¿Cómo calentar eficientemente una batería de iones de litio para que pueda cargarse en un ambiente bajo cero?

Un conocimiento y práctica común sobre las baterías de iones de litio es que pierden significativamente la capacidad y no se pueden cargar cuando su temperatura cae por debajo de 0 grados centígrados debido a una mayor degradación (recubrimiento de litio). Me gustaría cargar la batería de iones de litio de 1,2 Ah desde un panel solar, pero en la temporada de invierno (a veces menos 25 °C) sería necesario precalentarla.

Las baterías de iones de litio se calientan cuando se cargan y me pregunto si este fenómeno se puede usar de manera inteligente. ¿Es esta una práctica común? ¿Hay algún IC o circuito conocido que controle este proceso? ¿Qué otras opciones tengo además de usar una batería de plomo-ácido?

"Calefacción eficiente" no es un concepto válido eléctricamente. SI usa electricidad para calentar resistivamente, es 100% eficiente: lo que hace con el calor y dónde se produce es lo que cuenta. El aislamiento va a hacer una gran diferencia. La descarga de iones de autocalentamiento de la batería es una fuente de calor válida, pero la batería debe calentarse antes de descargarla. El ácido de plomo también es muy pobre a temperaturas bajo cero. Aísle lo suficientemente bien como para necesitar un mínimo de energía para calentar y es posible que necesite refrigeración en otros momentos. Si la batería está muy fría, dirija toda la entrada de energía fotovoltaica a la calefacción hasta que esté lo suficientemente caliente...
... es probablemente sabio. Es posible que a la batería no le guste el frío extremo incluso si no se está descargando y es posible que se necesiten algunos medios para limitar la temperatura mínima. | El calentamiento solar térmico de la batería sería más eficiente que la conversión a electricidad para calefacción. Incluso cuando Tambient es bajo cero, puede obtener calor solar directo a una superficie maqtte negra y un plato o espejo puede ayudar a calentar. Puede obtener una ganancia solar no dirigida de 2 o 3 con espejos (ver cajas de cocinas solares). Los platos necesitan dirección. ...
... | La sugerencia de Spehro de volver a enterrar puede funcionar. Un agujero profundo puede proporcionar una fuente de calor incluso si la batería está cerca de la superficie.
@RussellMcMahon: Incluso si el 100 % de la electricidad se convierte en calor en algún lugar , la eficiencia es la fracción de energía que se destina a algún lugar útil .
@supercat Estamos de acuerdo :-). Espero que sepas que entiendo ese concepto. Mis comentarios se hacen dentro de ese marco, pero quizás no con la suficiente claridad. | Dije "... lo que haces con el calor y dónde se produce lo que cuenta. ..." m-> Si la carga está dentro del mismo espacio aislado que la batería, entonces el calor de la carga es útil. Si se puede agregar energía térmica desde el exterior del sistema eléctrico (como sugiero que puede ser el caso), entonces es "energía gratuita" en lo que respecta al uso de la batería. || Entonces, sí, estoy de acuerdo. ||| FWIW: me imagino que usted y yo rara vez estaríamos en desacuerdo sobre cuestiones electrónicas.
@RussellMcMahon: Incluso si el calor se produce dentro del mismo espacio aislado, eso no significa que todo sea útil. Si uno quiere obtener energía útil de una batería en 60 segundos, pero el calentamiento interno se concentra en unas pocas áreas pequeñas y la constante de tiempo térmico de la batería sería de 20 minutos, hacer que la batería sea utilizable en 60 segundos puede requerir descargar tanta energía. que la batería eventualmente alcanzaría una temperatura mucho más alta de lo necesario. La energía que no puede calentar las partes de la batería que necesitan calentarse, cuando necesitan calentarse, no es útil.
@supercat Hay útiles y útiles, como sé que sabes. Idealmente, el calor de la carga estaría en el lugar correcto en el momento correcto. Eso generalmente involucra cerdos voladores. PERO en la situación descrita por el operador, donde es probable que no haya suficiente calor interno para permitir que la batería alcance una temperatura de carga segura sin gastos adicionales en recursos, ya sea aislamiento adicional o calor externo o calefacción eléctrica (generalmente debe evitarse en todos los costos), entonces cualquier calor generado por la carga es útil en general. Luego puede comenzar a agregar, por ejemplo, materiales de cambio de fase u otros sistemas de almacenamiento de energía térmica ...
@supercat ... para permitir el mejor aprovechamiento de la energía térmica. Ahora estamos entrando en detalles y discutiendo sobre puntos finos e incluso semánticos. Dudo que tengamos una comprensión especialmente diferente de la situación general, así que no estoy seguro de por qué pareces (o siento que pareces :-)) que nosotros.

Respuestas (2)

¿Podría simplemente ubicar la batería enterrada un par de metros (por debajo de la línea de congelamiento)? Entonces sería cálido en invierno y fresco en verano, sin desperdiciar energía calentándolo.

De lo contrario, existe una compensación entre mantener la batería caliente (quiere tener aislamiento para minimizar el desperdicio de energía) y mantenerla fresca en el verano (quiere sacar el calor, especialmente cuando se carga).

No es difícil encontrar algo que haga lo que está pidiendo ... tal vez busque un "trazado de calor" que funcione con 12V. Son cables de resistencia PTC autolimitantes que se utilizan para evitar que las tuberías se congelen.

Desafortunadamente, enterrar no es un caso, ya que el dispositivo funcionará en un terreno "extranjero" (no puedo interferir en la estructura del suelo allí).

Construya un calentador alrededor de la batería con alambre de nicromo. Usando un sensor de temperatura de algún tipo, cuando la temperatura esté por debajo del punto de congelación, desvíe la corriente de carga al calentador. Aísle el contenedor, teniendo en cuenta la necesidad de no sobrecalentarlo en verano.

Exactamente cómo controlarlo depende de lo que ya tenga como controlador de carga. Podría usar un termistor (como el termistor NTC en el paquete de baterías) y un comparador de amplificador operacional. O un sensor de temperatura y un microcontrolador, que también le permitirían registrar la temperatura y las corrientes de carga. O una tira bimetálica (no electrónica, confiable, puede ser difícil encontrar una con el comportamiento de temperatura deseado).

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