大多數電池的快速充電,被限制在+5℃~+45℃之間。為了獲得最佳充電效果,還會考慮將溫度範圍縮小至+10℃~+30℃之間,因為如鎳基電池的氧和氫的重新組合能力會降低。

如果電池的充電速度過快,電池中的壓力就會增加,從而導致放電。充電溫度低於0℃時,將所有鎳基電池的充電電流降至0.1C非常重要。

*電子技術設計(EDN)快速說明「C」的定義:如果電池容量為1,000mAh,「C」被定義為在1小時內放電1,000mA。

具有負電壓(NDV)滿電檢測功能的鎳基充電器,可在低溫下快速充電時提供一定的保護:當低溫模擬充滿電的電池時,充電接受能率不佳。這部分原因是,在低溫下由於氣體重組能力降低而導致高壓累積所造成。滿電時的壓力升高和電壓下降似乎是相伴發生。

為了能夠在所有溫度下進行快速充電,一些工業電池添加了保暖毯(thermal blanket),將電池加熱到合適的溫度;智慧充電器自動調節充電率到當前的溫度。消費電子的充電器沒有這些功能,終端使用者只能在室溫下充電。

不同類型電池在低溫下的表現

當涉及到極端溫度時,鉛酸電池相當寬容,正如我們汽車中的蓄電池電池顯示的那樣。推薦的低溫充電速率為0.3C,與正常情況幾乎相同。在+20℃的舒適溫度下,充氣開始時充電電壓為2.41V/電池芯。到-20℃時,充氣閾值升至2.97V/電池。

凍過的鉛酸電池會導致永久性損壞。始終保持電池完全充電,因為在放電狀態下,電解液變得更像水,比充滿電時更易結冰。被浸沒過的鉛酸蓄電池往往會破裂,如果被凍過就會造成洩漏;密封鉛酸包裝失去效力,失效前只能提供幾次充電週期,即需要更換。

鋰離子電池在較冷的溫度下可提供相當好的充電性能,並能在+5~+45℃的溫度範圍內快速充電;低於+5℃時,充電電流應降低,在結冰的溫度下不允許充電。在充電過程中,內部電池芯電阻引起輕微的溫度升高,從而補償一些寒冷。所有電池的內部電阻在寒冷時變得更高。

許多電池用戶並不知道,消費級鋰離子電池在低於0℃時不能充電。儘管電池組看起來在正常充電,但在低溫充電過程中,陽極上可能會發生金屬鋰電鍍,這個電鍍是永久的,不會伴隨充電週期消除。如果暴露在振動或其他壓力條件下,鋰離子電池更容易出現故障。先進的充電器可以防止鋰離子電池在低於結冰溫度時充電。

對低於冰凍溫度的鋰離子電池充電,正取得進展。對於大多數鋰離子電池來說,充電確實是可能的,但是以非常低的電流進行。

根據研究論文,-30℃的允許充電率為0.02C。例如:2,500mAh的電池在-30℃時需要以50mA的電流充電,在這樣低的電流下,充電時間需要延長到50小時以上,這似乎是不切實際的,但在北方的石油/天然氣領域,保持鋰離子電池組就序狀態並充滿電,以便控制管道內的壓力和其他參數,似乎是行的通的。通常這些電池組被用作備援電源。

所有電池在低溫下的性能急劇下降;然而,由於使用過程中內部直流電阻會升高,產生的效率損失會造成一些變暖效應。在-20℃時,大多數電池停止工作。儘管鎳鎘電池的工作溫度可以降低到-40℃,但允許的放電量只有0.2C。鋰離子電池可以工作在-40℃的溫度,但只能在較低的放電速率下工作,在這個溫度下充電是不可能的。用鉛酸電池會有電解質凍結的危險,這會使外殼破裂,當充滿電時鉛酸液比重更像是水,只有少量電量時會快速凍結。

具有相同容量的匹配電池在低溫和重負荷下放電時起重要作用。由於電池組中的電池永遠不可能完美匹配,因此如果允許放電持續超過安全的低電池量切斷點,則在多電池組中的較弱電池上可能出現負電壓電位,這被稱為電池芯逆轉,弱電池會成為永久的電量少的點。電池芯數量越大,負載下電池芯逆轉的可能性就越大。在低溫和高負載下過放電,是造成電池供電設備/系統故障的主要原因。

如果在明顯低於-10℃的溫度下充放電,電池容量也可能會降低,這與充電時的鋰電鍍同時發生。在這些低溫下,可使用的能量也大大減少。

讀者們在低溫下使用電池的經驗是什麼?

(參考原文: Battery Charging at Low Temperatures,by Victor Chertakovsky,EDN中國版胡安編譯)