Microsoft word - opladen bij hoge en lage temperaturen.doc

Opladen bij hoge en lage temperaturen Oplaadbare batterijen werken in een breed temperatuurbereik, maar dit geeft geen vrijkaartje om ze bij extreme temperaturen op te laden . Extreme kou en hitte verminderen de ladingsacceptatie. Batterijen hebben dus gematigde temperatuurcondities nodig voor het opladen. Oudere accu-technologieën, zoals lood-zuur en Ni-Cd, hebben bredere oplaadtoleranties dan nieuwere systemen en kunnen worden opgeladen onder het vriespunt tegen een gereduceerde oplaadsnelheid van 0.1C. (1/10 van de nominale oplaadtijd) Dit is niet mogelijk met de meeste NiMH en lithium-ion-systemen. Tabel 1 geeft een overzicht van de toegestane lading en ontladingstemperaturen van gemeenschappelijke lood-zuur, NiCd, NiMH en Li-ion batterijen. Laad met 0,1 C tussen de -18 en 0 ° C in rekening te 0.3C bij 45 ° C is 70%. Laad aanvaarding bij 60 ° C is 45%. Geen kosten is toegestaan onder het vriespunt. prestaties bij hogere temperatuur, maar kortere levensduur. Tabel 1:. Toegestane temperatuur limieten voor verschillende batterijen Batterijen kunnen worden ontladen over een groot temperatuurbereik, maar de oplaadtemperatuur is beperkt. Voor de beste resultaten, opladen tussen 10 ° C en 30 ° C. De laadstroom wordt lager als het kouder wordt. Opladen bij lage temperatuur Snel opladen van de meeste batterijen is beperkt tot een temperatuurbereik van 5 tot 45 ° C, voor de beste resultaten wordt een bandbreedte tussen de 10 ° C en 30 ° C geadviseerd. Nikkel-gebaseerde batterijen behoren tot de minst gevoelige bij het aanvaarden van ontladingsbelastingen bij lage temperaturen, maar bij het opladen onder 5 ° C, wordt de mogelijkheid om zuurstof en waterstof te recombineren sterk vermindert. Indien NiCd-en NiMH batterijen te snel opladen, bouwt de druk in de cel zich op dat zal leiden tot ontluchting. Niet alleen ontsnappen er gassen maar ook raakt het elektrolyt erdoor uigetput, de vrijgekomen waterstof is zeer ontvlambaar. Onder het vriespunt moet de laadstroom van alle nikkel-gebaseerde batterijen teruggebracht worden tot 0,1 C. Nikkel-gebaseerde laders met NDV full-charge detectie bieden enige bescherming bij het snel opladen bij lage temperaturen. De daaruit voortvloeiende slechte oplaadacceptatie bootst een volledig opgeladen batterij na wat gedeeltelijk te wijten is aan de drukopbouw die wordt veroorzaakt door gasrecombinatie problemen. Drukstijging en het spanningsverval op volle lading geeft hetzelfde resultaat. Om snel opladen bij alle temperaturen mogelijk te maken, kunnen industriële batterijen voorzien worden van een thermische deken, het pack wordt verwarmt tot op een comfortabele temperatuur, ook kunnen andere laders toegepast worden die de laadstroom aanpassen aan de heersende temperaturen. Bij batterijen voor consumentenmarkt moet de gebruiker zelf zoveel mogelijk zorg dragen voor een juist temperatuur en vooral voorkomen om onder het vriespunt op te laden. Lood-zuuraccu's, zoals we die kennen uit de startaccu's in onze auto's, zijn redelijk coulant als het gaat om extreme temperaturen. Een deel van deze tolerantie is afkomstig uit hun traag gedrag (opladen en ontladen). De aanbevolen laadstroom bij lage temperatuur is 0.3C, die bijna hetzelfde is als onder normale omstandigheden. Op een comfortabele temperatuur van 20 ° C, begint vergassing bij 2.415V/cell, en door de temperatuur te verlagen tot -20 ° C, stijgt de gasspanning tot 2.97V/cell. Bevries nooit een lood-zuuraccu. Dit veroorzaakt blijvende schade. Houdt de accu volledig opgeladen. In ontlade toestand wordt het elektrolyt meer waterachtige en bevriest eerder dan in een volledig opgeladen batterij. Waar het electrolyte voor een lege startaccu een soortelijke massa van 1,15 kg/(dm^3) heeft bij een vriestemperatuur van -15 °, is dat in vergelijking met een volledig opgeladen accu 1,265. Li-ion-batterijen bieden redelijk goede prestaties. Op koelere temperaturen zorgen ze voor sneller laden en het optimum ligt in een temperatuur bandbreedte van tussen de 5 en 45 ° C. Onder 5 ° C, moet de laadstroom worden verminderd, en opladen is niet toegestaan onder vriestemperaturen. De interne celweerstand veroorzaakt een lichte temperatuurstijging die de kou voor een deel compenseert. Voor alle batterijen geldt dat koude temperaturen de interne weerstand verhoogt. Llithium-ionaccugebruikers zijn zich er vaak niet van bewust dat consumentenbatterijen niet kunnen worden opgeladen onder 0 ° C. Hoewel het pack normaal lijkt te laden, doet zich aantasting van lithiummetalen voor op de anode. De aantasting is permanent en kan niet verwijderd worden met fietsen (ontladen). Van batterijen met lithiumaantasting is bekend dat ze meer kwetsbaar zijn voor het blootstelling aan trillingen of andere stressvolle omstandigheden. Geavanceerde laders, zoals die van Cadex, voorkomen het opladen van de Li-ionacu onder het vriespunt. Fabrikanten blijven zoeken naar manieren om Li-ionaccu's onder het vriespunt op te laden. Aangezien langzaam opladen inderdaad mogelijk is met de meeste lithium-on-cellen, ligt het buiten de voorgeschreven (en geteste) grenzen van de meeste fabrikanten. Lage temperatuuropladen zou moeten worden aangepakt op een case-by-case basis en is afhankelijke van de fabrikant en de toepassing. Volgens de informatie van universitaire onderzoekscentra is de toegestane laadstroom bij -30 ° C 0.02C. Bij deze lage stroomtoevoer kan een 1000 mAh Li-ion maar op 20mA opladen, en dit zou neer komen op meer dan 50 uur voor volledig opladen. Sommige Li-ion-cellen ontwikkeld voor elektrisch gereedschap en EV-toepassingen kunnen worden opgeladen bij temperaturen tot -10 ° C (14 ° F) tegen een lage oplaadsnelheid. Voor het opladen op een hogere snelheid vereisen Li-ion-systemen voor auto-aandrijfsystemen een verwarmingsdeken. Sommige hybride auto's laten warme cabinelucht circuleren naar de batterijen om de temperatuur te verhogen, terwijl de high-performance elektrische auto's verwarming en koeling van de batterij met vloeistof verzorgen. Opladen bij hoge temperatuur Warmte is de grootste vijand van de meeste accu's, waaronder lood-zuur. De levensduur van een batterij kan, door temperatuurscompensatie voor temperatuurschommelingen op de lood-zuurlader toe te passen, verlengt worden tot 15 procent. De aanbevolen compensatie is 3mV per cel per graad Celsius op een negatieve coëfficiënt, wat betekent dat de spanningsdrempel daalt als de temperatuur stijgt. Bijvoorbeeld, als de voortdurende laadspanning 2.30V/cell bij 25 ° C is, zou de aanbevolen instelling voor 2.27V/cell 35 ° C worden en 2.33V/cell op 15 ° C . Dit is een correctie 30mV per cel per 10 ° C. Tabel 2 geeft de optimale piekspanning weer bij verschillende temperaturen bij het laden van lood-zuur batterijen. De tabel bevat ook de aanbevolen laadspanning, in de standby-modus. Tabel 2:. Aanbevolen spanningsgrenzen bij het opladen en onderhouden van stationaire lood-zuur batterijen op float spanning schadevergoeding verlengt de levensduur van de batterij bij gebruik bij extreme temperaturen. Het opladen van nikkel-gebaseerde batterijen bij hoge temperaturen verlaagt de zuurstof generatie, die op zijn buurt de stroomacceptatie vermindert. De warmte laat de laderindicatie in de waan dat de batterij volledig is opgeladen terwijl dat niet zo is. Over NiCd batterijen is de grootste hoeveelheid publicaties bekend over het opladen, en figuur 3 toont een sterke daling van de oplaadefficiëntie bij hogere temperaturen dan 30 ° C. Bij 45 ° accepteert de batterij slechts 70 procent van zijn volledige capaciteit, bij 60 ° C vemindert dat tot 45 procent. NDV voor een full-loaddetectie wordt onbetrouwbaar bij hogere temperatuur en de temperatuursensor is essentieel voor het beheer. Nieuwere typen NiMH-batterijen presteren beter bij hogere temperaturen dan NiCd. Figuur 3:. NiCd ladingsacceptatie als een functie van de temperatuur bij hoge temperaturen vermindert de ladingsacceptatie. Bij 55 ° C, heeft een commerciële NiMH een ladingsrendement van 35-40%; nieuwere industriële NiMH's bereiken 75-80%. Met dank aan Cadex Lithium-ionbatterijen presteren goed bij hoge temperaturen, edoch langdurige blootstelling aan hitte vermindert de levensduur. De oplaadefficiency is 97 tot 99 procent, ongeacht de temperatuur. De effectiviteit van het opladen ondervindt een lichte verbetering bij hogere temperaturen vanwege een vergroting van de interne weerstand. Terwijl andere chemicaliën het toelaten om zo nu en dan buiten de vastgestelde grenzen te stappen, zijn er beperkingen met Li-ion. Veiligheid dictereert dat Li-ionbatterijen binnen temperatuursgrenzen blijven in verband met mogelijke oververhitting. Een volledig opgeladen Li-ion is gevoeliger voor thermisch weggelopen dan een lege, de thermische weglooptemperatuur wordt lager met hoger oplaadniveau. Ondanks deze beperkingen zijn er speciality Li-ion batterijen in de handel voor toepassingen bij kortstondig hoge temperaturen, chirurgische hulpmiddelen die stoomsterilisatie op 137 ° C (280 ° F) ondergaan zijn daarvan een voorbeeld. Andere toepassingen die soortgelijke temperaturen bereiken zijn batterijen in boren en bits voor mijnbouw. Let op: In geval van breuk, lekkend elektrolyt of enige andere oorzaak van blootstelling aan het elektrolyt, onmiddellijk spoelen met water. Als oogblootstelling is opgetreden, gedurende 15 minuten met water spoelen en onmiddellijk een arts raadplegen. Wat is de C-waarde? De meeste draagbare batterijen worden geschat op 1C, wat betekent dat een 1000 mAh batterij die wordt ontladen in 1C-waarde onder ideale omstandigheden een stroom van 1000 mA voor een uur levert. Dezelfde accu ontladen op 0.5C zou 500mA gedurende twee uur, en op 2C, zou de 1000 mAh batterij 2000 mA leveren gedurende 30 minuten. 1C is ook bekend als een een-urige ontlading, een 0.5C is een twee-urige, en een 2C is een half-urige ontlading. De capaciteit van de batterij, of de hoeveelheid energie die een accu kan vasthouden, kan gemeten worden met een batterij analyseapparaat. De analyzer ontlaadt de batterij op een gekalibreerde stroom, terwijl het de tijd meet die het kost om aan het einde-van-ontladingspanning te komen. Een instrument dat de resultaten in procenten van de nominale waardering weergeeft zou 100 procent tonen als een 1000 mAh testbatterij 1000 mA levert gedurende een uur. Als de afvoer 30 minuten duurt voor het bereiken van de end-of-ontlading cut-off voltage, dan heeft de accu een capaciteit van 50 procent. Een nieuwe batterij wordt overschat op meer dan 100 procent van de capaciteit, anderen zijn ondergewaardeerd en kunnen nooit meer 100 procent bereiken, zelfs niet na priming (revisie). Bij het ontladen van een accu onder toepassing van verschillende C-waarden, zal bij een hogere C-waarde een lagere capaciteit te lezen zijn en vice versa. Door het ontladen van een 1000 mAh batterij bij de snellere 2C, of 2000 mA, moet de batterij idealiter de volledige capaciteit in 30 minuten kunnen leveren. De som moet hetzelfde zijn als met een tragere ontlading, omdat er een identieke hoeveelheid energie wordt afgegeven, die alleen over een kortere tijd vrijkomt. In werkelijkheid verandert de interne weerstand dat een deel van de energie in warmte omzet hetgeen resulteert in een capaciteitsvermindering tot ongeveer 95 procent of minder. Het ontladen van de dezelfde accu op 0.5C, of 500mA op meer dan twee uur, zal de capaciteit waarschijnlijk doen toenemen tot boven 100 procent.

Source: http://www.tgcc.nl/uploads/Opladen%20bij%20hoge%20en%20lage%20temperaturen.pdf