Isesoojenevad liitiumakumulaatorid külma ilmastiku jaoks päikeselamppudele

Miks külm on LiFePO4-akumulaatorite jaoks nii suur probleem?

Liitiumraudfosfaat (LiFePO4) talub hästi kuumust ning osalist laadimist, kuid külm on tema nõrkuskoht. Alla nulli langenud temperatuuridel langeb kasutatav laadimisvõime järsult ning väga madalatel temperatuuridel võib akupakett üldse mitte enam kasulikku voolu väljastada. Tänu päikeselampudele, mis peavad töötama varjutusest koiduks ainult salvestatud energiast, tähendab see, et lambid kustuvad. Isesoojendussüsteem on loodud selleks, et hoida akumulaatori elemente tööväljatäitmisvahemikus, kus need saaksid endiselt oma tööd teha.

Kuidas see riistvaras on konstrueeritud?

Isesoojenev akupakett koosneb akumulaatori elementidest, kileküttejast, isolatsioonikihist ning temperatuurisondidest. Kilekütteja põletab akumulaatoris sisalduva energiat, et elementide temperatuuri hoida soovitud vahemikus. Isolatsioonikiht aitab hoida energiat ning vältida selle kadumist. Temperatuurisondid annavad BMS-ile signaale temperatuuri muutustest, mis omakorda juhib küttejat. Kõik need komponendid on kokku pandud nii, et need toimiksid tõhusalt ning ohutult.

Küttekomplekti osa ummistab valmis paketin – akumulaatorit, jo on juba järjestikku ning paralleelselt kokku kehitatud – kolme kihi ning kahe sondiga:

Soojutuskile: Soojusallikas, mis on tihedalt paketin välispinna ümber mähitud. Tavaliselt on see polüimiid- või silikoonkummist valmistatud; see tagab ühtlase soojusväljund, on korrosioonikindel ning piisavalt paindlik, et seista kokku paketin kuju järgi. Vool, mis läbib kilet, muudab elektrienergia soojuseks ning tõstab paketin temperatuuri ühtlaselt.

Isolatsioonikile: Välimine kiht, mis vähendab soojuskaotust keskkonda ning hoiab genereeritud soojuse paketi sisemuses – just see teeb küttekomplekti piisavalt tõhusaks, et toimida ainult akumulaatori energiast.

Kaks temperatuurisondi: Üks sond asub isolatsioonikile välispinnal ning mõõdab ümbritseva keskkonna temperatuuri; kui keskkonnatemperatuur ületab eelnevalt määratud aktiveerimispiiri, annab see signaali akumulaatori haldussüsteemile (BMS), et soojendamine alustataks. Teine sond mõõdab akumulaatorite pinnatemperatuuri sisemuses ning edastab reaalajas andmed tagasi juhtimiskiibile.

Juhtimisprotsess, samm-sammult

Kogu protsess toimub juhtimiskiibis, mis tavaliselt on osa akumulaatori haldussüsteemist (BMS).

1. Ärkamine. Välinen sond jälgib pidevalt ympäristust. Kui temperatuur saavutab eelsetäpsustatud aktiveerimistemperatuuri, otsustab kiip, et pakett on ohus, ning käivitab soojendusprogrammi.
2. Soojendus. Kile aktiveeritakse ning suunab soojuse rakke läbi soojusjuhtiva liimiku või otsese kontakti. See energia pärineb ise paketist.
3. Jälgimine. Sisemine sond mõõdab rakkude temperatuuri ning edastab tulemused BMS-ile (Batteri Juhtimissüsteemile), mis reguleerib soojendust reaalajas.
4. Lõpetamine. Kui rakkude temperatuur saavutab eelsetäpsustatud turvaväärtuse, katkestab kiip kilele toidet – see väldib ülekuumutusest põhjustatud kahjustusi ning hoiab ära energiatarbetust.
5. Tsükliline hooldus. Kui keskkond jääb külmaks, langeb paketin temperatuur uuesti; kui temperatuur ületab taaskäivitamise läve, aktiveeritakse soojendus uuesti. Pakett hoitakse oma toimimisvahemikus seni, kuni külmus kestab.

Disaini kompromissid, millest keegi brošüüris ei räägi

Hysteresis: Temperatuurierinevus sulgemise ja uuesti käivitamise vahel takistab soojendajal korduvalt sisse- ja väljalülitumist. Ilma selle ilma käivitub relekt pidevalt ning kontrollloogika ei lase akul kunagi tasakaalu saavutada.

Energiabudget: Soojutamine kulutab energiat – lihtne ning selge. Disain peab tasakaalustama soojutuskiiruse ja akunäilisuse nii, et isegi järjestikustel pilvistel või vihastel päevadel, kui päikesepaneel ei suuda akut täielikult taastada, jääb piisav energiat vähemalt põhivalgustuseks. Meie tehases alustatakse autonoomsuse arvutamist soojutuskoormusest, mitte lambikoormusest.

Turvamehhanismid: Kaks turvamehhanismi on meie konstruktsioonides kohustuslikud:

1. Ületemperatuurikaitse: Täiendav, sõltumatu süsteem, mis katkestab soojendaja töö automaatselt, kui kiip ise rikkeb ning temperatuur liiga kõrgeks tõuseb.
2. Madala pingega soojutuse keelamine: Keelab soojutuse, kui akunenägu on kriitiliselt madal; süsteem kasutab siis viimaseid elektrionde valgustuseks, mitte soojutamiseks.

Prioriteet on selge: esmalt valgus, seejärel soojutus.

Struktuurilised detailid: Soojusjuhtivad silikoonipad asuvad filmi ning akupatareien (cellide) vahel, et jaotada soojus ühtlaselt ning vältida paikseid kuumapunkte. Isolatsioonikiht peab tasakaalustama soojuse säilitamise ning vettuvastuse – sest niiskus, joka isolatsioonikihti läbib, võib põhjustada lühise ühenduse (short circuit).

Mida see tähendab praktikas:

• Diagnoosimine: Kui valgus külmas ilmas ei tööta, kontrollige esmalt kahte ilmset soojuskomponenti: katkunud temperatuurisondi või avatud ahelat soojusfilmis. Just sel põhjusel hoiame me nende kahte soojuskomponenti varu.
• Võimsuse konfiguratsioon: Pakendite suurus määratakse lähtuvalt kohalikust miinimumtemperatuurist ning sellest, kui tihti järjest sadu päevi on pilviseid. Seejärel sobitatakse pakendi võimsus soojusvõimsusega. Üldised andmelehed ei vasta reaalse talve nõuetele.
• Eluiga: Kõige tähtsam on hoida akupatareid pikaajalistest äärmuslikest temperatuuridest eemal – optimaalsetes tingimustes võivad LiFePO4-akud läbida üle 3000 laadimis-/tühjendustsüklit, ning just soojusjuhtimine aitab selle eluiga tagada.

Milloin valime sisepaisuvan soojenduse ning milloin ei vali

Sisepaisuv soojendus ei ole standardis lisatav valik. Me valime selle siis, kui kaks tingimust kokku puutuvad: pidevad perioodid alaselgete temperatuuride alla ning piisavalt pikkad pilvised päevad, mille jooksul paneel ei suuda taastada soojendajal kulutatud energiat. Külma kontinentaalsete piirkondade ning kõrgetel laiuskoordinaatidel asuvad paikad vastavavad mõlemale tingimusele. Leebade talvede piirkonnad ei vasta kummaleki ning seal on soojendaja nii kulukas kui ka keeruline rakendus – seetõttu mainime selle otse hinnakirjas, selle asemel et lisada seda lisaindeksisse. Lisateavet akuväljauhkumise põhimõtete kohta leiate artiklist Akud päikesevalgustussüsteemidele. Akuvääruste arvutamiseks kasutame meie Kontrolleri suuruse arvutusvahendit, mis arvutab ka soojenduskoormuse arvestatuna selle autonoomiaaega.

Mida see leht ei käsitle

See leht käsitleb sisepaisuvaid soojendusseadmeid iseseisvate päikesevalgustussüsteemide jaoks. See ei käsitle madalate temperatuuride teststandarde, soojendajade disaine, mida kasutatakse vahelduvvoolu (AC) või võrguga ühendatud akusüsteemides, ega ka muid liitiumakukemikaale peale LiFePO4. Täielikud külma ilma sobivad seadmed, millel soojendusseade ning kontroller on tehases juba kokku sobitatud, kuuluvad meie Kõik-ühes päikesevalgustussüsteemide sarja.