Batteries au lithium auto-chauffantes pour les lampadaires solaires en climat froid

Pourquoi le froid est le problème difficile pour LiFePO4

Le phosphate de fer au lithium (LiFePO4) gère bien la chaleur et la charge partielle, mais le froid est son flanc faible. En dessous du point de congélation, la capacité de décharge utilisable diminue fortement et, à des températures profondes inférieures à zéro, le pack peut refuser de fournir un courant utile. Pour un lampadaire qui doit fonctionner du crépuscule à l'aube sur l'énergie stockée, ce n'est pas une courbe de dégradation; Le système d'auto-chauffage existe pour garder les cellules dans la fenêtre où elles peuvent encore faire leur travail.

Comment le hardware est construit

L'ensemble de chauffage enveloppe le pack fini-cellules déjà soudées en série et parallèle-en trois couches et deux sondes:

Film chauffant. La source de chaleur, enroulée serrée autour de l'extérieur du pack. Il s'agit généralement d'un élément en polyimide ou en caoutchouc de silicone: rendement thermique uniforme, résistant à la corrosion et suffisamment conforme pour suivre la forme du pack. Courant à travers le film convertit l'énergie électrique en chaleur et augmente la température du pack uniformément.

Film d'isolation. La couche extérieure. Il réduit la perte de chaleur dans l'environnement et verrouille la chaleur générée à l'intérieur du pack, ce qui rend le chauffage suffisamment efficace pour épuiser l'énergie de la batterie.

Doubles sondes de température. Une sonde se trouve à l'extérieur de l'isolant, lisant la température ambiante. Lorsque l'ambiance franchit le seuil d'activation prédéfini, elle signale au BMS de commencer à chauffer. La deuxième sonde lit la température de surface de la cellule à l'intérieur et transmet des données en temps réel à la puce de contrôle.

La boucle de contrôle, étape par étape

L'ensemble de la séquence s'exécute sur une puce de contrôle, généralement partie du système de gestion de la batterie (BMS):

1. Réveil. La sonde externe surveille l'ambiance en continu. À la température d'activation prédéfinie, la puce décide que le pack est en danger et lance le programme de chauffage.
2. Chauffage. Le film dynamise et transfère de la chaleur aux cellules par adhésif thermiquement conducteur ou par contact direct.
3. Surveillance. La sonde interne échantillonne la température de la cellule à une fréquence de deuxième niveau et rend compte au BMS, qui ajuste le chauffage en temps réel.
4. Arrêt. Lorsque la température de la cellule atteint la valeur de sécurité prédéfinie, la puce coupe l'alimentation du film. Cela évite les dommages causés par la surchauffe et arrête le gaspillage d'énergie.
5. Maintenance cyclique. Si l'environnement reste froid, la température du pack baisse à nouveau; lorsqu 'il franchit le seuil de redémarrage, le chauffage se réactive.

Les compromis de conception que personne ne met dans la brochure

Hystérèse. Un différentiel de température entre l'arrêt et le redémarrage empêche le chauffage de claquer. Sans cela, le relais cycle constamment et la logique de contrôle ne laisse jamais le pack se déposer.

Budget énergétique. Le chauffage consomme de la capacité, arrêt complet. La conception doit équilibrer la vitesse de chauffage par rapport à l'endurance de sorte que même par des jours nuageux ou pluvieux consécutifs-lorsque le panneau ne remplit pas ce que le chauffage dépense-la capacité restante couvre toujours l'éclairage de base. Dans notre usine, le calcul de l'autonomie d'un pack chauffant commence à partir de la charge de chauffage, pas de la charge de la lampe.

Interverrouillages de sécurité. Deux protections ne sont pas négociables dans nos constructions. La protection contre la surtempérature est un circuit secondaire indépendant qui coupe de force le chauffage si la puce elle-même tombe en panne et que la température s'enfuit. L'interdiction de chauffage à basse tension désactive le chauffage lorsque le pack est critiquement bas, de sorte que le système dépense ses derniers électrons sur la lumière plutôt que sur la chaleur et évite les décharges profondes. L'ordre de priorité est délibéré: L'éclairage d'abord, le chauffage ensuite.

Détails structurels. Des coussinets de silicone thermiquement conducteurs sont placés entre le film et les cellules pour répartir uniformément la chaleur et éviter les points chauds locaux. La couche d'isolation doit équilibrer la rétention de chaleur contre l'imperméabilisation, car l'humidité qui passe trouve son chemin vers un court-circuit.

Ce que cela signifie sur le terrain

• Diagnostic . Lorsqu ' une lumière ne s'allume pas par temps froid , vérifiez les deux composants évidents du chauffage avant toute autre chose : une sonde de température défaillante ou un circuit ouvert dans le film chauffant .
• Configuration de la capacité . Le dimensionnement du pack pour un site froid commence à partir de la température minimale locale et du modèle local de jours nuageux consécutifs , puis correspond à la capacité à la puissance de chauffage .
• Durée de vie . Garder les cellules hors des températures extrêmes prolongées est l'objectif de tout cela : dans des conditions de température optimales , les packs LiFePO4 peuvent dépasser 3 000 cycles , et la gestion thermique est ce qui protège ce nombre .

Quand nous spécifions l'auto-chauffage , et quand nous ne le faisons pas

L'auto-chauffage n'est pas une mise à niveau par défaut . Nous le spécifions lorsque deux conditions coïncident : des périodes soutenues en dessous du point de congélation et des étendues nuageuses suffisamment longues pour que le panneau ne puisse pas recharger ce que le chauffage dépense . Les sites froids continentaux et de haute latitude satisfont les deux . Les régions d'hiver doux ne satisfont ni l'un ni l'autre , et là , le chauffage est le coût et la complexité sans retour sur investissement - nous le disons sur le devis au lieu de remplir la nomenclature . Les bases de la sélection derrière cette page , voir piles pour systèmes d'éclairage solaire . Pour le dimensionnement , notre calculateur de dimensionnement du contrôleur exécute les mêmes calculs d'autonomie avec la charge de chauffage incluse .

Ce que cette page ne couvre pas

Cette page couvre les packs d'auto-chauffage pour les lampadaires solaires autonomes . Elle ne couvre pas les normes d'essai à basse température au niveau des cellules , les conceptions de chauffage pour le stockage couplé à courant alternatif ou lié au réseau , ni les produits chimiques au lithium autres que LiFePO4 . Les appareils complets pour climat froid , avec le pack chauffant et le contrôleur appariés en usine , sont dans notre ligne lampadaires solaires tout-en - un .