Alle 0°C, litiumakku ei yksinkertaisesti toimi kuin sama akku, jolla on vähemmän milliampeeritunteja. Sähkökemialliset reaktionopeudet hidastuvat, sisäinen vastus kasvaa, jännitteen lasku tulee selvemmäksi, ja käyttökapasiteetti tietyllä kuormalla voi laskea. Laite voi saavuttaa matalajännitteisen katkaisun aikaisemmin, vaikka energiaa jää kennoon. Vaikutus riippuu kemiasta, solujen suunnittelu, lataustila, nykyinen, lämpötila, ja kuinka kauan akku on ollut kylmässä.
Lataus on usein suurempi huolenaihe. Monia tavanomaisia litiumionikennoja ei tule ladata alle niiden määritetyn vähimmäislatauslämpötilan, koska litiumpinnoite ja muita vaurioita voivat tapahtua. Siksi matalan lämpötilan litiumakku on valittava käyttämällä erillisiä lataus- ja purkausrajoja ja validoitava todellisen laturin ja kotelon kanssa..
Miksi kylmä muuttaa litiumionien käyttäytymistä?
Kylmän purkauksen aikana, suurempi sisäinen vastus aiheuttaa suuremman jännitehäviön kuormituksen alaisena. Suurvirtalaitteet voivat sammua nopeammin kuin pienvirtalaitteet, jotka käyttävät samaa akkua. Kun kuorma poistetaan tai akku lämpenee, jännite saattaa palautua, mikä voi saada aikaisemmasta sammutuksesta näyttämään salaperäiseltä. Tämä on normaalia järjestelmän vuorovaikutusta pikemminkin kuin todiste siitä, että kapasiteettimerkintä on epätarkka.
Kylmälataus voi olla haitallista, koska litiumionit eivät ehkä välity anodiin tarkoitetulla tavalla. Oikea vastaus ei ole pelkästään virran vähentäminen, ellei kennovalmistaja nimenomaisesti salli määriteltyä kylmälatausprofiilia. Järjestelmät saattavat tarvita latauksen estoa, esilämmitys, valvottu lämmöneristys, tai kohdeympäristöön suunniteltu akun kemia ja rakenne.
Tekniset tiedot, joilla on merkitystä todellisessa laitteessa
Pyydä erillinen maksu, purkaus, ja varastointilämpötila-alueet. Vertaa kapasiteetin säilyvyyttä asianmukaisessa lämpötilassa ja kuormituksessa, DC sisäinen vastus, matalan lämpötilan virran kyky, suojakäyttäytymistä, ja lämmittelyvaatimukset. Lause, kuten "toimii -20 °C:ssa", on epätäydellinen ilman testivirtaa, katkaisujännite, ja viittaako se purkamiseen tai lataamiseen.
Myös mekaaninen rakenne muuttuu kylmissä olosuhteissa. Tiivisteet, kaapelit, liimat, muovit, ja liittimet voivat jäykistyä tai kutistua. Kondensaatiota saattaa syntyä, kun laite liikkuu kylmän ja lämpimän alueen välillä. Akku, kotelo, laturi, ja tunnistusstrategiaa tulisi tarkastella yhtenä ympäristöjärjestelmänä.
| Kunto | Todennäköinen vaikutus | Suunnitteluvastaus |
|---|---|---|
| Kylmä purkaus | Enemmän jännitteen laskua ja pienempi käyttökapasiteetti | Käytä karakterisoitua kennoa ja kuormitusmarginaalia |
| Kylmä lataus | Mahdollinen soluvaurio | Estää, esilämmitä, tai käytä hyväksyttyä profiilia |
| Kylmäsäilytys | Hitaammat reaktiot, mutta materiaalirajat säilyvät | Noudata määritettyä säilytysaluetta |
| Lämmin siirtymä | Kondensoitumisvaara | Hallitse tiivistystä ja sopeutumista |
Kuinka tehdä oikea valinta
Määritä akun kylmin lämpötila, ei vain ympäröivän ilman lämpötilaa. Ennätä odotettu kuormitus, käyttömäärä, suoritusaika, ja tapahtuuko lataus kylmässä. Eristetyn käyttölaitteen sisällä oleva akku voi olla ympäristöä lämpimämpi, kun taas varastoitu varaosa voi olla täysin kylmässä liotettu.
Valitse malli, jonka tiedot ovat tavoiteolosuhteissa tai sen alapuolella, ja testaa edustavat yksiköt kylmäliotuksen jälkeen. Ota mukaan ikääntyminen, koska vastustuskyky kasvaa elämän aikana. Jos järjestelmän on käynnistettävä moottori tai lähetin, testaa todellista ylijännitettä tasaisen laboratoriokuorman sijaan.
Yleisiä virheitä välttää
Älä lataa kylmää akkua vain siksi, että se voi silti purkaa. Älä lämmitä kennoa hallitsemattomalla ulkoisella lämmöllä, avoin liekki, tai menetelmä, joka luo hot spotteja. Toinen virhe on huoneenlämpöisen akun testaus kylmässä huoneessa vain muutaman minuutin ajan; ydin ei ehkä ole saavuttanut tavoitelämpötilaa.
Vältä yhden tyypillisen käyrän suunnittelua. Solujen vaihtelu, lataustila, ilmavirtaus, kotelon massa, ja kosketusvastus vaikuttavat tuloksiin. Jätä marginaali laitteen katkaisun ja odotetun kuormitetun jännitteen välillä käyttöiän lopussa ja vähimmäislämpötilassa.
Sovellus- ja OEM-näkökohdat
Kylmän sään akut tukevat ulkoantureita, korkean korkeuden instrumentit, talvi valaistus, hätävarusteet, logistiikan seuranta, ja etsintälaitteet. Pienitehoiset anturit voivat asettaa etusijalle itsepurkautumisen ja pitkän säilytyksen, kun taas radiot ja valot voivat asettaa etusijalle pulssikyvyn ja jännitteen palautuksen.
OEM-ohjelmien tulisi harkita lämpötila-anturia, joka sijaitsee riittävän lähellä edustamaan kennoa, laturin lukituslogiikka, käyttäjän viestit, eristys, ja lämmittelykäyttäytyminen. Jos lämmittimiä käytetään, niiden energiankulutus- ja ohjausvikatilat on sisällytettävä ajonaika- ja turvallisuusanalyysiin.
Toiminut esimerkki
Anturi piirtää 200 mA normaalisti, mutta lähettää klo 2 A muutaman sekunnin ajan. -20°C:ssa, keskimääräinen energiantarve saattaa vaikuttaa vaatimattomalta, silti lähetyspulssi voi ajaa kuormitetun jännitteen laitteen katkaisun alapuolelle. Testaus vain klo 200 mA kaipaisi vikaa. Sopiva rakenne varmistaa sekä pulssin että sitä seuraavan jännitteen palautumisen täyden kylmän liotuksen jälkeen.
Turvallisuus, vahvistusta, ja ostokuri
Akun valinnan ei tulisi koskaan perustua pelkästään suurimman kapasiteetin määrään. Varmista laitteen valmistajan sallimat kemiat, nimellisjännite, enimmäislatausjännite, vastakkaisuus, terminaalin tyyli, fyysinen kirjekuori, ja jatkuvat ja huippuvirtavaatimukset. Mekaanisesti sopiva kenno voi silti olla sähköisesti viallinen. Matalalämpötilaisille litiumakuille, turvallisin tapa on käsitellä laiteopasta ja akun tietolehteä yhteensovitettuna parina sen sijaan, että oletetaan, että kaksi samannimistä kennoa ovat keskenään vaihdettavissa.
Osta jäljitettävältä toimittajalta ja tarkista nykyinen tekniset tiedot, suojauksen yksityiskohdat, testidokumentaatio, ja tarkan mallin kuljetustiedot. Pidä solut poissa irtonaisista metalliesineistä, vettä, murskaamalla, puhkaisu, liiallinen kuumuus, ja luvaton muuttaminen. Lopeta epätavallisen kuuman akun käyttö, turvonnut, kolhuttu, syöpynyt, vuotaa, tai mekaanisesti vaurioitunut. Käytä yhteensopivaa laturia äläkä koskaan ylitä ilmoitettua latausvirtaa tai -jännitettä. Nämä käytännöt tukevat luotettavaa toimintaa, mutta eivät korvaa laitteen mukana toimitettuja ohjeita, laturi, tai akku.
Käytännöllinen valintatyönkulku
- Aloita kuormituksesta. Tallenna nimellisjännite, käyttövirta, huippuvirta, suoritusaikatavoite, ja käyttömäärä.
- Tarkista lokero. Mittaa käytettävissä oleva halkaisija, pituus, liittimen välys, terminaalin tyyppi, ja jousen puristus.
- Valitse turvallisuusarkkitehtuuri. Päätä, odottaako sovellus suojattua solua, suojaamaton solu, jota isäntä hallitsee, tai täydellinen pakkaus BMS:llä tai PCM:llä.
- Vastaa latausta. Tarkista kemia, enimmäislatausjännite, latausvirta, lopetusmenetelmä, ja lämpötilarajat.
- Vahvista todellinen järjestelmä. Testaa edustavia akkuja lopullisessa laitteessa odotetulla lämpötila- ja kuormitusalueella ennen tuotannon hyväksymistä.
Tämä työnkulku on erityisen tärkeä OEM-ohjelmille. Akun käyttäytyminen riippuu solukemian vuorovaikutuksesta, suojaelektroniikkaa, mekaaninen pakkaus, laiteohjelmisto, lataaminen, ja käyttäjäympäristö. Varhainen validointi on halvempaa kuin akkutilan tai tehovaiheen uudelleensuunnittelu työkalujen valmistumisen jälkeen.
Usein kysytyt kysymykset
Voivatko litiumioniakut purkaa alle 0 °C:n lämpötilassa?
Jotkut voivat, määritellyn purkausalueen sisällä, mutta kapasiteetti, jännite, ja nykyinen kapasiteetti saattaa heikentyä.
Voinko ladata litiumakun alle pakkasen?
Vain jos tarkka kenno ja latausjärjestelmä tukevat ilmoitettua matalan lämpötilan lataustilaa.
Palauttaako lämpeneminen kapasiteettia?
Jännite ja käytettävissä oleva kapasiteetti voivat palautua osittain, kun akku lämpenee, mutta väärä kylmälataus voi aiheuttaa pysyviä vaurioita.
Kuinka kylmän sään akkua tulisi testata?
Kylmäliota koko laite, käytä todellista kuormitusprofiilia, testaa käynnistystä ja pulssia, ja tarkista latauksen lukitus ja käyttöiän päättymismarginaali.
Aiheeseen liittyvät Keeppower-resurssit
- Alhaisen lämpötilan akut
- Lämpötilaa suojaava akkusarja
- Suojattu 18650 paristot
- Suojattu 21700 paristot
- Suojattu 26650/26800 paristot
- Laturit ja virtapankit
- Räätälöidyt akkupaketit
- Ota yhteyttä Keeppoweriin
Johtopäätös
Kylmä vaikuttaa jännitteeseen, vastus, käyttökelpoista kapasiteettia, tehoa, ja latausturvallisuus. Määritä erilliset lataus- ja purkuehdot, valitse akku, joka on määritelty tavoitelämpötilalle, ja testaa todellista laitetta kylmäliotuksen jälkeen realistisilla pulsseilla ja ikääntymismarginaalilla. Luotettava kylmän sään ratkaisu on järjestelmäsuunnittelu, ei vain tarraan painettu pieni numero.
Tarvitsetko apua akun yhdistämisessä laitteeseen tai OEM-ratkaisun kehittämiseen? Ota yhteyttä Keeppoweriin jännitteen kanssa, nykyinen, suoritusaika, mitat, liitin, lataustapa, ja hankkeesi ympäristövaatimukset.
