高温与低温放电解决方案

  和人类一样,电池在正常室温环境下运行最好,由于改进了电化学反应,电池制造商喜欢推荐电池在27 °C(80 ° F)温度下使用,虽然在高温下可以提高电池性能,但长时间暴露会缩短寿命。

  正如寒冷国家的所有司机都知道,电池温度在常温环境下比在低温环境下能更好的带动汽车发动机。低温会增加内阻并降低容量。在27°C(80°F) 下提供100%容量的电池通常在–18°C(0°F)下只能提供50%。瞬时容量下降因电池化学性质而异。

  干固体聚合物电池需要60–100°C(140–212°F) 的温度来促进离子流动并变得导电。这种类型的电池在炎热气候中的固定电源应用中找到了一个利基市场,在这种气候中热量充当催化剂而不是劣势。内置加热元件使电池始终正常运行。高昂的电池成本和安全问题限制了该系统的应用。更常见的锂聚合物使用凝胶电解质来提高导电性。

  如果在20°C(68°F)或略低于20°C(68°F)的温度下使用,所有电池均可达到最佳使用寿命。例如,如果电池在30°C(86°F)而非更适中的较低室温下运行,则循环寿命将减少20%。在40°C(104°F) 时,损耗跃升至 40%,如果在45°C(113°F)下充电和放电,循环寿命仅为 20°时预期寿命的一半。

  所有电池的性能在低温下急剧下降;但是,当施加负载电流时,由于电压下降引起的效率损失,升高的内阻会引起一些升温效应。在–20°C(–4°F) 时,大多数电池的性能水平约为正常温度下的50%。虽然镍镉电池可以降至–40°C(–40°F),但允许的放电仅为 0.2C(5小时速率)。特种锂离子电池可以在–40°C的温度下工作,但只能以较低的放电速率运行;在这个温度下充电是不可能的。使用铅酸存在电解液冻结的危险,这可能会导致外壳破裂。当比重更像水而不是充满电时,铅酸在低电荷时更快地冻结。

  图1:显示了18650锂离子电池在不同温度下的放电电压。2.8Ah 电池的 3A 放电表示C-rate为 1.07C。低温下容量的降低仅适用于电池处于该条件的情况,并且会在室温下恢复。

18650锂离子电池在不同温度下的放电电压

  容量相同的匹配电芯在低温重载放电时发挥重要作用。由于电池组中的电池永远无法完美匹配,因此如果允许放电继续超过安全截止点,则多电池组中较弱的电池上可能会出现负电压电位。被称为电池逆转,弱电池会受到压力,从而产生永久性电短路。电池计数越大,在负载下单元逆转的可能性就越大。低温重载过放电是造成无线电动工具电池故障的主要原因。

  而电动汽车在两次充电之间的行驶里程是在环境温度下计算的。电动汽车司机正在意识到寒冷的温度会降低可用行驶里程。这种损失不仅是由电加热机舱引起的,而且是由于电池电化学反应的固有减慢造成的,这会降低电池在低温时的容量。

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