Sabía que Ist die Temperatur der Hauptfaktor für den Stromverbrauch der Batterie?
Genau wie Menschen funktionieren Batterien am besten bei Zimmertemperatur. Chemische Reaktionen werden durch Temperatur beeinflusst, und da eine Batterie auf einer chemischen Reaktion beruht, um Energie bereitzustellen, eine geringfügige Temperaturänderung wirkt sich auf die Kapazität aus und Lebensdauer der Batterie. Und nicht nur die Batterie! Die Temperatur ist ein wichtiger Parameter für fast alle internen Komponenten und erzeugt Nebenreaktionen. Die Temperatur beeinflusst auch den Verbrauch seiner elektronischen Komponenten.
Wenn Sie vorhaben, ein Gerät für eine lange Lebensdauer einzusetzen, kann das kleinste Ampere zählen. Eine Änderung von 1 µA mag nicht nach viel klingen, aber über ein Jahr würde dies 8,76 mAh oder fast 90 mAh über einen Zeitraum von 10 Jahren darstellen. Für eine kleine Batterie mit 1,2 Ah, wie z LS 14250, das wären fast 7,5 % der Nennkapazität der Batterie für 10 Jahre, was Es hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer des Geräts.
DeshalbIndem es alle möglichen und unvorstellbaren Temperaturbedingungen antizipiert und plant, hilft es Ihnen, die richtige Batterietechnologie für Ihr Gerät auszuwählen und seine Lebensdauer genau abzuschätzen.
Der Einfluss hoher Temperaturen auf eine Batterie
Im Sommer und bei wärmeren Temperaturen fühlen Sie sich im Allgemeinen energiegeladen, aber wenn es zu heiß ist, fühlen Sie sich möglicherweise etwas passiver und weniger eifrig, sich anzustrengen.
Ebenso sind bei hohen Temperaturen die chemischen Reaktionen einer Zelle stärker und der Innenwiderstand geringer, was die Fähigkeit der Batterie erhöht, eine hohe Leistung zu liefern. Dies wiederum führt zu einer schnelleren Entladung und einem entsprechenden Verlust an Batterielebensdauer.
Aber zwei andere Phänomene werden durch eine Erhöhung der Batterietemperatur verstärkt: Selbstentladung und Passivierung.
La Selbstentladung ist eine interne chemische Reaktion, die Anoden- und Kathodenmaterialien während der Lagerung verbraucht, obwohl keine Verbindung zu einem externen Stromkreis besteht, oder während des Gebrauchs (Materialverbrauch und erhöhter Leckstrom von Komponenten oder Geräteleckstrom im Ruhemodus). Dies bedeutet, dass die Batterie eine reduzierte Kapazität hat.
Beide Selbstentladungsphänomene werden durch den Temperaturanstieg beschleunigt, da der chemische Stoffwechsel der Zellen zunimmt und die Leckströme der Bauteile stärker werden.
La Passivierung ist eine Oberflächenreaktion, die spontan auf Lithiummetalloberflächen in allen primären Lithiumbatterien auftritt, insbesondere in einer flüssigen Kathode wie Lithium-Thionylchlorid (Li-SOCl2).
Eine solide Schutzschicht, die „Passivierungsschicht“, wird aufgebaut, um zu verhindern, dass sich die Zellen selbst entladen, was eine lange Lebensdauer ermöglicht. Bei hohen Temperaturen wird die Passivierungsschicht jedoch dicker und es bilden sich größere Kristalle. Dies wirkt sich nicht unbedingt oder drastisch auf die verfügbare Batterieleistung aus, kann jedoch die Batterieleistung beeinträchtigen. Der Innenwiderstand der Zelle, auch Impedanz genannt, wird durch das Vorhandensein der Passivierungsschicht erhöht. Batterien sind keine Konstantspannungsgeneratoren, und je dicker die Schicht ist, desto größer ist das Hindernis für den Stromaufbau, wie z. B. Kalkablagerungen in einem Rohr, die das Fließen von Wasser verhindern. Diese Impedanz bedeutet, dass die Batterie das Gerät nicht mit der erforderlichen Energie versorgen kann.
Daher müssen Selbstentladung und Passivierung sorgfältig gehandhabt werden, wenn Sie das Gerät bei hohen Temperaturen einsetzen möchten.
Illustrieren wir diese Punkte anhand des Datenblattes unserer Zelle LS 14500.
In diesem Diagramm wird die verfügbare Batteriekapazität, gemessen in Amperestunden (Ah), auf der Y-Achse angezeigt. Die Entladerate wird in Milliampere (mA) auf der X-Achse angezeigt. Die Temperatur wird durch die Kurve in der Mitte des Diagramms angezeigt Graph.
Um den Einfluss der Temperatur auf die Batterieselbstentladung zu sehen, die nur bei niedrigen Entladeströmen zu sehen ist, müssen Sie Entladeströme unterhalb des Nennstroms (hier 2mA für LS 14500) betrachten.
Der Unterschied in der verfügbaren Kapazität zwischen der Kurve bei 20 °C und den Kurven bei höheren Temperaturen gibt Ihnen eine Vorstellung von diesem Einfluss auf die Selbstentladung.
In diesem Beispiel beträgt die verfügbare Kapazität bei 20 °C 2,6 Ah, bei 55 °C sinkt sie auf 2,3 Ah.
Bei 70 °C erreicht er 2,1 Ah.
Die Assoziation einer niedrigen Entladerate mit einer hohen Temperatur ist sogar noch schlimmer, da die Steigung der Kurve dies mit niedrigeren Entladeraten zeigt.
Wenn Sie einen Akku mit hoher Temperatur verwenden, müssen Sie daher diese möglichen Auswirkungen berücksichtigen:
• Niedriger Innenwiderstand
• Höhere Ionenmobilität im Elektrolyten
• Mehr Energie
• Mehr Selbstentladung
• Weniger Kapazität
• Erhöhtes Passivierungsrisiko
Die Auswirkung niedriger Temperaturen auf eine Batterie
Wenn es draußen kalt ist, braucht dein Körper mehr Zeit zum Anfahren und du musst dich aufwärmen, bevor du Sport treiben kannst. Auch Batterien erfahren diese Besonderheit. Bei niedrigen Temperaturen laufen die chemischen Reaktionen in der Zelle weniger effizient ab, die Moleküle verlangsamen sich. Dadurch erhöht sich der Innenwiderstand der Batterie und kann nicht die gleiche Leistung liefern. Es kann den Strom liefern, aber wenn der Spannungspegel sinkt, ist die Folge einen geringeren Wirkungsgrad der Elektronik und damit einen erhöhten Verbrauch.
Man könnte meinen, da Selbstentladung und Passivierungsschichtentwicklung bei kalten Temperaturen weniger wichtig sind und die Bauteile auch weniger verbrauchen, könnte dies das wieder wettmachen! Nun ja und nein.
Bei kalten Temperaturen wächst die Passivierung langsamer, aber die Schicht wird kompakter mit kleineren Kristallen. Außerdem nimmt die Viskosität des Elektrolyten zu und elektrochemische und Diffusionsreaktionen verlangsamen sich. Das bedeutet, dass der Passivierungseffekt noch deutlicher sichtbar sein könnte, insbesondere bei hoher Stromaufnahme.
Kehren wir zurück zu unserem Datenblatt für die Zelle LS 14500. Betrachten wir diesmal die Grafik „Entladekurve des LS 14500 Akkus über Strom & Temperatur (Halbentladung)
Bei -20°C oder bei -40°C gibt es fast keine Selbstentladung, aber es ist auch schwieriger für Ionen, sich von einer Elektrode zur anderen zu bewegen. Daher fällt die Batteriespannung schnell ab. Wenn der Strom zu niedrig ist (weniger als 1 mA), kann er die Chemie aufgrund des Joule-Effekts nicht erwärmen. Diese Heizung kann funktionieren, wenn die Ströme höher sind, aber die Batterie hat bei dieser Temperatur nicht genug Energie, und daher nimmt ihre Kapazität ab.
Wenn Sie einen Akku bei niedrigen Temperaturen verwenden, sollten Sie sich daher dieser möglichen Auswirkungen bewusst sein:
• Höherer Innenwiderstand
• Geringere Energieeffizienz
• Weniger Kapazität,
• Geringere Ionenmobilität im Elektrolyten
• Weniger Selbstentladung.
Wie kann man den Einfluss der Temperatur auf die Batterielebensdauer antizipieren?
Selbst die kleinste Temperaturabweichung kann die Batteriekapazität halbieren, wenn sie nicht richtig vorhergesehen wird. Stellen Sie daher sicher, dass Sie das Verbrauchsprofil Ihrer Anwendung unter allen Bedingungen (Standby, Schlaf, aktiv usw.) kennen und verknüpfen Sie diese Bedingungen mit den heißesten und kältesten Temperaturen, denen das Gerät während der Lagerung, des Transports oder des Betriebs ausgesetzt ist.
Wenn Sie sich in einem frühen Stadium Ihres Projekts befinden, kann Ihnen der IoT Solution Optimizer bei der Auswahl einer Batterie helfen, und mit der Wisebatt IoT Device Simulation Platform können Sie einen virtuellen Prototyp erstellen und seinen Verbrauch simulieren, während der Solution Optimizer für das Deutsche Telekom IoT Ihnen bei der Modellierung helfen kann das komplette System.
Und sobald Sie einen echten Prototyp eingerichtet haben, kann Ihnen die Qoitech-Lösung helfen, den Verbrauch Ihres Geräts bei verschiedenen Temperaturen in Echtzeit zu messen, einschließlich der Messung der Hardware- und Firmware-Leistung, ohne teure Testeinrichtungen.
Aber egal, in welcher Phase Ihrer Entwicklung Sie sich gerade befinden, Ihr größtes Kapital sind unsere Ingenieure, die Ihnen die beste Batterie für Ihre Betriebsbedingungen empfehlen und Ihnen eine Schätzung ihrer Nutzungsdauer im Feld geben. Póngase en contacto con nosotros
Erfahren Sie mehr über Batterien von Saft, die in einem großen Temperaturbereich funktionieren
Saft bietet mehrere Batterieapotheken an, die in weiten Temperaturbereichen arbeiten können:
• Li-SOCl2: von -60°C bis +85°C und sogar +150°C
•Glatt2: von -60 °C bis +70 °C
•Li–MnO2: von -40 °C bis +85 °C
•Li-ion: von -40°C bis 60°C und sogar +85°C.
