Sạc pin ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp

Sạc pin ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp : Pin hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ rộng, nhưng sạc pin thì không. Quá trình sạc phức tạp hơn quá trình xả và cần phải cẩn thận hơn. Ở nhiệt độ quá thấp và nhiệt độ cao làm giảm khả sạc, vì vậy pin phải được đưa về nhiệt độ vừa phải trước khi sạc .

Các loại pin cũ chẳng hạn như axit chì và NiCd, có dung sai sạc cao hơn các loại pin mới. Điều này cho phép chúng sạc dưới mức đóng băng nhưng với mức sạc C giảm . Ở nhiệt độ thấp sạc pin NiCd khó hơn NiMH.

Bảng 1 tóm tắt nhiệt độ sạc và xả cho phép của các loại pin sạc thông thường. Bảng này không bao gồm các loại pin đặc biệt được thiết kế để sạc ngoài các thông số này .

Xem bài viết : Sạc pin lithium đúng cách
 

Bảng 1: Giới hạn nhiệt độ cho phép đối với các loại pin khác nhau.  Pin có thể được xả trong một phạm vi nhiệt độ lớn, nhưng nhiệt độ sạc bị giới hạn. Để có kết quả tốt nhất, hãy sạc từ 10 ° C đến 30 ° C (50 ° F và 86 ° F). Giảm dòng điện khi nhiệt độ thấp .
 

Sạc pin ở nhiệt độ thấp – Sạc pin ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp

Sạc nhanh hầu hết các loại pin được giới hạn ở 5 ° C đến 45 ° C (41 ° F đến 113 ° F); để có kết quả tốt nhất, hãy xem xét thu khoảng nhiệt độ xuống từ 10 ° C đến 30 ° C (50 ° F và 86 ° F) vì khả năng tái kết hợp oxy và hydro giảm đi khi sạc pin pin niken dưới 5 ° C (41 ° F) . Nếu sạc quá nhanh, áp suất tích tụ trong pin có thể dẫn đến nổ pin. Giảm dòng điện sạc của tất cả pin làm từ niken xuống 0,1C khi sạc dưới mức đóng băng .

Bộ sạc pin niken với tính năng phát hiện sạc đầy NDV cung cấp một số biện pháp bảo vệ khi sạc nhanh ở nhiệt độ thấp. Điều này một phần là do sự tích tụ áp suất cao do khả năng tái kết hợp các khí ở nhiệt độ thấp bị giảm. Tăng áp suất và giảm điện áp khi sạc đầy dường như đồng nghĩa với nhau .

Để cho phép sạc nhanh ở mọi nhiệt độ, một số loại pin công nghiệp thêm một lớp đệm nhiệt làm nóng pin đến nhiệt độ chấp nhận được; các bộ sạc khác điều chỉnh tốc độ sạc theo nhiệt độ thực tế. Bộ sạc dành cho tiêu dùng không có những quy định này và người dùng chỉ nên sạc ở nhiệt độ phòng .

Loại pin Axit chì có thể sạc ở nhiệt độ khắc nghiệt, như pin khởi động trong ô tô . Mức sạc được khuyến nghị ở nhiệt độ thấp là 0,3C, gần giống với điều kiện bình thường. Ở nhiệt độ là 20 ° C (68 ° F), quá trình thoát khí bắt đầu ở điện áp sạc là 2.415V / cell. Khi đến –20 ° C (0 ° F), ngưỡng khí tăng lên ở điện áp sác 2,97V / cell .

Pin axit chì sạc với dòng điện không đổi đến điện áp đặt thường là 2,40V / cell ở nhiệt độ môi trường. Điện áp này được điều chỉnh bởi nhiệt độ và được đặt cao hơn khi lạnh và thấp hơn khi ấm. Hình 2 minh họa các cài đặt được khuyến nghị cho hầu hết các loại pin axit chì. Song song đó, hình cũng cho thấy điện áp sạc nhỏ giọt được khuyến nghị mà bộ sạc sẽ trở lạ trạng thái ban đầu khi pin được sạc đầy. Khi sạc pin axit chì ở nhiệt độ dao động, bộ sạc phải có tính năng điều chỉnh điện áp để giảm thiểu căng thẳng cho pin.
 

Hình 2: Điện áp của pin khi tích điện và sạc nổi ở các nhiệt độ khác nhau.- Sạc pin ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp
Sạc ở nhiệt độ lạnh và nóng yêu cầu điều chỉnh giới hạn điện áp.

Việc đóng băng pin axit chì dẫn đến hư hỏng vĩnh viễn. Luôn luôn sạc đầy pin vì ở trạng thái xả, chất điện phân trở nên giống nước hơn và đóng băng sớm hơn so với khi được sạc đầy. Trọng lượng riêng 1,15 có nhiệt độ đóng băng –15 ° C (5 ° F). Điều này so với –55 ° C (–67 ° F) cho trọng lượng riêng là 1.265 khi pin khởi động được sạc đầy. Ắc quy axit chì bị ngập nước có xu hướng làm nứt vỏ và gây rò rỉ nếu bị đóng băng; Các Pin axit chì kín sẽ mất hiệu lực và chỉ cung cấp một vài chu kỳ trước khi chúng hỏng và cần thay thế .

Pin lithium ion có thể được sạc nhanh từ 5 ° C đến 45 ° C (41 đến 113 ° F). Dưới 5 ° C, dòng điện sạc phải giảm và không được phép sạc ở nhiệt độ đóng băng vì tốc độ khuếch tán trên cực dương giảm. Trong quá trình sạc, điện trở bên trong pin gây ra sự tăng nhiệt độ nhẹ để bù đắp cho một phần nhiệt độ. Điện trở bên trong của tất cả các pin tăng lên khi lạnh, kéo dài thời gian sạc.

Nhiều người sử dụng pin không biết rằng không thể sạc pin lithium-ion tiêu dùng dưới 0 ° C (32 ° F). Mặc dù pin đang sạc bình thường, nhưng lớp mạ kim loại lithium có thể xảy ra trên cực dương trong quá trình sạc dưới mức đóng băng.Pin có lớp mạ lithium dễ bị hỏng hơn nếu bị va đập hoặc các điều kiện căng thẳng khác. Bộ sạc tiên tiến (Cadex) ngăn không cho sạc Li-ion dưới mức đóng băng .

Những tiến bộ đang được thực hiện để sạc Li-ion dưới nhiệt độ đóng băng. Thực sự có thể sạc với hầu hết các loại pin lithium-ion nhưng chỉ với dòng điện rất thấp. Theo các tài liệu nghiên cứu, mức sạc cho phép ở –30 ° C (–22 °F) là 0,02C. Ở dòng điện thấp này, thời gian sạc sẽ kéo dài hơn 50 giờ, một thời gian được cho là không thực tế. Tuy nhiên, có những pin Li-ion đặc biệt có thể tích điện xuống –10 ° C (14 ° F) với tốc độ giảm .

Sạc nhiệt độ cao

Nhiệt là kẻ thù tồi tệ nhất của pin, kể cả axit chì. Việc bổ sung bù nhiệt độ trên bộ sạc axit chì để điều chỉnh các biến đổi nhiệt độ được cho là sẽ kéo dài tuổi thọ pin lên đến 15 phần trăm. Mức bù được khuyến nghị là giảm 3mV trên mỗi cell cho mỗi lần tăng nhiệt độ (độ C). Nếu điện áp nổi được đặt thành 2,30V / cell ở 25 ° C (77 ° F), thì điện áp sẽ đọc 2,27V / cell ở 35 ° C (95 ° F). Lạnh hơn, điện áp phải là 2,33V / cell ở 15 ° C (59 ° F). Các điều chỉnh 10 ° C này thể hiện sự thay đổi 30mV.

Bảng 3 chỉ ra điện áp đỉnh tối ưu ở các nhiệt độ khác nhau khi sạc pin axit chì. Bảng này cũng bao gồm điện áp nổi được khuyến nghị khi ở chế độ chờ .
 

Bảng 3: Giới hạn điện áp khuyến nghị khi sạc và duy trì ắc quy axit chì. Bù điện áp kéo dài tuổi thọ của pin khi hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt . 

Sạc pin làm từ niken ở nhiệt độ cao làm giảm quá trình tạo oxy, làm giảm khả năng tiếp nhận điện tích. Nhiệt làm bộ sạc nghĩ rằng pin đã được sạc đầy khi chưa sạc .

Sạc pin bằng niken khi ấm làm giảm quá trình tạo oxy làm giảm khả năng nhận sạc. Nhiệt làm bộ sạc nghĩ rằng pin đã được sạc đầy khi chưa sạc. Hình 4 cho thấy hiệu suất sạc giảm mạnh từ “đường hiệu suất 100 phần trăm” khi ở trên 30 ° C (86 ° F). Ở 45 ° C (113 ° F), pin chỉ có thể sạc 70 phần trăm dung lượng; ở 60 ° C (140 °F) việc còn 45 phần trăm. NDV phát hiện sạc đầy trở nên không đáng tin cậy ở nhiệt độ cao hơn và cảm biến nhiệt độ là điều cần thiết để dự phòng .

Hình 4: Sự chấp nhận sạc pin NiCd như một hàm của nhiệt độ. Nhiệt độ cao làm giảm khả năng chấp nhận sạc từ “đường hiệu suất 100%”. Ở 55 ° C, NiMH thương mại có hiệu suất tích điện từ 35–40%; NiMH công nghiệp mới hơn đạt 75–80%.

Pin Lithium-ion hoạt động tốt ở nhiệt độ cao nhưng tiếp xúc lâu với nhiệt làm giảm tuổi thọ. Việc sạc và xả ở nhiệt độ cao có thể sinh ra khí có thể gây ra thoát khí dẫn đến phồng pin. Nhiều bộ sạc cấm sạc trên 50 ° C (122 ° F).

Một số pin lithium được làm nóng trong giây lát đến nhiệt độ cao. Điều này áp dụng cho pin trong các dụng cụ phẫu thuật được khử trùng ở 137 ° C (280 ° F) trong tối đa 20 phút như một phần của quá trình tiệt trùng.

Mất dung lượng ở nhiệt độ cao có mối quan hệ trực tiếp với trạng thái điện tích (SoC). Hình 5 minh họa hiệu ứng của Li-coban (LiCoO2) với chu kỳ đầu tiên ở nhiệt độ phòng (RT) và sau đó được làm nóng đến 130 ° C (266 ° F) trong 90 phút và được quay vòng ở 20, 50 và 100 phần trăm SoC (trạng thái tích điện). Không có sự hao hụt dung lượng ở nhiệt độ phòng. Ở 130 ° C với 20% SoC, có thể nhìn thấy sự hao hụt dung lượng nhẹ trong 10 chu kỳ. Mức hao hụt này cao hơn với SoC 50% và cho thấy tác động tàn phá khi được sạc đầy .
 

Hình 5: Mất công suất ở nhiệt độ phòng (RT) và 130 ° C trong 90 phút

Kết thúc giới thiệu về Sạc pin ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Các bạn học tốt nhé !