高溫與低溫放電解決方案
和人類一樣,電池在正常室溫環(huán)境下運(yùn)行最好,由于改進(jìn)了電化學(xué)反應(yīng),電池制造商喜歡推薦電池在27 °C(80 ° F)溫度下使用,雖然在高溫下可以提高電池性能,但長時(shí)間暴露會(huì)縮短壽命。
正如寒冷國家的所有司機(jī)都知道,電池溫度在常溫環(huán)境下比在低溫環(huán)境下能更好的帶動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。低溫會(huì)增加內(nèi)阻并降低容量。在27°C(80°F) 下提供100%容量的電池通常在–18°C(0°F)下只能提供50%。瞬時(shí)容量下降因電池化學(xué)性質(zhì)而異。
干固體聚合物電池需要60–100°C(140–212°F) 的溫度來促進(jìn)離子流動(dòng)并變得導(dǎo)電。這種類型的電池在炎熱氣候中的固定電源應(yīng)用中找到了一個(gè)利基市場,在這種氣候中熱量充當(dāng)催化劑而不是劣勢。內(nèi)置加熱元件使電池始終正常運(yùn)行。高昂的電池成本和安全問題限制了該系統(tǒng)的應(yīng)用。更常見的鋰聚合物使用凝膠電解質(zhì)來提高導(dǎo)電性。
如果在20°C(68°F)或略低于20°C(68°F)的溫度下使用,所有電池均可達(dá)到最佳使用壽命。例如,如果電池在30°C(86°F)而非更適中的較低室溫下運(yùn)行,則循環(huán)壽命將減少20%。在40°C(104°F) 時(shí),損耗躍升至 40%,如果在45°C(113°F)下充電和放電,循環(huán)壽命僅為 20°時(shí)預(yù)期壽命的一半。
所有電池的性能在低溫下急劇下降;但是,當(dāng)施加負(fù)載電流時(shí),由于電壓下降引起的效率損失,升高的內(nèi)阻會(huì)引起一些升溫效應(yīng)。在–20°C(–4°F) 時(shí),大多數(shù)電池的性能水平約為正常溫度下的50%。雖然鎳鎘電池可以降至–40°C(–40°F),但允許的放電僅為 0.2C(5小時(shí)速率)。特種鋰離子電池可以在–40°C的溫度下工作,但只能以較低的放電速率運(yùn)行;在這個(gè)溫度下充電是不可能的。使用鉛酸存在電解液凍結(jié)的危險(xiǎn),這可能會(huì)導(dǎo)致外殼破裂。當(dāng)比重更像水而不是充滿電時(shí),鉛酸在低電荷時(shí)更快地凍結(jié)。
圖1:顯示了18650鋰離子電池在不同溫度下的放電電壓。2.8Ah 電池的 3A 放電表示C-rate為 1.07C。低溫下容量的降低僅適用于電池處于該條件的情況,并且會(huì)在室溫下恢復(fù)。
容量相同的匹配電芯在低溫重載放電時(shí)發(fā)揮重要作用。由于電池組中的電池永遠(yuǎn)無法完美匹配,因此如果允許放電繼續(xù)超過安全截止點(diǎn),則多電池組中較弱的電池上可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)電壓電位。被稱為電池逆轉(zhuǎn),弱電池會(huì)受到壓力,從而產(chǎn)生永久性電短路。電池計(jì)數(shù)越大,在負(fù)載下單元逆轉(zhuǎn)的可能性就越大。低溫重載過放電是造成無線電動(dòng)工具電池故障的主要原因。
而電動(dòng)汽車在兩次充電之間的行駛里程是在環(huán)境溫度下計(jì)算的。電動(dòng)汽車司機(jī)正在意識(shí)到寒冷的溫度會(huì)降低可用行駛里程。這種損失不僅是由電加熱機(jī)艙引起的,而且是由于電池電化學(xué)反應(yīng)的固有減慢造成的,這會(huì)降低電池在低溫時(shí)的容量。
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