaatiokanavan kapasiteetin ja validointitulosten perusteella.
Pitäisikö virtakiskoissa ja liittimissä olla omat anturit?
Käytä erillistä tai tiiviisti kytkettyä valvontaa, kun nivelten lämpeneminen on uskottava vaara ja lähellä olevat kennoanturit eivät pysty havaitsemaan sitä riittävän nopeasti. Suurvirtaiset, voimakkaasti värähtelevät tai huollettavat yhteydet ansaitsevat erityistä huomiota.
Voiko päätylevyyn asennettu anturi näyttää kennon lämpötilan?
Vain jos testaus osoittaa, että levylukema seuraa kohdesolua hyväksyttävällä virheellä ja vasteajalla koko toiminta-alueella. Lämpörajapinnan vastus voi viivästyttää ja vähentää mitattua lämpötilan nousua.
Miten BMS-järjestelmän pitäisi havaita viallinen lämpötila-anturi?
Tarkkaile avoimia ja oikosulkuja, epätodennäköisiä arvoja, epärealistista muutosnopeutta ja ristiriitoja asiaankuuluvien kanavien kanssa. Määritä turvallinen toimintatapa, kun lämpötilatiedot puuttuvat tai ovat epäluotettavia.
