Пробегът на електрическите превозни средства е наполовина през зимата, а зареждането през лятото поражда опасения за безопасността; батериите няма да се зареждат при ниски температури и капацитетът спада значително след излагане на високи температури-„деликатният“ характер на литиевите батерии, основният източник на енергия за нови енергийни превозни средства, роботи и цифрови продукти, е широко признат. Всъщност температурата е ключова променлива, влияеща върху производителността на литиевата батерия, тясно свързана с всичко - от изходен капацитет и жизнен цикъл до стабилност на безопасността и ефективност на зареждане/разреждане. Battery Pioneer, като експерт в областта на батериите, ще използва прост език и твърди данни, за да разбие фундаменталното въздействие на температурата върху литиевите батерии и да предостави ръководство за избягване на често срещаните капани при ежедневна употреба.
I. Първо разбиране: „Комфортната зона“ за литиеви батерии е само 20-30 градуса
Литиевите батерии са като "парникови цветя", изключително чувствителни към температурата. Индустрията обикновено вярва, че техният оптимален работен температурен диапазон е 20 градуса ~30 градуса (т.е. стайна температура), при който батерията постига най-добър баланс между капацитет, продължителност на живота и безопасност.
От гледна точка на капацитета, литиевите батерии достигат 100% използваем капацитет при 25 градуса, което представлява върхова производителност. Тъй като температурата се отклонява от този комфортен диапазон, капацитетът варира значително:
ACEY-BCT506-512H18650 тестер за капацитет на батериятаизползва съвременни електронни устройства за наблюдение и контрол вместо ръчна работа, за да следи в реално-време напрежението, тока, капацитета, енергията, състоянието на формиране и други параметри на формирането на разпределени батерии в реално време, диагностицира и обработва повреди, записва и анализира съответните данни, така че да реализира необслужвана и групова обработка в процеса на формиране, Софтуер за компютърен контрол за централизирано наблюдение и поддръжка на оборудване.
Под 0 градуса:използваемият капацитет пада до 85%; при -10 градуса остават само 70%; при -30 градуса загубата на капацитет надвишава половината; и при -40 градуса, това е по-малко от 50% от стайната температура.
Над 45 градуса:докато може да удължи времето за разреждане в краткосрочен план, то ускорява стареенето на батерията в дългосрочен план. Зареждането над 50 градуса значително ускорява корозията на електролита и стареенето на корпуса.
Основната логика зад това е, че зареждането и разреждането на литиевите батерии е по същество "миграцията" на литиеви йони между положителните и отрицателните електроди. Прекалено високите или ниските температури възпрепятстват това „движение“-ниските температури пречат на литиевите йони да се „движат“ ефективно, докато високите температури ги карат да „работят нестабилно“, което в крайна сметка води до лоша производителност на батерията.
II. Влиянието на ниските температури върху батериите
Въздействието на ниските температури върху литиевите батерии е много по-сложно, отколкото си представяме: не става дума само за по-малък обхват, но може да причини и трайни щети.
1. Три основни проблема при ниски температури
Обратимо намаляване на капацитета:При ниски температури вискозитетът на електролита се увеличава и проводимостта намалява, подобно на "замръзнала река". Дифузията на литиево-йони се забавя, което затруднява успешното им вграждане в електродите, което води до значително намаляване на използваемия капацитет. Тази загуба на капацитет обаче е обратима и може да бъде възстановена при връщане на стайна температура. Например пробегът на електрическо превозно средство може да е по-къс през зимата, но може да се върне към нормалното, когато температурите се затоплят през пролетта.
Ограничена мощност за зареждане и разреждане:Колкото по-ниска е температурата, толкова по-голям е вътрешният импеданс (съпротивление) на батерията. Когато температурата падне под -10 градуса, междинният импеданс между положителните и отрицателните електроди се повишава бързо. След -20 градуса импедансът на електролита също се повишава рязко, което води до намаляване на капацитета на разреждане на батерията и невъзможност за извеждане на висока мощност. Това се проявява като бавно ускорение при електрически превозни средства и бавни движения при роботи.
Трайна повреда от зареждане при ниска-температура:Това е най-тревожният риск! При зареждане при ниски температури (особено под 0 градуса), литиевите йони не могат да се вградят в графитния анод навреме и ще се утаят върху повърхността на електрода, образувайки метални литиеви дендрити. Тези „дърво-подобни“ кристали консумират активни литиеви йони, причинявайки трайна загуба на капацитет. По-опасно е, че литиевите дендрити могат да пробият сепаратора на батерията, причинявайки късо съединение и пожари.
(Връзката между капацитета на батерията и проводимостта на електролита при различни температури)
(Нивата на импеданс на различни части в батерията при различни температури)
2. Указания за използване при ниски-температури
- „Загрейте-преди зареждане: Преди зареждане на открито през зимата, паркирайте електрически превозни средства или роботи на закрито за 30 минути, за да се загреят предварително, докато температурата на батерията се повиши над 0 градуса преди зареждане;
- Избягвайте високо-разреждане на мощност при ниски температури: В среда с ниска-температура избягвайте често бързо ускоряване и тежки-натоварвания, за да намалите натоварването на батерията;
- Не насилвайте зареждането при ниски температури: Ако устройството показва „Не може да се зарежда при ниски температури“, не насилвайте зареждането, в противен случай това може да причини необратими щети.
III. Високи температури в батериите
В сравнение с „бавното износване“ на ниските температури, високите температури причиняват по-внезапни и тежки повреди на литиевите батерии-, като не само значително съкращават живота им, но и потенциално предизвикват инциденти, свързани с безопасността.
1. 5-степенна "верижна реакция" при високи температури
Литиевите батерии при високи температури предизвикват серия от опасни екзотермични реакции, като ефект на доминото:
1. 90-120 степен: SEI филмът („защитното облекло“, предпазващо литиевите листове) върху повърхността на батерията се разлага, освобождавайки топлина;
2. Над 120 градуса: SEI филмът се проваля и литият, вграден в отрицателния електрод, реагира директно с електролита, освобождавайки голямо количество топлина;
3. Над 200 градуса: Електролитът се разлага напълно и скоростта на отделяне на топлина се ускорява драстично;
4. Последващи реакции: активният материал на положителния електрод се разлага и освобождава кислород, който допълнително реагира с електролита. Едновременно с това вграденият литий и свързващото вещество също отделят топлина.
5. Краен резултат: Топлината не може да се разсее навреме, което води до изтичане на батерията, дим и в тежки случаи до изгаряне и експлозия.
2. Фаталното въздействие на високите температури върху живота на батерията
Високите температури ускоряват стареенето на батерията: Продължителното излагане на среда над 40 градуса драстично скъсява живота на батерията. Проучванията показват, че за всеки 10 градуса увеличение над 40 градуса, животът на цикъла намалява наполовина.
Експеримент на френската компания Saft предоставя по-илюстративен пример: 2Ah цилиндрична батерия, циклично заредена 26 пъти при 85 градуса, претърпя 7,5% загуба на капацитет и 100% увеличение на импеданса; докато при 120 градуса за 25 цикъла, загубата на капацитет достигна зашеметяващите 22%, а импедансът скочи с 1115%! При високи температури върху повърхността на отрицателния електрод се образува повече SEI филм, като непрекъснато се консумират активни литиеви йони.
Едновременно с това свързващото вещество на положителния електрод мигрира и се губи, предотвратявайки правилното участие на активните материали в реакцията, което води до рязък спад в производителността на батерията.
(Кривата на цикъла на батерията при висока температура)
(Кривата, показваща увеличаването на импеданса на батерията при условия на висока температура)
3. Указания за избягване на-използване при високи температури
- Избягвайте директна слънчева светлина и среда с висока-температура: Не паркирайте електрически превозни средства или батерийно оборудване на пряка слънчева светлина. Осигурете подходящо охлаждане в работилници с висока-температура и външни среди, изложени на пряка слънчева светлина.
- Контролирайте температурата на зареждане: Не зареждайте в среда над 50 градуса. Избягвайте да използвате друго оборудване едновременно по време на зареждане (напр. шофиране по време на зареждане или работа с робот по време на зареждане).
- Оптимизирайте дизайна за разсейване на топлината: Новите енергийни превозни средства и промишлените роботи трябва да бъдат оборудвани с ефективни системи за разсейване на топлината, за да се предотврати локално натрупване на висока-температура в батерията.
IV. „Скритите щети“ от температурната разлика
Освен високите и ниските температури, температурната разлика също е лесно пренебрегван „скрит убиец“, разделен основно на две ситуации: разлика в температурата на вътрешната батерия (еднородност на температурата) и разлика в температурата между -клетъчните клетки (постоянство на температурата).
1. Проблеми с верижната реакция, причинени от температурна разлика
Вътрешна температурна разлика: Често възниква при нагряване или охлаждане на едната страна, което води до неравномерен вътрешен импеданс, ток и генериране на топлина в батерията, ускорявайки локализираното стареене.
Между{0}}температурна разлика между клетките: Причинява се от неправилно оформление на модула на батерията и дизайн на управление на топлината, което води до непоследователни скорости на разграждане между отделните клетки в комплекта батерии. Тъй като батерийните пакети са свързани последователно, „ефектът на най-слабото звено“ е много ясно изразен-намаляването на производителността на една клетка може да намали производителността на целия батериен пакет, което в крайна сметка води до повредата му. Още по-опасен е „порочният кръг“, създаден от температурните разлики: клетките с по-високи температури остаряват по-бързо, генерират повече топлина, допълнително разширявайки температурната разлика с други клетки, което в крайна сметка причинява опасности за безопасността.
2. Техники за контрол на температурната разлика
Оптимизирайте дизайна за управление на топлината: Намалете температурните разлики в батерията чрез рационално подреждане на системите за водно-охлаждане и-въздушно охлаждане;
Избягвайте екстремни условия на работа: Висок-ток на зареждане и разреждане и продължителна тежка{1}}работа при натоварване задълбочават температурните разлики, което изисква разумен контрол на интензивността на работа на оборудването;
Редовна проверка: Индустриалното оборудване и превозните средства с нова енергия изискват редовна проверка на температурата на всяка клетка в батерията, за да се идентифицират незабавно и да се отстранят всякакви аномалии.
V. Резюме: Основните принципи за удължаване на живота на литиевите батерии
Приспособимостта на литиевите батерии към температура е като нуждата на човешкото тяло от околната среда-както прекалено високите, така и ниските температури са вредни за тяхната оптимална работа. За да сте сигурни, че една батерия е едновременно мощна и издръжлива, съсредоточете се върху три ключови аспекта:
1. Спазвайте температурните ограничения: Поддържайте температурата на зареждане между 0 градуса и 45 градуса и работната температура между -20 градуса и 60 градуса, доколкото е възможно, като избягвате продължителни отклонения от зоната на комфорт;
2. Избягвайте опасни работни условия: Не насилвайте зареждането при ниски температури, не зареждайте веднага след излагане на високи температури и не работете при висока мощност и големи натоварвания за продължителни периоди;
3. Наблегнете на управлението на топлината: Независимо дали става въпрос за потребителски цифрови продукти или промишлено оборудване, доброто разсейване на топлината/изолационният дизайн е от решаващо значение за удължаване на живота на батерията.
За нас
Acey Intelligentспециализира в предоставянето на-решения на едно гише за полу-автоматични/напълно-автоматични линии за сглобяване на пакети литиеви батерии, използвани в ESS, UAV, E-Bike, E-скутери, електроинструменти, дву/три колела и т.н. В допълнение, ние предоставяме пълен комплект оборудване за сглобяване на пакети батерии, като например Cell Grading Машина, машина за сортиране на батерии, машина за залепване на изолационна хартия, CCD тестер, ръчна/автоматична машина за точково заваряване, BMS тестер, цялостен тестер за батерии и система за тестване на батерии и др.
