在高溫和低溫下放電

探索在不利溫度下操作電池時(shí)的限制，并學(xué)習(xí)如何將影響降至最低。

和人類(lèi)一樣，電池在室溫下的功能最好。由于電化學(xué)反應(yīng)的改善，用手機(jī)或牛仔褲里的手電筒加熱即將耗盡的電池可能會(huì)提供額外的運(yùn)行時(shí)間。這可能也是制造商更喜歡指定溫度為27°C（80°F）的電池的原因。在高溫下操作電池可以提高性能，但長(zhǎng)時(shí)間暴露會(huì)縮短壽命。

寒冷國(guó)家的所有司機(jī)都知道，溫暖的電池比寒冷的電池更能啟動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。低溫會(huì)增加內(nèi)阻并降低容量。在 27°C (80°F) 時(shí)提供 100% 容量的電池在 –18°C (0°F) 時(shí)通常只能提供 50% 的容量。瞬時(shí)容量下降因電池化學(xué)成分而異。

干式固體聚合物電池需要 60–100°C（140–212°F）的溫度以促進(jìn)離子流動(dòng)并導(dǎo)電。這種類(lèi)型的電池已經(jīng)在炎熱氣候中的固定電源應(yīng)用中找到了一個(gè)利基市場(chǎng)，在這種情況下，熱量是催化劑而不是缺點(diǎn)。內(nèi)置加熱元件使電池始終保持運(yùn)行狀態(tài)。高昂的電池成本和安全問(wèn)題限制了該系統(tǒng)的應(yīng)用。更常見(jiàn)的 鋰聚合物使用凝膠電解質(zhì)來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)電性。

如果在 20°C (68°F) 或稍低的溫度下使用，所有電池都能達(dá)到最佳使用壽命。例如，如果電池在 30°C (86°F) 而不是更適中的較低室溫下工作，則循環(huán)壽命將減少 20%。在 40°C (104°F) 時(shí)，損耗躍升至高達(dá) 40%，如果在 45°C (113°F) 下充電和放電，循環(huán)壽命僅為在 20°C 下使用時(shí)預(yù)期壽命的一半攝氏度（華氏 68 度）。

所有電池的性能在低溫下都會(huì)急劇下降；然而，增加的內(nèi)阻會(huì)因施加負(fù)載電流時(shí)電壓降引起的效率損失而引起一些溫?zé)嵝?yīng)。在 –20°C (–4°F) 時(shí)，大多數(shù)電池的性能水平約為 50%。盡管 NiCd 可降至 –40°C (–40°F)，但允許的放電僅為 0.2C（5 小時(shí)率）。特種鋰離子電池可以在 –40°C 的溫度下運(yùn)行，但只能以較低的放電率運(yùn)行；在這個(gè)溫度下充電是不可能的。鉛酸存在電解質(zhì)凍結(jié)的危險(xiǎn)，這會(huì)導(dǎo)致外殼破裂。當(dāng)比重更像水時(shí)，比充滿(mǎn)電時(shí)鉛酸在低電量時(shí)凍結(jié)得更快。

圖 1 顯示了 18650 鋰離子電池在不同溫度下的放電電壓。2.8Ah 電池的 3A 放電代表 1.07C 的 C 倍率。低溫下降低的容量?jī)H適用于電池處于該條件下并且將在室溫下恢復(fù)的情況。

圖 1：18650 鋰離子電池在 3A 和各種溫度下的放電電壓。

具有相同容量的匹配電池在低溫和重負(fù)載放電時(shí)起著重要作用。由于電池組中的電池永遠(yuǎn)無(wú)法完美匹配，如果允許放電繼續(xù)超過(guò)安全截止點(diǎn)，則多電池組中較弱的電池可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)電壓電勢(shì)。被稱(chēng)為電池逆轉(zhuǎn)，弱電池會(huì)受到壓力，以至于形成永久性電氣短路。細(xì)胞計(jì)數(shù)越大，細(xì)胞在負(fù)載下逆轉(zhuǎn)的可能性就越大。低溫和重載下的過(guò)放電是導(dǎo)致無(wú)繩電動(dòng)工具電池失效的重要因素。 

電動(dòng)汽車(chē)兩次充電之間的續(xù)駛里程是在環(huán)境溫度下計(jì)算的。EV 司機(jī)正在意識(shí)到寒冷的溫度會(huì)減少可用里程。這種損失不僅是由電加熱機(jī)艙引起的，而且是由電池電化學(xué)反應(yīng)固有的減慢造成的，這會(huì)在寒冷時(shí)降低容量。

和人類(lèi)一樣，電池在正常室溫環(huán)境下運(yùn)行最好，由于改進(jìn)了電化學(xué)反應(yīng)，電池制造商喜歡推薦電池在27 °C(80 ° F)溫度下使用，雖然在高溫下可以提高電池性能，但長(zhǎng)時(shí)間暴露會(huì)縮短壽命。

正如衰冷國(guó)家的所有司機(jī)都知道,電池溫度在常溫環(huán)境下比在低溫環(huán)境下能更好的帶動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。低溫會(huì)増加內(nèi)阻并降低容量。在27C(80°F)下提供100%容?的電池通常在18C(0°F下只能提供50%。瞬時(shí)容量下降因電池化學(xué)性質(zhì)而異。干固體聚合物電池需要60-100°C(140-212F的溫度來(lái)促進(jìn)離子流動(dòng)并變得導(dǎo)電。這種類(lèi)型的電池在炎熱氣候中的固定電源應(yīng)用中找到了一個(gè)利基市場(chǎng),在這種氣候中熱?充當(dāng)催化劑而不是劣勢(shì)。內(nèi)置加熱元件使電池始終正常昂的電池成本和安全問(wèn)題限制了該系統(tǒng)的應(yīng)用。更常見(jiàn)的鋰聚合物使用凝膠電解質(zhì)來(lái)提高導(dǎo)電性如果在20°C(68°或略低于20°C(68F的溫度下使用,所有電池均最佳使用壽命例如,如果電池在3F)而非更道中的較低室溫下運(yùn)行,則信環(huán)壽命將減少20%。在104F損耗躍升至40在45c(113日下充電和放電,信環(huán)壽命僅為20°時(shí)期壽命的一所有電池的性能在低溫下急劇下降;但是,當(dāng)施加負(fù)載電流時(shí),由于電壓下降引起的效率損失,升高的內(nèi)阻會(huì)引起一些升溫效應(yīng)。在-20C(4時(shí),大多數(shù)電池的性能水平約為正第溫度下的50%。雖然渠鎘電池可以降至-40C(-40),但允許的放電僅為0.2(5小時(shí)速率種鋰離子電池可以在-40°C的溫度下工作能以較低的放電速率運(yùn)行在這個(gè)溫度下充不可能的。使用鉛酸存在電解液凍結(jié)的危險(xiǎn),這可能會(huì)導(dǎo)致外殼破裂。當(dāng)比重更像水而不是充滿(mǎn)電時(shí),鋁酸在低電荷時(shí)更快地凍結(jié)。

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本文由日本NEC鋰電池中國(guó)營(yíng)銷(xiāo)中心于2025-07-01 11:10:54 整理發(fā)布。
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