高周波PCB技術 - 低温では、電池の充放電設計は何に注意しなければなりませんか。

多くの電池ユーザーは、消費レベルのリチウムイオン電池が0℃未満では充電できないことを知りません。バッテリパックは正常に充電されているように見えますが、低温充電中にアノードに金属リチウムめっきが発生する可能性があります。このめっきは、充電サイクルを伴って除去されることはありません。鉛酸電池は電解質凍結の危険性もあり、殻を破裂させます。では、エンジニアが設計するとき、どのようなことに注意しますか。

ほとんどのバッテリの急速充電は、+5℃から+45℃の間に制限されています。充電効果を得るためには、ニッケル系電池のような酸素と水素の再結合能力が低下するため、温度範囲を+10℃から+30℃の間に縮小することも考えられます。

電池の充電速度が速すぎると、電池中の圧力が増加し、放電につながります。充電温度が0℃未満の場合は、すべてのニッケル系電池の充電電流を0.1 Cに下げることが重要です。

（EDN電子技術設計はここで「C」の定義を迅速に説明する：電池容量が1000 mAhの場合、「C」は1時間以内に1000 mAを放電すると定義される。）

負電圧（NDV）フル充電検出機能を持つニッケルベース充電器は、低温で急速充電する際に一定の保護を提供することができる：低温アナログフル充電電池の場合、充電受容エネルギー率がよくないです。この理由は、低温でのガス再結合能力の低下による高圧蓄積によるものです。フル充電時の圧力上昇と電圧低下は相伴して発生するようです。

すべての温度で急速に充電できるように、いくつかの工業用電池にはホットカーペットが追加され、電池を適切な温度に加熱します。スマート充電器は充電率を現在の温度に自動的に調節します。消費電子の充電器にはこれらの機能はなく、エンドユーザーは室温でしか充電できません。

異なるタイプの電池の低温での挙動

極端な温度に触れると、鉛酸電池は私たちの自動車の蓄電池電池が示しているようにかなり寛容です。推奨される低温充電速度は0.3 Cで、通常とほぼ同じです。+20℃の快適な温度では、充填開始時の充電電圧は2.41 V/電池セルでした。-20℃になると、ガス充填閾値は2.97 V/電池に上昇しました。

凍結した鉛酸電池は性損傷を引き起こします。放電状態では、電解液は水のようになり、満充電時よりも凍結しやすくなるため、電池は常に完全に充電されています。浸漬された鉛酸蓄電池はしばしば破裂し、凍結されると漏洩します。密封鉛酸包装は効力を失い、失効する前に数回の充電サイクルを提供するしかなく、交換が必要です。

リチウムイオン電池は比較的寒い温度でかなり良い充電性能を提供し、+5℃から+45℃の温度範囲で急速に充電することができます。+5 ℃未満の場合、充電電流は低下し、凍結した温度では充電できないようにしなければなりません。充電中、内部電池セルの抵抗はわずかな温度上昇を引き起こし、寒さを補償します。すべてのバッテリの内部抵抗は、寒いときに高くなります。

多くの電池ユーザーは、消費レベルのリチウムイオン電池が0℃未満では充電できないことを知りません。バッテリパックは正常に充電されているように見えますが、低温充電中にアノードに金属リチウムめっきが発生する可能性があります。このめっきは、充電サイクルを伴って除去されることはありません。振動や他の圧力条件下にさらされると、リチウム電池は故障しやすくなります。先進的な充電器は、リチウムイオン電池が凍結温度未満で充電されるのを防ぐことができます。

凍結温度より低いリチウムイオン電池の充電が進んでいます。ほとんどのリチウムイオン電池では、充電は確かに可能ですが、非常に低い電流で行われています。

研究論文によると、-30℃の許容充電率は0.02 Cです。例えば：2500 mAhの電池は-30 ℃で50 mAの電流で充電する必要があり、このような低電流では充電時間を50時間以上に延長する必要があり、これは現実的ではないようだが、北方の石油・天然ガス分野では、リチウムイオン電池パックを準備して充電し、配管内の圧力やその他のパラメータを制御するために、行の通であるように維持しています。通常、これらのバッテリパックはバックアップ電源として使用されます。

すべての電池の低温での性能が急激に低下しました。しかし、使用中に内部直流抵抗が上昇するため、発生する効率損失はいくつかの温暖化効果をもたらします。-20℃では、ほとんどのバッテリが停止します。ニッケルカドミウム電池の動作温度は零下40℃まで下げることができるが、許容放電量は0.2 Cにすぎないです。リチウムイオン電池は−40℃の温度で動作することができるが、低い放電速度でしか動作しません。この温度で充電することは不可能です。鉛酸電池では電解質が凍結する危険性があり、これにより殻が破裂します。満充電時の鉛酸液の比重は水のようで、少量の電気量だけで急速に凍結します。

同じ容量を持つ整合電池は、低温と重負荷で放電する際に重要な役割を果たします。バッテリパック内のバッテリが完全に一致することは永遠にあり得ないため、放電が安全な低バッテリ切断点を超え続けることができれば、多電池パック内の弱いバッテリに負電圧電位が発生する可能性があります。これは電池セル逆転と呼ばれ、弱い電池は電気量が少ない点になります。電池セルの数が大きいほど、負荷下で電池セルが逆転する可能性が高くなります。低温と高負荷下での過放電は、バッテリ給電装置/システム障害の主な原因です。

−10℃より明らかに低い温度で充放電すると、充電時のリチウムめっきと同時に電池容量も低下する可能性があります。これらの低温では、抽出可能なエネルギーも大幅に減少します。