Caractéristiques météorologiques de la batterie dans des conditions extrêmes

Dans des conditions extrêmes, l'une des choses les plus importantes à avoir est une source d'énergie fiable. Pour savoir quelle batterie convient le mieux à votre situation, vous devez d'abord savoir comment le froid les affecte. Les batteries sont très sensibles aux changements fréquents de température et à certaines conditions météorologiques, ce qui affecte leur durée de vie. Il est donc important de concevoir des systèmes efficaces de gestion thermique des batteries afin d'améliorer la dissipation de la chaleur et de répondre à des exigences telles qu'une puissance élevée, des taux de charge rapides et des performances améliorées, qui ont été développées et mises en œuvre. Ces changements rapides des batteries doivent être surveillés attentivement et gérés afin d'éviter les problèmes de sécurité et les problèmes thermiques. En conclusion, la gestion thermique dans un véhicule électrique est importante pour prolonger la durée de vie de la batterie dans des conditions climatiques extrêmes.

‍Utilisation de piles au lithium par temps froid :

La vie hors réseau peut devenir dangereuse lorsque les températures descendent en dessous du point de congélation, et vous voulez être sûr d'avoir tout ce qu'il vous faut.

Les batteries plomb-acide ont tendance à être moins performantes que les batteries lithium. Les batteries au lithium sont donc la meilleure source d'énergie pour ceux qui souhaitent explorer des endroits où les températures descendent jusqu'à des conditions glaciales. Les dommages subis par la batterie lorsqu'elle est rechargée à des températures plus froides sont proportionnels à la vitesse de charge. Une charge beaucoup plus lente peut réduire les dégâts, mais c'est rarement une solution pratique. Les températures inférieures à 0°C réduisent à la fois l'efficacité et la capacité utilisable des batteries au lithium, mais elles fonctionnent encore avec très peu de pertes, fournissant 95 à 98 % de leur capacité.

Lorsque les températures sont comprises entre 0°C et -10°C, les piles ne peuvent pas être chargées à une température supérieure à 1C. Lorsque les températures sont comprises entre -10°C et -20°C, les piles ne peuvent pas être chargées à plus de 0,05C. À environ -30°C, la capacité en Ah de la batterie chute à 50 %. Au point de congélation (en dessous de -30°C), la capacité est réduite de 20 %. Ces taux de charge augmenteront certainement la durée de la charge et compliqueront l'ensemble du processus. Lors d'une charge à des températures supérieures au point de congélation, les ions lithium à l'intérieur de la batterie sont absorbés comme dans une éponge par le graphite poreux qui constitue l'anode, la borne négative de la batterie.

En dessous du point de congélation, cependant, les ions lithium ne sont pas capturés efficacement par l'anode. Au lieu de cela, de nombreux ions lithium recouvrent la surface de l'anode, un processus appelé placage de lithium, ce qui signifie qu'il y a moins de lithium disponible pour provoquer le flux d'électricité et que la capacité de la batterie diminue. La charge en dessous du point de congélation à un taux de charge inapproprié rend également la batterie moins stable mécaniquement et plus sujette à une défaillance soudaine. À moins que votre BMS ne communique avec votre chargeur et que ce dernier soit capable de réagir aux données fournies, cela peut s'avérer difficile. Si vous chargez la batterie à des températures inférieures au point de congélation, vous devez vous assurer que le courant de charge représente 5 à 10 % de la capacité de la batterie.

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Grandes variations de température

La tension de charge de la batterie varie également en fonction de la température. Elle varie d'environ 2,74 volts par élément à -40°C à 2,3 volts par élément à 50°C. C'est pourquoi votre chargeur de batterie ou votre régulateur de charge doit être équipé d'une compensation de température si vos batteries se trouvent à l'extérieur et/ou sont soumises à de fortes variations de température.

We have seeing the growing demand for low-temperature (<–40°C) battery from specific field, such as high-altitude aircrafts, polar expedition, some military equipment and so on.

Parallèlement, l'apparition fréquente de conditions météorologiques extrêmes, telles que le récent vortex polaire qui a balayé la moitié de l'hémisphère nord, a suscité de nombreuses inquiétudes quant à la réduction de l'autonomie des batteries et à la diminution de la durabilité des batteries dans de nombreux autres appareils électroniques ou outils électriques, et a également favorisé l'augmentation des exigences en matière de performances des batteries à très basse température. L'origine de la détérioration des performances électrochimiques à basse température a été révélée comme suit :

1. l'électrolyte devient plus visqueux, voire gèle, ce qui aggrave la mobilité des ions et la mouillabilité des électrodes
2. le transfert de charge à l'intérieur de l'électrode devient beaucoup plus difficile en raison de la résistance intrinsèque des joints de grains et de la lenteur de la diffusion des ions métalliques dans le réseau organique.
3. l'interface électrolyte solide (SEI) devient moins perméable aux ions métalliques
4. la réaction de dépôt de métal devient très problématique. Ces facteurs conduisent collectivement à l'évanouissement de la cinétique et leurs effets conjugués rendent le problème plus difficile à résoudre.

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Étude de cas :

Pour tester notre modèle à l'aide d'une analyse thermique pour des batteries fonctionnant dans des conditions climatiques extrêmes telles que -40°C, les étapes suivantes ont été réalisées et les résultats sont présentés :

1. Définir les paramètres d'essai :
   - Définir les aspects spécifiques de la performance thermique, compte tenu de la température extrêmement basse (-40°C), nous avons identifié les limites de température critiques ou les critères de performance que les batteries doivent respecter dans ces conditions météorologiques difficiles.
2. Modélisation informatique :
   - Utiliser un logiciel d'analyse thermique capable de simuler le comportement thermique de la batterie dans des conditions de froid extrême, un modèle virtuel détaillé du système de batterie est créé, en tenant compte de sa géométrie, des matériaux et des composants internes, et le modèle représente avec précision les caractéristiques physiques des batteries.
   - Les conditions limites, y compris la température ambiante fixée à 40°C, les taux de génération de chaleur, la conductivité thermique et les capacités thermiques spécifiques des matériaux impliqués sont définies et les simulations ont été effectuées.

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3. Essais expérimentaux (méthode facultative) :
   - Envisager de réaliser des essais expérimentaux dans des chambres froides pour valider les résultats obtenus à partir de la modélisation informatique en utilisant des thermocouples ou d'autres dispositifs de mesure de la température pour contrôler la température de la batterie pendant les essais et évaluer ses performances, sa capacité et sa stabilité.
   - Comparer les résultats expérimentaux avec les résultats de la simulation pour valider la précision du modèle informatique.