De nombreux appareils électroniques doivent fonctionner dans des environnements où la température est bien inférieure aux conditions ambiantes normales.. Les exemples incluent les équipements de surveillance extérieure, systèmes logistiques réfrigérés, instruments scientifiques, appareils de communication d'urgence, capteurs industriels, équipements et produits marins utilisés dans les climats hivernaux.
Une batterie au lithium rechargeable standard peut perdre de sa capacité, augmentation de la résistance interne ou devenir impropre à la charge lorsqu'il est exposé à de basses températures. Si la batterie n’est pas sélectionnée et gérée correctement, l'équipement peut connaître une durée de fonctionnement plus courte, chutes de tension, charge lente ou arrêts inattendus.
Les batteries au lithium basse température sont conçues pour offrir des performances plus stables dans des environnements de fonctionnement froids. Cependant, le terme batterie basse température ne décrit pas une seule spécification. Les ingénieurs doivent prendre en compte la température minimale de décharge, température de charge minimale, conditions de stockage, exigence actuelle, configuration du pack et gestion thermique.
Keeppower fournit des batteries au lithium rechargeables, batteries protégées, produits de batterie basse température, cellules de grande capacité, cellules à haute décharge et blocs-batteries personnalisés. Ses catégories de produits prennent en charge le portable, applications industrielles et OEM qui nécessitent des performances de batterie fiables.
Ce guide explique comment les températures froides affectent les batteries au lithium et comment sélectionner une solution de batterie pour les applications à basse température..
Table des matières
- Pourquoi les basses températures affectent les batteries au lithium
- Principaux problèmes causés par le froid
- Décharge à basse température
- Chargement à basse température
- Stockage et transport
- Applications de batteries à basse température
- Chimie de la batterie et sélection des cellules
- Conception de blocs-batteries pour les environnements froids
- Comment sélectionner une batterie au lithium basse température
- Foire aux questions
Pourquoi les basses températures affectent les batteries au lithium
Une batterie au lithium rechargeable repose sur des réactions chimiques et le mouvement des ions à l'intérieur de la cellule.. Quand la température baisse, ces processus deviennent plus lents.
Une basse température peut augmenter la résistance interne et réduire la capacité de la batterie à fournir du courant.. La capacité disponible peut également diminuer temporairement. Dans certains cas, la batterie peut récupérer une partie de sa capacité après son retour dans un environnement plus chaud, mais une exposition répétée à des températures extrêmes peut accélérer le vieillissement.
L'effet du froid dépend de:
- Chimie cellulaire
- Conception de cellules
- État de charge
- Courant de décharge
- Courant de charge
- Durée d'exposition
- Isolation de la batterie
- Configuration du bloc batterie
- Système de contrôle de la température
Un produit conçu pour le temps froid doit être testé dans les conditions environnementales réelles plutôt qu'évalué uniquement à température ambiante..
Les ingénieurs peuvent commencer par examiner le Centre de produits Keeppower puis en comparant les catégories de batteries disponibles.
Principaux problèmes causés par le froid
Les basses températures peuvent entraîner plusieurs problèmes de performances.
Capacité disponible réduite
Une batterie froide peut fournir une capacité utilisable inférieure à celle qu'elle peut fournir à température ambiante.. Cela réduit le temps de fonctionnement de l'équipement.
Résistance interne plus élevée
À mesure que la résistance interne augmente, la tension de la batterie peut chuter plus rapidement sous charge. Les équipements à courant élevé sont particulièrement sensibles à cet effet.
Courant de crête inférieur
Une batterie capable de fournir suffisamment de courant à température ambiante peut avoir du mal à supporter la même charge par temps froid..
Chargement plus lent
La charge à basse température peut être plus difficile et peut endommager certains composants chimiques des batteries au lithium si la température des cellules est trop basse..
Chute de tension et arrêt
Si la tension de la batterie descend en dessous du seuil de protection de l’équipement, l'appareil peut s'éteindre même si la batterie contient encore de l'énergie utilisable.
Durée de vie réduite
Exposition répétée à des températures extrêmes, surtout combiné avec un courant élevé ou une charge inadaptée, peut accélérer le vieillissement de la batterie.
Ces problèmes devraient être résolus par la sélection cellulaire, protection, conception de boîtiers et gestion thermique.
Décharge à basse température
Les performances de décharge à basse température dépendent de la chimie et de la conception de la cellule. Certaines batteries sont conçues pour se décharger à des températures bien en dessous de zéro., tandis que d'autres sont destinés uniquement à des conditions intérieures modérées.
Lors de la sélection d'une batterie pour la décharge à froid, vérifier:
- Température de décharge minimale
- Courant de décharge continu
- Courant de décharge de pointe
- Capacité disponible à la température cible
- Comportement de tension sous charge
- Résistance interne
- Performance de récupération après réchauffement
- Comportement du circuit de protection
La capacité nominale d’une batterie est généralement mesurée dans des conditions de test spécifiques. Cela peut ne pas représenter la capacité disponible dans un environnement froid.
Par exemple, une batterie d'une certaine capacité à température ambiante peut fournir moins d'énergie lorsque l'équipement fonctionne à l'extérieur en hiver. Donc, les concepteurs de systèmes doivent calculer la capacité de batterie requise avec une réserve de température froide.
Keeppower fournit produits de batterie basse température pour les applications qui nécessitent des performances améliorées dans des conditions froides.
Chargement à basse température
La charge est souvent plus sensible aux basses températures que la décharge.
Si une batterie au lithium est chargée en dessous de sa plage de température recommandée, du lithium métallique peut se former sur l'anode. Cela peut réduire la capacité de la batterie, augmenter les risques pour la sécurité et causer des dommages permanents.
Un système de batterie basse température peut donc nécessiter:
- Surveillance de la température
- Coupure de charge à basse température
- Un chauffe-batterie
- Isolation
- Courant de charge contrôlé
- Une période d'échauffement avant la recharge
- Un algorithme de recharge spécialisé
L'appareil ne doit pas commencer à se charger immédiatement après avoir été retiré d'un environnement froid, à moins que la température de la batterie ne soit confirmée comme étant dans la plage de charge approuvée..
Pour l'équipement extérieur, une approche pratique consiste à séparer les conditions de décharge et de charge. La batterie peut se décharger par temps froid mais doit être réchauffée avant de la charger. Une autre approche consiste à utiliser une batterie avec surveillance intégrée du chauffage et de la température..
Le chargeur doit également correspondre à la chimie de la batterie et à la configuration en série. Une conception à basse température n’élimine pas la nécessité d’un contrôle correct de la tension et du courant.
Stockage et transport
Les conditions de stockage influencent les performances et la durée de vie de la batterie. Une batterie stockée pendant une longue période à des températures extrêmement basses ou élevées peut se dégrader plus rapidement.
Avant de ranger une batterie, les fabricants devraient définir:
- Température de stockage recommandée
- État de charge recommandé
- Durée de stockage maximale
- Limites d'humidité
- Exigences d'emballage
- Intervalles de contrôle
- Procédure de recharge
Pendant le transport, la batterie peut être exposée à des températures changeant rapidement. De la condensation peut se former lorsqu'une batterie froide est déplacée dans un environnement chaud et humide.. L'humidité peut affecter les connecteurs, circuits d'isolation et de protection électronique.
Une batterie doit pouvoir atteindre une température sûre avant de la charger ou de l'installer dans un équipement sensible..
Pour les produits industriels, l'enregistrement de la température pendant le transport peut aider à confirmer que la batterie est restée dans les conditions requises.
Applications de batteries à basse température
Les batteries au lithium basse température peuvent être utilisées dans de nombreux produits.
Équipement de surveillance extérieure
Des systèmes de surveillance à distance peuvent être installés en montagne, forêts, champs agricoles ou chantiers de construction. La batterie doit supporter de longues périodes sans entretien.
Logistique réfrigérée
Les équipements de transport à température contrôlée peuvent fonctionner à l'intérieur de conteneurs réfrigérés ou d'installations de stockage frigorifique.. La batterie doit fournir une puissance stable à basse température ambiante.
Instruments scientifiques
Recherche polaire, les systèmes de mesure à haute altitude et de surveillance de l'environnement peuvent nécessiter des batteries qui fonctionnent de manière fiable en dessous de zéro.
Équipement marin
Capteurs marins, les équipements sous-marins et les produits de navigation peuvent être confrontés à des eaux froides et à des conditions extérieures. La batterie peut également nécessiter une construction étanche et résistante à la pression..
Appareils de communication d'urgence
L'équipement d'urgence doit rester disponible même lorsqu'il est utilisé à l'extérieur en hiver. Des performances stables de la batterie sont essentielles à la communication, systèmes d'éclairage et de localisation.
Robotique et drones
Les robots et drones utilisés dans des environnements froids peuvent nécessiter des performances à la fois élevées en courant et à basse température.. Les moteurs et les systèmes sans fil peuvent créer d’importantes demandes de puissance.
Capteurs industriels
Les capteurs industriels distants peuvent être difficiles d'accès après l'installation. Une batterie avec de mauvaises performances à basse température peut augmenter la fréquence de maintenance.
Pour les exigences personnalisées, les clients peuvent consulter Keeppower solutions de batteries personnalisées.
Chimie de la batterie et sélection des cellules
La chimie de la batterie affecte les performances à basse température, densité énergétique, tension et durée de vie.
Les batteries lithium-ion conventionnelles peuvent fournir une densité énergétique élevée et sont largement disponibles dans des formats cylindriques tels que 18650 et 21700. Ils peuvent convenir aux équipements extérieurs compacts où le poids et la taille sont importants..
Les batteries LiFePO4 offrent une forte stabilité thermique et une longue durée de vie. Ils peuvent être intéressants pour les systèmes à basse température qui privilégient la sécurité et le fonctionnement à long terme., bien que la tension disponible et la densité énergétique doivent correspondre à la conception du produit.
La chimie doit être sélectionnée en fonction de:
- Température minimale de fonctionnement
- Température de charge
- Tension requise
- Capacité requise
- Courant continu
- Courant de pointe
- Fréquence des cycles
- Poids et taille
- Exigences de sécurité
Keeppower gamme de batterie protégée classique comprend plusieurs formats cylindriques. Pour un produit qui nécessite un stockage d’énergie plus élevé, les concepteurs peuvent également comparer les cellules de batterie haute capacité.
Conception de blocs-batteries pour les environnements froids
Une cellule de batterie n’est qu’une partie d’un système électrique par temps froid. Le boîtier de la batterie et le système de contrôle peuvent fortement influencer les performances.
Une batterie basse température peut inclure:
- Isolation thermique
- Enceinte batterie flexible ou rigide
- Capteurs de température
- Éléments chauffants
- Système de gestion de batterie
- Coupure de charge à basse température
- Joints étanches
- Montage résistant aux chocs
- Connecteur personnalisé
- Équilibrage cellulaire
- Fusible de protection ou PCM
Le boîtier doit réduire les pertes de chaleur tout en empêchant une accumulation excessive de chaleur lors d'un fonctionnement à courant élevé..
Un chauffage de batterie peut être utilisé lorsque l'appareil doit se charger dans un environnement froid. Le chauffage consomme de l'énergie, le calcul de la capacité de la batterie doit donc inclure à la fois la charge de l'équipement et la charge de chauffage.
La position du capteur de température est également importante. Mesurer la température uniquement à proximité de la surface du boîtier peut ne pas représenter avec précision la température interne de la cellule..
Pour les packs multi-cellules, les cellules doivent être soigneusement assorties. Les différences de résistance interne peuvent devenir plus importantes à basse température et créer un comportement de tension inégal.
Comment sélectionner une batterie au lithium basse température
Suivez ces étapes lors de la sélection d'une batterie pour une application à froid.
Étape 1: Définir la plage de température
Identifier les températures minimales et maximales de décharge, chargement, stockage et transport. Ces valeurs peuvent être différentes.
Étape 2: Calculer la charge réelle
Puissance moyenne record, courant de pointe, consommation de courant au démarrage et en veille. Inclure les radiateurs, modules de communication et moteurs.
Étape 3: Ajouter une réserve de froid
Ne basez pas la capacité uniquement sur les performances à température ambiante. Inclure une capacité supplémentaire pour compenser la réduction liée au froid.
Étape 4: Sélectionnez la chimie
Comparez le Li-ion conventionnel et le LiFePO4 en fonction de la tension, densité énergétique, sécurité, exigences en matière de durée de vie et de température.
Étape 5: Confirmer les conditions de charge
Déterminez si le pack se chargera par temps froid ou s'il sera réchauffé avant de le charger.. Sélectionnez un chargeur et une stratégie de protection adaptés.
Étape 6: Concevoir la gestion thermique
Évaluer l'isolation, chauffage, ventilation, capteurs et matériaux de boîtier. La conception doit contrôler à la fois l’exposition au froid et la génération de chaleur.
Étape 7: Choisissez les fonctions de protection
Envisagez une surcharge, trop décharger, surintensité, court-circuit, protection de la température et équilibrage des cellules.
Étape 8: Test en conditions réelles
Testez l'appareil complet dans la plage de température réelle. Évaluer le temps d'exécution, stabilité de tension, comportement de démarrage, charge et récupération après réchauffement.
Étape 9: Pensez à la personnalisation
Si le produit nécessite une forme particulière, connecteur, système de chauffage ou enceinte étanche, demandez une batterie personnalisée au lieu de modifier une cellule standard.
Comparaison des solutions de batteries standard et basse température
| Facteur de conception | Batterie au lithium standard | Solution de batterie basse température |
|---|---|---|
| Fonctionnement à température ambiante | Convient généralement | Approprié |
| Décharge à froid | Peut être limité | Conçu pour des performances améliorées |
| Chargement à froid | Souvent restreint | Nécessite une stratégie contrôlée |
| Gestion thermique | Basique ou inutile | Peut nécessiter une isolation ou un chauffage |
| Fiabilité en extérieur | Cela dépend des conditions | Mieux pour les environnements exigeants |
| Développement de produits | Plus simple | Nécessite des tests supplémentaires |
| Coût | Généralement inférieur | Peut-être plus élevé |
| Meilleure utilisation | Conditions intérieures ou modérées | Froid, applications extérieures et industrielles |
Foire aux questions
Qu'est-ce qu'une batterie au lithium basse température?
Il s'agit d'une batterie au lithium conçue ou sélectionnée pour fournir une charge plus fiable, performances de décharge ou de stockage dans des environnements froids.
Une batterie lithium-ion standard peut-elle fonctionner en dessous de zéro?
Certaines cellules standard peuvent se décharger en dessous de zéro, mais leur capacité et leurs performances actuelles peuvent diminuer. Charger en dessous de la plage de température approuvée peut endommager la batterie.
Une batterie basse température peut-elle être chargée par temps froid?
Cela dépend de la conception spécifique de la cellule et du pack.. Certains systèmes nécessitent un chauffage ou une période de préchauffage avant de charger.
Comment puis-je améliorer les performances de la batterie par temps froid?
Utiliser une cellule basse température adaptée, ajouter de l'isolation, surveiller la température, contrôler la charge et inclure une réserve de capacité suffisante.
Le LiFePO4 est-il adapté aux environnements froids?
LiFePO4 peut convenir lorsque la sécurité et la durée de vie sont importantes, mais ses limites de température de charge et de décharge doivent être vérifiées pour le produit sélectionné.
Quel équipement utilise couramment des batteries basse température?
Les applications incluent les équipements de surveillance extérieure, logistique réfrigérée, instruments scientifiques, systèmes marins, drones, robots, équipements d'urgence et capteurs industriels à distance.
Keeppower peut-il personnaliser une batterie basse température?
Keeppower fournit des batteries personnalisées. Un projet peut inclure des dimensions particulières, connecteurs, circuits de protection, capteurs de température et gestion thermique.
Quelles informations dois-je fournir pour un devis de batterie basse température?
Fournir la température de fonctionnement, température de charge, tension, capacité, actuel, dimensions, connecteur, durée d'exécution, conditions environnementales et quantité de commande estimée.
Conclusion
Les environnements froids créent des défis supplémentaires pour les batteries au lithium rechargeables. Les basses températures peuvent réduire la capacité, augmenter la résistance interne, limiter la sortie de courant et rendre la charge dangereuse si la batterie n'est pas correctement contrôlée.
Une solution de batterie basse température fiable doit être sélectionnée en fonction de l'application complète. Les ingénieurs doivent prendre en compte la plage de température, réserve de capacité, stratégie de recharge, demande actuelle, chimie, protection, conception de boîtiers et gestion thermique.
Keeppower propose des batteries basse température, cellules cylindriques protégées, produits de grande capacité, batteries à décharge élevée et packs de batteries personnalisés. En combinant la bonne cellule avec une protection et une conception thermique appropriées, les fabricants peuvent améliorer la fiabilité de l'extérieur, équipements industriels et chaîne du froid.
