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                消費級電池在低溫狀態下的充放電設計
                發布時間:2018-01-12 08:40 來源:csch 閱讀:
                許多電池用戶并不知道,消費級鋰離子電池在低于0℃時不能充電。盡管電池組看起來在正常充電,但在低溫充電過程中,陽極上可能會發生金屬鋰電鍍。這個電鍍是永久的,不會伴隨充電周期消除。而鉛酸電池還會有電解質凍結的危險,這會使外殼破裂。那么工程師設計的時候,要注意哪些?
                大多數電池的快速充電,被限制在+5oC到+45oC之間。為了獲得最佳充電效果,還會考慮將溫度范圍縮小至+10oC至+30oC之間,因為像鎳基電池的氧和氫的重新組合能力會降低。
                如果電池的充電速度過快,電池中的壓力就會增加,從而導致放電。充電溫度低于0℃時,將所有鎳基電池的充電電流降至0.1C非常重要。
                (EDN電子技術設計在這里要快速說明下“C”的定義:如果電池容量為1000mAh,“C”被定義為在1小時內放電1000mA。)
                具有負電壓(NDV)滿電檢測功能的鎳基充電器,可在低溫下快速充電時提供一定的保護:當低溫模擬充滿電的電池時,充電接受能率不佳。這部分原因是,在低溫下由于氣體重組能力降低而造成的高壓累積造成的。滿電時的壓力升高和電壓下降似乎是相伴發生。
                為了能夠在所有溫度下進行快速充電,一些工業電池添加了熱毯,將電池加熱到合適的溫度;智能充電器自動調節充電率到當前的溫度。消費電子的充電器沒有這些功能,終端用戶只能在室溫下充電。

                不同類型電池在低溫下的表現

                當涉及到極端溫度時,鉛酸電池相當寬容,正如我們汽車中的蓄電池電池顯示的那樣。推薦的低溫充電速率為0.3C,與正常情況幾乎相同。在+20℃的舒適溫度下,充氣開始時充電電壓為2.41V/電池芯。到-20℃時,充氣閾值升至2.97V/電池。
                凍過的鉛酸電池會導致永久性損壞。始終保持電池完全充電,因為在放電狀態下,電解液變得更像水,比充滿電時更易結冰。被浸沒過的鉛酸蓄電池往往會破裂,如果被凍就會造成泄漏;密封鉛酸包裝失去效力,失效前只能提供幾次充電周期而已,需要更換。
                鋰離子電池在較冷的溫度下可提供相當好的充電性能,并能在+5至+45oC的溫度范圍內快速充電。低于+5oC時,充電電流應降低,在結冰的溫度下不允許充電。在充電過程中,內部電池芯電阻引起輕微的溫度升高,從而補償一些寒冷。所有電池的內部電阻在寒冷時變得更高。
                許多電池用戶并不知道,消費級鋰離子電池在低于0℃時不能充電。盡管電池組看起來在正常充電,但在低溫充電過程中,陽極上可能會發生金屬鋰電鍍。這個電鍍是永久的,不會伴隨充電周期消除。如果暴露在振動或其他壓力條件下,鋰電池電池更容易出現故障。先進的充電器可以防止鋰離子電池在低于結冰溫度時充電。
                對低于冰凍溫度的鋰離子電池充電,正在取得進展。對于大多數鋰離子電池來說,充電確實是可能的,但是以非常低的電流進行。
                根據研究論文,-30℃的允許充電率為0.02C。例如:2500mAh的電池在-30 oC時需要以50mA的電流充電,在這樣低的電流下,充電時間需要延長到50小時以上,這似乎是不切實際的,但在北方的石油/天然氣領域,保持鋰離子電池組準備好并充滿電,以便控制管道內的壓力和其他參數,似乎是行的通的。通常這些電池組被用作后備電源。
                所有電池在低溫下的性能急劇下降;然而,由于使用過程中內部直流電阻會升高,產生的效率損失會造成一些變暖效應。在-20℃時,大多數電池停止工作。盡管鎳鎘電池的工作溫度可以降低到零下40攝氏度,但允許的放電量只有0.2C。鋰離子電池可以工作在-40℃的溫度,但只能在較低的放電速率下工作。在這個溫度下充電是不可能的。用鉛酸電池會有電解質凍結的危險,這會使外殼破裂。當充滿電時鉛酸液比重更像是水,只有少量電量時會快速凍結。
                具有相同容量的匹配電池在低溫和重負荷下放電時起重要作用。由于電池組中的電池永遠不可能完美匹配,因此如果允許放電持續超過安全的低電池量切斷點,則在多電池組中的較弱電池上可能出現負電壓電位。這被稱為電池芯逆轉,弱電池會成為永久的電量少的點。電池芯數量越大,負載下電池芯逆轉的可能性就越大。在低溫和高負載下過放電,是造成電池供電設備/系統故障的主要原因。
                如果在明顯低于-10℃的溫度下充放電,電池容量也可能會降低,這與充電時的鋰電鍍同時發生。在這些低溫下,可提取的能量也大大減少。

                 

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