1. Влияние низкой температуры батареи на разрядную емкость батареи.
Емкость — один из важнейших параметров литиевых батарей, и ее величина изменяется с температурой. Две кривые на рисунке ниже — это температурные зависимости емкости, полученные при разряде батареи со скоростью 0,1C и 0,3C при разных температурах.
Очевидно, что с повышением температуры емкость постепенно увеличивается. Емкость при -20℃ составляет всего около 601Т3Т от емкости при 15℃. Помимо емкости, напряжение холостого хода батареи также уменьшается с повышением температуры. Всем известно, что энергия, содержащаяся в батарее, является произведением емкости и напряжения на клеммах. Когда оба параметра уменьшаются, энергия в батарее должна быть суперпозицией двух уменьшающихся эффектов.
При низкой температуре батареи активность материала положительного электрода снижается, что уменьшает количество ионов лития, способных перемещаться и создавать разрядный ток, и является основной причиной снижения емкости.
2. Влияние низкой температуры батареи на внутреннее сопротивление батареи.
На рисунке ниже показана зависимость сопротивления литиевой батареи от температуры. Различные кривые представляют разные уровни заряда самой батареи. В любой ситуации зарядки внутреннее сопротивление батареи значительно возрастает по мере снижения температуры. Чем ниже уровень заряда, тем больше внутреннее сопротивление, и эта тенденция сохраняется при изменении температуры.
При низкой температуре батареи ухудшаются диффузия и подвижность заряженных ионов в материалах положительного и отрицательного электродов, и им трудно проходить через пассивирующую пленку между электродом и электролитом. Скорость переноса в электролите также снижается, и в процессе переноса выделяется большое количество тепла.
После того, как ионы лития достигают отрицательного электрода, диффузия внутри материала отрицательного электрода также становится затрудненной. На протяжении всего процесса движение заряженных ионов значительно затрудняется. С внешней точки зрения это означает, что внутреннее сопротивление элемента батареи увеличилось.
3. Влияние низкой температуры батареи на эффективность зарядки и разрядки батареи.
На следующем графике показана зависимость эффективности зарядки от температуры. Мы видим, что эффективность зарядки при -20℃ составляет всего 65% от эффективности при 15℃.
Низкая температура батареи приводит к изменениям вышеупомянутых электрохимических свойств, и внутреннее сопротивление значительно возрастает. В процессе разряда большое количество электрической энергии расходуется на внутреннее сопротивление и выделяет тепло.
технология низкотемпературного предварительного нагрева литиевых батарей
В условиях ограничений на использование литиевых батарей при низкой температуре, специалисты разработали контрмеру для зарядки и предварительного нагрева. Хотя это временная мера, она оказывает существенное влияние на повышение разрядной емкости и увеличение срока службы литиевых батарей.
Перед зарядкой или использованием литиевых батарей в условиях низкой температуры батареи необходимо предварительно нагреть ее. Способы нагрева батареи системой управления батареей (BMS) можно условно разделить на две категории: внешний нагрев и внутренний нагрев.
По сравнению с внешними методами нагрева, внутренний нагрев позволяет избежать передачи тепла по длинным путям и образования локальных горячих точек вблизи нагревательного элемента. В результате внутренний нагрев обеспечивает более равномерный нагрев батареи, что приводит к лучшему и более эффективному нагреву, а также упрощает его реализацию.
