1. L'impact des basses températures de la batterie sur sa capacité de décharge
La capacité est l'un des paramètres les plus importants des batteries au lithium, et elle varie en fonction de la température. Les deux courbes de la figure ci-dessous représentent les courbes de capacité en fonction de la température, obtenues en déchargeant la batterie à 0,1 C et 0,3 C à différentes températures.
Il est évident que la capacité augmente progressivement avec la température. À -20 °C, elle ne représente qu'environ 60 % de celle à 15 °C. Par ailleurs, la tension en circuit ouvert de la batterie diminue également avec l'augmentation de la température. On sait que l'énergie contenue dans une batterie est le produit de sa capacité et de sa tension aux bornes. Lorsque ces deux facteurs diminuent, l'énergie de la batterie résulte de la somme de ces deux diminutions.
Lorsque la température de la batterie est basse, l'activité du matériau de l'électrode positive diminue, ce qui réduit le nombre d'ions lithium pouvant se déplacer et générer un courant de décharge, ce qui est la raison fondamentale de la diminution de la capacité.
2. Influence de la basse température de la batterie sur sa résistance interne
La relation entre la température et la résistance d'une batterie au lithium est illustrée dans la figure ci-dessous. Les différentes courbes représentent différents niveaux de charge. Quelle que soit la situation de charge, la résistance interne de la batterie augmente significativement lorsque la température diminue. Plus le niveau de charge est faible, plus la résistance interne est élevée, et cette tendance reste constante malgré les variations de température.
Lorsque la température de la batterie est basse, la diffusion et la mobilité des ions chargés dans les matériaux des électrodes positive et négative sont réduites, et leur passage à travers le film de passivation entre l'électrode et l'électrolyte devient difficile. La vitesse de transfert dans l'électrolyte est également diminuée, et une importante quantité de chaleur est générée lors de ce processus.
Une fois que les ions lithium atteignent l'électrode négative, la diffusion au sein de celle-ci devient également perturbée. Tout au long du processus, le mouvement des ions chargés est fortement entravé. De l'extérieur, cela se traduit par une augmentation de la résistance interne de l'élément de batterie.
3. L'impact des basses températures de la batterie sur l'efficacité de la charge et de la décharge de la batterie
La courbe suivante représente l'évolution du rendement de charge en fonction de la température. On constate que le rendement de charge à -20 °C n'est que de 651 T/min par rapport à celui à 15 °C.
Une température basse de la batterie entraîne des modifications des propriétés électrochimiques mentionnées précédemment, et la résistance interne augmente considérablement. Lors de la décharge, une grande quantité d'énergie électrique est consommée par la résistance interne et génère de la chaleur.
technologie de préchauffage à basse température des batteries au lithium
Face aux restrictions d'utilisation des batteries au lithium lorsque leur température est basse, les techniciens ont mis au point une solution pour la charge et le préchauffage. Bien qu'il s'agisse d'une solution provisoire, elle améliore significativement la capacité de décharge et la durée de vie des batteries au lithium.
Avant de charger ou d'utiliser des batteries au lithium dans un environnement où la température est basse, il est nécessaire de les préchauffer. Le préchauffage assuré par le système de gestion de la batterie (BMS) peut être globalement divisé en deux catégories : le préchauffage externe et le préchauffage interne.
Comparé aux méthodes de chauffage externe, le chauffage interne évite la conduction thermique sur de longues distances et la formation de points chauds localisés à proximité de l'élément chauffant. De ce fait, le chauffage interne permet de chauffer la batterie de manière plus homogène, ce qui se traduit par un chauffage plus efficace et une mise en œuvre plus simple.
