Температура и снижение номинала: почему у номинала есть условие

Элемент с номиналом 35 A непрерывного разряда рассчитан на 35 A пока температура его поверхности остаётся на уровне температуры отсечки, при которой производитель проводил измерение, или ниже — обычно 80 °C или 83 °C для мощных цилиндрических элементов. Ток и температура здесь — одно утверждение, а не два. Уберите температуру, и останется цифра, которую можно напечатать крупным шрифтом и применить к любому корпусу.

Что такое отсечка и чем она не является

Температура отсечки — условие испытания, а не предел безопасности и не цель. Она определяет точку, в которой измерение остановили. Долгая работа на отсечке не является «соответствием спецификации» ни в каком полезном смысле: это работа на границе допущения, при котором измеряли номинал, без запаса на жаркий день или забитое вентиляционное отверстие.

Снижение номинала, когда корпус не держит условие

Если корпус не удерживает элемент при заданной температуре на номинальном токе, рабочий ток ниже. Универсальной формулы нет — правильный ответ даёт тепловое измерение на вашем корпусе, — но вид поправки предсказуем:

Только качественное направление: числа берутся из вашего теплового измерения, а не из таблицы.

Самая частая ошибка — измерять температуру воздуха вместо температуры элемента. В сборке с воздухом 35 °C элементы могут быть при 70 °C, потому что узкое место — тепловой путь от элемента к воздуху. Ставьте термопару на корпус элемента, со стороны, обращённой к самой горячей части массива.

Тепло распределяется неравномерно

В любом массиве у средних элементов меньше поверхности, открытой наружу, и больше соседей, отдающих им тепло. Они греются сильнее, стареют быстрее, их импеданс растёт раньше — и они греются ещё сильнее. За несколько сотен циклов середина сборки становится ограничивающим элементом, хотя при сборке все элементы были одинаковыми.

Это проектная задача с механическими ответами: зазоры, теплопроводящая заливка или прокладки, металлическая холодная плита или просто меньше элементов с меньшей нагрузкой на каждый. Выбором элемента с более высоким номинальным током она не решается: этот номинал измерен при том же тепловом допущении.

Низкая температура: другой механизм отказа

Холод не повреждает элемент так, как жара, но меняет то, что сборка может отдать. Проводимость электролита падает, поэтому сопротивление растёт, а просадка напряжения увеличивается; рабочая ёмкость падает заметно раньше 0 °C, а при −20 °C может составлять долю от величины при комнатной температуре.

Заряд ниже 0 °C — отдельный и более серьёзный вопрос: осаждение металлического лития на аноде при заряде на холоде может быть необратимым и относится к вопросам безопасности. Поэтому большинство элементов запрещают заряд ниже 0 °C, если сборка не реализует специальную стратегию для низких температур. Зарядное устройство, которое не знает температуру сборки, будет нарушать это молча — каждое холодное утро.

Разобранный пример решения

Инструментальной сборке нужно 40 A непрерывного разряда при схеме 5S2P, то есть на элемент приходится 20 A. У отобранного элемента номинал 25 A непрерывного разряда при отсечке 80 °C. На бумаге запас 25%.

Корпус герметичный, элементы стоят в печатном держателе с зазорами 1 mm, измеренная температура поверхности при 20 A и температуре среды 35 °C — 74 °C. Формально это ниже отсечки, но запас сжался с 25% почти до нуля, а условие 80 °C предполагало тепловой путь, которого держатель не обеспечивает.

Три законных ответа, по возрастанию стоимости: добавить зазоры или теплопроводящую прокладку, чтобы улучшить путь, и перемерить; принять меньший ток непрерывного разряда в спецификации и указать его; перейти на более токовый элемент, чтобы те же 20 A были дальше от его отсечки. Незаконно — приводить 25 A потому, что так было в паспорте: это число измерено в условии, которое изделие не воспроизводит.

Что записать в спецификацию

• Диапазон температуры среды, в котором изделие должно работать, заданный диапазоном, а не типовым значением.
• Температура поверхности элемента, которой расчёт должен достигать при максимальном токе непрерывного разряда, с указанием точки измерения.
• Ток с пониженным номиналом на верхней границе этого диапазона среды, а не только величина при комнатной температуре.
• Температурное окно заряда и то, что изделие делает вне него (блокирует заряд, снижает ток, сначала греет).
• Испытание, которое подтверждает всё перечисленное, чтобы утверждение можно было перепроверить после изменения конструкции.

Спецификация, написанная так, выдерживает проектную ревизию. Спецификация, которая приводит паспортный ток без условия, не выдерживает: первый же проверяющий, спросивший «при какой температуре», не получит ответа, с которым можно сверить.

Questions this guide does not answer in passing