1. El impacto de la baja temperatura de la batería en la capacidad de descarga de la batería.
La capacidad es uno de los parámetros más importantes de las baterías de litio, y su valor varía con la temperatura. Las dos curvas de la figura siguiente representan la capacidad en función de la temperatura, obtenida al descargar la batería a 0,1C y 0,3C a diferentes temperaturas.
Obviamente, a medida que aumenta la temperatura, la capacidad aumenta gradualmente. La capacidad a -20 °C es solo aproximadamente 601 TP3T de la capacidad a 15 °C. Además de la capacidad, el voltaje de circuito abierto de la batería también disminuye con el aumento de la temperatura. Todos sabemos que la energía contenida en la batería es el producto de la capacidad y el voltaje en los terminales. Cuando ambos múltiplos disminuyen, la energía en la batería debe ser la superposición de los dos efectos decrecientes.
Cuando la temperatura de la batería es baja, la actividad del material del electrodo positivo disminuye, lo que reduce la cantidad de iones de litio que pueden moverse y generar corriente de descarga, que es la razón fundamental de la disminución de la capacidad.
2. Influencia de la baja temperatura de la batería en la resistencia interna de la batería.
La relación entre la temperatura y la resistencia de una batería de litio se muestra en la siguiente figura. Las distintas curvas representan diferentes niveles de carga. En cualquier situación de carga, la resistencia interna de la batería aumenta significativamente a medida que disminuye la temperatura. Cuanto menor sea la carga, mayor será la resistencia interna, y esta tendencia se mantiene inalterable con los cambios de temperatura.
Cuando la temperatura de la batería es baja, la difusión y la movilidad de los iones cargados en los materiales de los electrodos positivo y negativo se ven afectadas negativamente, y les resulta difícil atravesar la capa de pasivación entre el electrodo y el electrolito. La velocidad de transferencia en el electrolito también se reduce, y se genera una gran cantidad de calor durante el proceso de transferencia.
Una vez que los iones de litio alcanzan el electrodo negativo, la difusión dentro del material de este se vuelve irregular. Durante todo el proceso, el movimiento de los iones cargados se dificulta considerablemente. Desde el exterior, esto significa que la resistencia interna de la celda de la batería ha aumentado.
3. El impacto de la baja temperatura de la batería en la eficiencia de carga y descarga de la batería.
La siguiente curva muestra la variación de la eficiencia de carga con la temperatura. Podemos observar que la eficiencia de carga a -20 ℃ es solo 65% de la que se obtiene a 15 ℃.
La baja temperatura de la batería provoca cambios en las propiedades electroquímicas mencionadas anteriormente, y la resistencia interna aumenta significativamente. Durante el proceso de descarga, se consume una gran cantidad de energía eléctrica en la resistencia interna, generando calor.
Tecnología de precalentamiento a baja temperatura para baterías de litio
Ante las restricciones en el uso de baterías de litio a bajas temperaturas, los técnicos han encontrado una solución para la carga y el precalentamiento. Si bien se trata de una medida provisional, tiene un efecto significativo en la mejora de la capacidad de descarga y la vida útil a largo plazo de las baterías de litio.
Antes de cargar o usar baterías de litio en un entorno con baja temperatura, es necesario precalentarlas. El sistema de gestión de baterías (BMS) calienta la batería, dividiéndola en dos categorías principales: calentamiento externo e interno.
En comparación con los métodos de calentamiento externo, el calentamiento interno evita la conducción de calor a larga distancia y la formación de puntos calientes localizados cerca del dispositivo de calentamiento. Como resultado, el calentamiento interno calienta la batería de manera más uniforme, lo que se traduce en un mejor calentamiento con mayor eficiencia y una implementación más sencilla.
