Зарядка литиевых аккумуляторов при высоких температурах вызывает быстрые химические реакции, которые ставят под угрозу безопасность и производительность. Повышается риск вздутия, выхода газов из строя или даже возгорания, как показано ниже.
Статистическое описание | Значение/диапазон |
|---|---|
Диапазон температур теплового разгона | 60 ° C до 100 ° C |
Ежегодное количество возгораний литий-ионных аккумуляторов (США) | ~2,000 случаев |
Скорость воспламенения литий-ионного аккумулятора электромобиля | ~0.03% на автомобиль в год |
Контроль температуры остаётся важным фактором для каждого литий-ионного аккумулятора. Передовые системы Cadex помогают управлять зарядкой литиевых аккумуляторов при высоких температурах, снижая количество инцидентов. На предприятиях Великобритании перегрев является причиной 36% инцидентов с литий-ионными аккумуляторами:
Основные выводы
Зарядка литиевых аккумуляторов при высоких температурах ускоряет вредные химические реакции, которые могут привести к вздутию, скоплению газа и даже возгоранию, поэтому всегда поддерживайте температуру зарядки в безопасных пределах.
Высокотемпературная зарядка сокращает срок службы аккумулятора, повреждая внутренние детали и увеличивая потерю емкости, поэтому для продления срока службы аккумулятора необходим правильный контроль температуры.
Используйте системы управления аккумуляторными батареями и соблюдайте рекомендуемые температурные диапазоны (от 10°C до 30°C), чтобы обеспечить безопасную зарядку, повысить производительность и предотвратить опасные сбои.
Часть 1: Риски высоких температур при зарядке литий-ионных аккумуляторов
1.1 Химические проблемы и вопросы безопасности
Зарядка литиевых аккумуляторов при высоких температурах создаёт опасную среду внутри аккумулятора. При зарядке литий-ионного аккумулятора выше рекомендуемых значений химические реакции ускоряются. Это ускорение приводит к быстрому газообразованию, вздутию и повышенному риску выхода из строя или даже теплового пробоя. Вы можете заметить, что корпус аккумулятора нагревается или вздувается, что свидетельствует о внутреннем давлении, вызванном скоплением газа. В тяжёлых случаях предохранительный клапан разрывается, выпуская эти газы, что иногда приводит к возгоранию или взрыву.
Примечание: Лабораторные исследования с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и калориметрии с ускоренной скоростью (АРК) показывают, что тепловой разгон в литий-ионных аккумуляторных элементах может начаться при температурах вплоть до 131–132 °С. Для больших аккумуляторных батарей критическая температура окружающей среды для самовозгорания может опускаться всего до 45 °C, особенно при высоком уровне заряда (SOC).
Эмпирические исследования подтверждают эти риски:
Численное моделирование показывает, что тепловое напряжение приводит к структурным разрушениям компонентов аккумуляторной батареи при тепловом разгоне.
Экспериментальные испытания литий-ионных аккумуляторов 21700 показывают, что при 100% уровне заряда температура может резко возрасти более 20 °C в секунду, достигая 182 °C.
Избыточная зарядка при высокой температуре снижает начало теплового разгона со 140 °C до 60 °C, что повышает вероятность возникновения инцидентов.
Газовый анализ при 90 °C определяет CO, CO₂, CH₄ и C₂H₄ как основные побочные продукты, связывая набухание и вентилирование с разложением электролита и разрушением слоя SEI.
Фактор риска | Описание | Типичная температура начала |
|---|---|---|
Генерация газа | CO, CO₂, CH₄, C₂H₄ от распада электролитов | 90 °С+ |
Отек и вентиляция | Повышение давления приводит к разрыву предохранительных клапанов. | 90 °С+ |
Термический побег | Быстрое повышение температуры, пожар или взрыв | 60–132 °С |
Структурный отказ | Компоненты аккумуляторной батареи выходят из строя из-за термического воздействия | 45 °C+ (большие упаковки) |
Вы должны управлять этими рисками, особенно в промышленность, основным медицинским и робототехнические приложения, где безопасность аккумуляторных батарей критически важна. Усовершенствованные системы управления аккумуляторными батареями (BMS) с электрическими предохранительными клапанами и оптимизированной системой вентиляции могут срабатывать в течение 50 мс, повышая предотвращение взрывов и защищая соседние модули. Алгоритмы Cadex для измерения температуры и защиты помогают избежать зарядки при небезопасных температурах, снижая риск катастрофического отказа.
1.2 Влияние на срок службы батареи
Зарядка литиевых аккумуляторов при высоких температурах не только угрожает безопасности, но и сокращает срок их службы. Воздействие высоких температур на литий-ионный аккумулятор во время зарядки ускоряет нежелательные побочные реакции. Эти реакции утолщают слой твердого электролита (SEI) и вызывают потерю лития, что приводит к необратимому снижению емкости и повышению внутреннего сопротивления.
Лабораторные данные подчеркивают воздействие:
Параметр | Состояние | Измерение / Результат | Влияние на производительность батареи |
|---|---|---|---|
Емкость снижается после цикла | 30 °С, 0.5С | ~13% потери | Умеренное выцветание в стандартных условиях |
Емкость снижается после цикла | 60 °C, оба показателя C | Аналогичное затухание, лучше, чем 0 °C, но рост SEI преобладает | Высокая температура ускоряет рост SEI |
Омическое сопротивление после цикла | 0 °С, 0.5С | ~37 мОм | Значительное увеличение из-за плохой ионной подвижности |
Повышение внутренней температуры | 60 °С, 1С | на 10 °C выше температуры окружающей среды | Рост SEI продолжается, несмотря на улучшение кинетики |
Реальные исследования подтверждают эти выводы:
Tesla Powerwall 2 (версия LFP) потеряла 18% ёмкости за пять лет из-за высоких температур и условий зарядки. Улучшенные методы охлаждения и зарядки замедлили дальнейшую деградацию.
Электробусы BYD потеряли 25% запаса хода за три года из-за частой быстрой зарядки при высокой температуре. Переход на более медленную зарядку и более эффективное терморегулирование снизили годовую деградацию с 8% до 3%.
Обратите внимание, что необратимую деградацию, вызванную высокотемпературной зарядкой, невозможно полностью обратить вспять. Состояние работоспособности аккумулятора (SOH) ухудшается быстрее, и старые аккумуляторы становятся более склонными к тепловому разгону. Для промышленных аккумуляторов это означает более высокие затраты на обслуживание и более короткие циклы замены.
Наконечник: Передовые алгоритмы измерения температуры и адаптивной зарядки Cadex помогают поддерживать безопасные условия зарядки. Интеграция этих решений продлевает срок службы аккумулятора и снижает риск внезапных сбоев в сложных условиях.
Если Вы хотите изучите индивидуальные решения для аккумуляторов для подачи заявки свяжитесь с нами для консультации.
Часть 2: Проблемы зарядки при экстремальных температурах и лучшие практики
2.1 Безопасные диапазоны температур
При зарядке литий-ионного аккумулятора необходимо уделять особое внимание температуре. Технические отчёты EpecTec рекомендуют безопасный диапазон температур для зарядки от 0°C до 45°C (от 32°F до 113°F). Зарядка при температуре ниже нуля может привести к образованию литиевого покрытия, что приводит к необратимому повреждению. Быстрая зарядка безопасна только при температуре выше 5°C (41°F), и следует избегать зарядки при температуре ниже этого значения, если ваша система не сертифицирована для таких условий. Исследования подтверждают, что Оптимальный диапазон для зарядки — от 10°C до 30°CВ этом диапазоне достигается оптимальный баланс производительности, безопасности и времени автономной работы. Зарядка вне этих диапазонов увеличивает риск вздутия, газообразования и потери ёмкости.
Зарядка при температуре ниже 5°C замедляет процесс и увеличивает внутреннее сопротивление.
Зарядка при температуре выше 45°C может привести к вздутию или даже взрыву.
Наилучшие результаты достигаются при поддержании температуры в диапазоне от 10°C до 30°C.
2.2 Решения по управлению тепловым режимом
Системы управления аккумуляторными батареями (BMS) играют важнейшую роль в предотвращении проблем с зарядкой при экстремальных температурах. Эти системы используют датчики температуры и алгоритмы компенсации для регулировки напряжения и тока, поддерживая литий-ионные аккумуляторы в безопасных пределах. В таблице ниже показано, как изменяются пределы напряжения в зависимости от температуры:
Температура (° С) | Предел напряжения (В/элемент) |
|---|---|
-20 | 2.70 |
0 | 2.55 |
25 | 2.45 |
40 | 2.35 |
Cadex предлагает адаптивные решения для зарядки, реагирующие на изменения температуры в режиме реального времени. Вы можете дополнительно повысить безопасность, используя передовые системы терморегулирования, такие как модуляция охлаждающей жидкости или активные тепловые переключателиЭти методы помогают поддерживать оптимальные условия даже при быстрой зарядке или в суровых условиях. Для промышленных, медицинских или робототехнических аккумуляторов всегда следует применять строгие протоколы зарядки и консультироваться со специалистами для поиска индивидуальных решений. Свяжитесь с нами для консультации для максимального повышения безопасности и производительности.
Зарядка литий-ионные аккумуляторы При высоких температурах повышается риск для безопасности и ускоряется потеря ёмкости. Вы можете продлить срок службы аккумулятора, следуя этим рекомендациям:
Химия | Диапазон температуры заряда | Основные рекомендации |
|---|---|---|
Литий-ионная | 10-30 ° С | Избегайте температуры >50°C; никогда не заряжайте при температуре ниже 0°C |
FAQ
1. Какой наиболее безопасный температурный диапазон для зарядки литиевых аккумуляторных батарей в промышленных условиях?
Литиевые аккумуляторы следует заряжать при температуре от 10°C до 30°C. Этот диапазон обеспечивает оптимальную производительность, безопасность и долговременную надежность. промышленность аккумуляторные системы.
2. Как высокотемпературная зарядка влияет на различные химические составы литиевых аккумуляторов?
Химия | Напряжение платформы | Плотность энергии (Вт·ч/кг) | Срок службы (циклов) |
|---|---|---|---|
Литиевая батарея LCO | 3.7V | 180-230 | 500-1000 |
Литиевая батарея NMC | 3.6–3.7 В | 160-270 | 1000-2000 |
Литиевая батарея LiFePO4 | 3.2V | 100-180 | 2000-5000 |
Литиевая батарея LMO | 3.7V | 120-170 | 300-700 |
Высокие температуры ускоряют деградацию всех химических веществ, сокращая срок службы и увеличивая риски безопасности.
3. Почему вам следует использовать система управления аккумулятором (BMS) для литиевых аккумуляторов?
Система управления аккумулятором (BMS) контролирует температуру, напряжение и ток. Вы предотвращаете небезопасную зарядку и продлеваете срок службы аккумулятора.
