電子發燒友網報道(文/黃山明)隨著儲能應用的領域越來越多,對于儲能產品本身的性能、效率、可靠性和安全性也愈發重視。并且儲能系統中的電池在充放電過程中會產生熱量,若溫度過高可能導致電池性能下降、壽命縮短,甚至引發熱失控等安全問題。
因此,對儲能電池進行溫度檢測和保護,避免電池和電路元件因過熱損壞,成為設計之前的重點。而熱敏電阻正好能夠解決這一需求,同時熱敏電阻的加入還可以修正電流檢測結果、保障電池電量平衡、限制浪涌電流,并且為故障診斷和預警提供依據。
熱敏電阻主要某些材料的電阻隨溫度變化而顯著改變的特性,通常分為兩大類,即負溫度系數(NTC)熱敏電阻和正溫度系數(PTC)熱敏電阻。
NTC熱敏電阻是最常用的類型,其電阻值隨著溫度升高而減少。這是因為它們通常是由半導體材料制成,比如氧化錳、鎳、鈷等金屬氧化物的陶瓷混合物。在低溫時,這些材料中的載流子數量較少,所以電阻較高;當溫度上升時,更多的電子獲得了足夠的能量從價帶躍遷到導帶,成為自由載流子,這導致電阻下降。
與NTC相反,PTC熱敏電阻的電阻值會隨著溫度的增加而增大。這類熱敏電阻通常由聚合物或陶瓷材料制成。對于聚合物PTC熱敏電阻,在正常工作溫度范圍內,它們表現出較低的電阻;但當溫度超過一個特定閾值時,材料的結構發生變化,導致電阻急劇上升。這種特性使PTC熱敏電阻非常適合用于過熱保護裝置。
熱敏電阻在儲能中的應用
在儲能系統中,熱敏電阻的應用非常廣泛,尤其在BMS、電源轉換系統、光伏優化器和逆變器等關鍵組件中。它們通過提供精確的溫度監測來確保系統的安全性和效率。
隨著新能源汽車、可再生能源以及戶用儲能市場的快速發展,對熱敏電阻的需求持續增加。特別是中國市場的NTC熱敏電阻規模,在2022年已經達到約18.3億元人民幣,同比增長了4.9%。
據QY Research統計,2023年全球NTC熱敏電阻市場銷售額達到6.4億美元,預計2030年達到8.1億美元,年復合增長率為3.4%。2023年全球PTC熱敏電阻市場規模達到3.9億美元,同比增長5.1%。
中國是NTC熱敏電阻最大的生產地區,占有約49%的份額。亞太地區是NTC熱敏電阻最大的市場,占有約72%的份額 。隨著中國儲能產業的快速發展,以及對新能源汽車等領域的推動,中國熱敏電阻市場規模也在不斷增長。
預計到2027年,熱敏電阻溫度傳感器市場將以7.5%的復合年增長率增長;NTC熱敏電阻市場預計從2023年的612億元增長至2030年的1125億元,年復合增長率為9.9%。這意味著在未來幾年內,隨著技術進步和應用領域的拓展,熱敏電阻市場將繼續保持快速增長。
與此同時,隨著儲能系統對安全性和性能要求的不斷提高,對熱敏電阻的精度和可靠性要求也日益嚴苛。高精度的熱敏電阻能夠更準確地監測儲能設備的溫度變化,及時發現微小的溫度異常,從而提前預警潛在故障,提高系統的安全性。
并且為了適應儲能設備不斷向小型化、輕量化和高集成度發展的趨勢,熱敏電阻也在朝著集成化和小型化的方向邁進。此外,隨著新型儲能技術的不斷涌現和發展,如液流電池、固態電池、金屬空氣電池等,熱敏電阻需要不斷優化和改進其性能,以更好地適配這些新型儲能系統的特點和要求。
值得一提的是,從儲能系統的設計、制造、安裝調試到運行維護和退役處理的全生命周期中,熱敏電阻都將發揮越來越重要的作用。
在設計階段,根據儲能系統的功率、容量、散熱方式等參數,合理選擇和布置熱敏電阻,確保溫度監測的全面性和有效性;在制造和安裝調試階段,嚴格控制熱敏電阻的安裝質量和校準精度,保證其正常工作;在運行維護階段,通過對熱敏電阻長期監測數據的分析,評估儲能系統的健康狀態,預測設備故障,制定合理的維護策略,降低運維成本;在退役處理階段,熱敏電阻的溫度數據還可以為儲能系統的拆解和回收提供參考依據。
小結
作為已經在儲能系統中普遍應用的熱敏電阻,隨著儲能、新能源汽車、可再生能源等技術的發展,對該元器件的需求也在持續上升。同時,也要求熱敏電阻開始朝著更高精度、更可靠、小型化、輕量化、高集成度等趨勢發展。
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