低温锂电池: 如何为寒冷环境选择可靠的电池

许多电子设备必须在温度远低于正常室内条件的环境中运行. 示例包括室外监控设备, 冷藏物流系统, 科学仪器, 紧急通讯设备, 工业传感器, 冬季气候下使用的船舶设备和产品.

标准可充电锂电池可能会失去容量, 暴露在低温下时内阻增加或变得不适合充电. 如果电池没有正确选择和管理, 设备的运行时间可能会缩短, 电压下降, 充电缓慢或意外关机.

低温锂电池旨在在寒冷的工作环境下提供更稳定的性能. 然而, 低温电池一词并不描述单一规格. 工程师需要考虑最低排气温度, 最低充电温度, 储存条件, 目前的要求, 封装配置和热管理.

Keeppower提供可充电锂电池, 受保护的电池, 低温电池产品, 高容量电池, 高放电电池和定制电池组. 其产品类别支持便携式, 需要可靠电池性能的工业和 OEM 应用.

本指南解释了低温如何影响锂电池以及如何为低温应用选择电池解决方案.

目录

1. 为什么低温会影响锂电池
2. 寒冷条件造成的主要问题
3. 低温放电
4. 低温充电
5. 储存及运输
6. 低温电池应用
7. 电池化学和电池选择
8. 适用于寒冷环境的电池组设计
9. 如何选择低温锂电池
10. 常见问题解答

为什么低温会影响锂电池

可充电锂电池依赖于电池内部的化学反应和离子运动. 当温度降低时, 这些过程变得更慢.

低温会增加内阻并降低电池提供电流的能力. 可用容量也可能会暂时减少. 在某些情况下, 返回较温暖的环境后，电池可能会恢复部分容量, 但反复暴露在极端温度下会加速衰老.

寒冷的影响取决于:

• 细胞化学
• 单元设计
• 充电状态
• 放电电流
• 充电电流
• 曝光时间
• 电池绝缘
• 电池组配置
• 温控系统

专为寒冷天气设计的产品应该在实际环境条件下进行测试，而不是仅在室温下进行评估.

工程师可以首先检查 基普动力产品中心 然后比较可用的电池类别.

寒冷条件造成的主要问题

低温可能会导致一些性能问题.

可用容量减少

冷电池提供的可用容量可能低于室温下提供的可用容量. 这减少了设备的运行时间.

内阻较高

随着内阻增加, 负载下电池电压可能下降得更快. 高电流设备对此效应特别敏感.

更低的峰值电流

在室温下能够提供足够电流的电池可能难以在寒冷条件下支持相同的负载.

充电速度较慢

如果电池温度太低，低温充电可能会更加困难，并且可能会损坏某些锂电池的化学成分.

电压下降和关断

如果电池电压低于设备的保护阈值, 即使电池仍然含有可用能量，设备也可能会关闭.

使用寿命缩短

反复暴露在极端温度下, 特别是与大电流或不合适的充电相结合, 会加速电池老化.

这些问题应该通过细胞选择来解决, 保护, 外壳设计和热管理.

低温放电

低温放电性能取决于电池化学和设计. 有些电池设计为在远低于冰点的温度下放电, 而另一些则仅适用于中等室内条件.

选择冷放电电池时, 查看:

• 最低排气温度
• 持续放电电流
• 峰值放电电流
• 目标温度下的可用容量
• 负载下的电压行为
• 内阻
• 升温后恢复性能
• 保护电路行为

电池的标称容量通常是在特定的测试条件下测量的. 它可能不代表寒冷环境下的可用容量.

例如, 室温下额定容量的电池在冬季户外运行时可能提供的能量较少. 所以, 系统设计者应计算所需的电池容量和低温储备.

Keeppower提供 低温电池产品 适用于需要在寒冷条件下提高性能的应用.

低温充电

充电通常比放电对低温更敏感.

如果锂电池充电温度低于建议的温度范围, 阳极上可能形成金属锂. 这会减少电池容量, 增加安全风险并造成永久性损害.

因此，低温电池系统可能需要:

• 温度监测
• 低温充电截止
• 电池加热器
• 绝缘
• 受控充电电流
• 充电前的预热期
• 专门的计费算法

设备从寒冷环境中取出后不应立即开始充电，除非确认电池温度在批准的充电范围内.

用于户外设备, 一种实用的方法是将放电和充电条件分开. 电池在寒冷天气下可能会放电，但充电前应预热. 另一种方法是使用具有集成加热和温度监控功能的电池组.

充电器还必须与电池化学成分和串联配置相匹配. 低温设计并不能消除对正确电压和电流控制的需要.

储存及运输

储存条件影响电池性能和使用寿命. 在极低或高温下长期存放的电池可能会更快退化.

存放电池之前, 制造商应定义:

• 推荐储存温度
• 推荐充电状态
• 最长保存期限
• 湿度限制
• 包装要求
• 检查间隔
• 充电流程

运输过程中, 电池可能会暴露在快速变化的温度下. 将冷电池移入温暖潮湿的环境时会形成凝结. 水分会影响连接器, 绝缘和电子保护电路.

在充电或将电池组安装到敏感设备中之前，应让电池组达到安全温度.

用于工业产品, 运输过程中的温度记录可以帮助确认电池保持在所需的条件下.

低温电池应用

低温锂电池可用于多种产品.

室外监控设备

远程监控系统可能安装在山区, 森林, 农田或建筑工地. 电池必须支持长时间无需维护.

冷藏物流

温控运输设备可在冷藏集装箱或冷藏设施内运行. 电池必须在低环境温度下提供稳定的电力.

科学仪器

极地研究, 高空测量和环境监测系统可能需要在冰点以下可靠运行的电池.

船用设备

船用传感器, 水下设备和导航产品可能会遇到冷水和室外条件. 电池组可能还需要防水和耐压结构.

应急通讯设备

即使在冬季户外使用，应急设备也必须保持可用. 稳定的电池性能对于通信至关重要, 照明和定位系统.

机器人和无人机

在寒冷环境中使用的机器人和无人机可能需要高电流和低温性能. 电机和无线系统会产生大量电力需求.

工业传感器

远程工业传感器安装后可能难以访问. 低温性能差的电池会增加维护频率.

对于定制要求, 客户可以查看Keeppower的 定制电池组解决方案.

电池化学和电池选择

电池化学成分影响低温性能, 能量密度, 电压和循环寿命.

传统的锂离子电池可以提供高能量密度，并以圆柱形形式广泛使用，例如 18650 和 21700. 它们可能适用于重量和尺寸很重要的紧凑型户外设备.

LiFePO4 电池具有很强的热稳定性和较长的循环寿命. 它们对于优先考虑安全和长期运行的低温系统可能很有吸引力, 尽管可用电压和能量密度必须符合产品设计.

化学物质的选择应基于:

• 最低工作温度
• 充电温度
• 所需电压
• 所需容量
• 持续电流
• 峰值电流
• 循环频率
• 重量和尺寸
• 安全要求

基普的 经典受保护电池系列 包括多种圆柱形格式. 对于储能要求较高的产品, 设计师还可以比较公司的 高容量电池芯.

适用于寒冷环境的电池组设计

电池只是寒冷天气电力系统的一部分. 电池组外壳和控制系统对性能有很大影响.

低温电池组可包括:

• 隔热
• 柔性或刚性电池外壳
• 温度传感器
• 加热元件
• 电池管理系统
• 低温充电截止
• 防水密封件
• 防震安装
• 定制连接器
• 电池平衡
• 保护保险丝或 PCM

外壳应减少热量损失，同时防止高电流运行期间热量积聚过多.

当设备必须在寒冷环境中充电时，可以使用电池加热器. 加热器消耗能量, 因此电池容量计算必须包括设备负载和加热负载.

温度传感器的位置也很重要. 仅测量外壳表面附近的温度可能无法准确代表内部电池温度.

对于多节电池组, 细胞应仔细匹配. 内阻差异在低温下可能变得更加显着，并产生不均匀的电压行为.

如何选择低温锂电池

为冷应用选择电池时请遵循以下步骤.

步 1: 定义温度范围

确定放电的最低和最高温度, 收费, 储存和运输. 这些值可能不同.

步 2: 计算实际负载

记录平均功率, 峰值电流, 启动电流和待机功耗. 包括加热器, 通讯模块和电机.

步 3: 添加冷温储备

不要仅根据室温性能来确定容量. 包括额外的容量来补偿与寒冷相关的减少.

步 4: 选择化学

根据电压比较传统锂离子电池和磷酸铁锂, 能量密度, 安全, 循环寿命和温度要求.

步 5: 确认充电条件

充电前确定电池组是在寒冷环境下充电还是在加热状态下充电. 选择合适的充电器和保护策略.

步 6: 设计热管理

评估绝缘性, 加热, 通风, 传感器和外壳材料. 设计应控制冷暴露和发热.

步 7: 选择保护功能

考虑过度收费, 过度关闭, 过电流, 短路, 温度保护和电池平衡.

步 8: 真实条件下测试

在实际温度范围内测试整个设备. 评估运行时间, 电压稳定性, 启动行为, 充电及升温后恢复.

步 9: 考虑定制

如果产品需要特殊形状, 连接器, 加热系统或防水外壳, 请求定制电池组而不是修改标准电池.

标准和低温电池解决方案的比较

常见问题解答

什么是低温锂电池?

它是为提供更可靠的充电而设计或选择的锂电池, 寒冷环境下的放电或存储性能.

标准锂离子电池可以在冰点以下工作吗?

一些标准电池可以在冰点以下放电, 但它们的容量和当前性能可能会下降. 在低于批准的温度范围充电可能会损坏电池.

低温电池在寒冷天气可以充电吗?

这取决于具体的电池和电池组设计. 有些系统在充电前需要加热器或预热期.

如何在寒冷天气下提高电池性能?

使用合适的低温电池, 添加绝缘层, 监测温度, 控制充电并包含足够的容量储备.

LiFePO4适合寒冷环境吗?

当安全性和循环寿命很重要时，LiFePO4 可能是合适的, 但必须针对所选产品检查其充电和放电温度限制.

哪些设备常用低温电池?

应用包括室外监控设备, 冷藏物流, 科学仪器, 海洋系统, 无人机, 机器人, 应急设备和远程工业传感器.

Keeppower可以定制低温电池组吗?

Keeppower提供定制电池组. 项目可能包含特殊尺寸, 连接器, 保护电路, 温度传感器和热管理.

低温电池报价需要提供哪些信息?

提供工作温度, 充电温度, 电压, 容量, 当前的, 方面, 连接器, 运行时, 环境条件和预计订单数量.

结论

寒冷的环境给可充电锂电池带来了额外的挑战. 低温会降低容量, 增加内阻, 如果电池控制不当，会限制电流输出并导致充电不安全.

应根据完整的应用选择可靠的低温电池解决方案. 工程师需要考虑温度范围, 容量储备, 收费策略, 当前需求, 化学, 保护, 外壳设计和热管理.

Keeppower提供低温电池, 受保护的圆柱形电池, 高容量产品, 高放电电池和定制电池组. 通过将正确的电池与适当的保护和热设计相结合, 制造商可以提高户外的可靠性, 工业及冷链设备.