Bateri Lampu Jalan Solar dalam Cuaca Sejuk: Had Pengisian

Pengaruh suhu sejuk terhadap jenis bateri yang berbeza

Bateri LiFePO4 merupakan pilihan standard dalam unit lampu jalan komersial kerana kepadatan tenaga yang tinggi, jangka hayat penggunaan yang panjang, dan kestabilan terma yang lebih baik berbanding jenis bateri lithium lain. Bateri ini juga mengatasi bateri jenis gel lead-acid dalam pelbagai julat suhu, terutama dari segi keupayaan pelepasan tenaga (discharge).

Bateri jenis gel lead-acid – yang mempunyai reka bentuk tertutup dengan elektrolit yang disegel dalam bentuk gel – masih merupakan pilihan yang berpatutan dari segi harga. Namun, bateri ini mempunyai kelemahan ketika digunakan dalam suhu sejuk: kecekapan pengecasan menurun apabila suhu menurun, dan ia juga sukar untuk diisi penuh ketika sangat sejuk. Kedua-dua jenis bateri ini tidak mampu bertahan lama dalam keadaan sejuk.

Keadaan pengecasan pada suhu yang berbeza (dalam angka):

• Di atas 0°C: Kedua-dua jenis bateri dapat diisi penuh dengan betul menggunakan tetapan voltan yang sesuai.
• Di bawah 0°C: Keupayaan bateri LiFePO4 untuk menyerap arus pengecasan menurun dengan ketara. Bateri masih akan menyerap sedikit arus, tetapi setiap kali diisi pada suhu tersebut, kapasiti bateri jangka panjangnya akan berkurangan.
• Pada suhu -10°C atau lebih rendah: Pengecasan harus dielakkan sepenuhnya, kerana suhu tersebut merupakan kawasan di mana proses pengecasan menyebabkan lapisan lithium terbentuk pada permukaan bateri (lithium plating).

Mekanisme ini penting untuk difahami, kerana ia menjelaskan mengapa kerosakan pada bateri berlaku secara senyap. Lapisan lithium yang terbentuk pada permukaan bateri tidak menyebabkan masalah seperti putusnya suis pengapian atau munculnya kod ralat; kerosakan tersebut hanya akan terlihat beberapa bulan kemudian, apabila bateri mencapai voltan penuh tetapi tidak mampu berfungsi dengan baik ketika diberi beban. Kegagalan bateri tersebut sebenarnya disebabkan oleh proses pengecasan yang berlaku dalam suhu sejuk.

Bateri LiFePO4 moden dilengkapi dengan sistem pengurusan bateri (Battery Management System/BMS) yang menghalang proses pengisian bateri pada suhu di bawah tahap yang ditetapkan. Dalam iklim sejuk, adalah lebih baik menggunakan bateri jenis ini atau menambahkan sistem pengawalan suhu. Komponen BMS merupakan komponen yang paling penting dalam sistem bateri semasa musim sejuk.

Contoh di Minnesota

Bayangkan sebuah sistem yang terletak di Minnesota, di mana suhu musim sejuk sering turun di bawah -10°C. Ini hanyalah contoh, bukan rekod projek sebenar; kami gunakannya untuk membandingkan dua jenis bateri tersebut:

• Bateri jenis gel lead-acid: Prestasinya masih boleh diterima pada musim panas dan musim gugur. Namun, pada musim sejuk, kecekapan pengosongan bateri menurun. Panel suria mungkin masih dapat menghasilkan tenaga pada hari yang cerah, tetapi bateri tidak dapat menyerap tenaga yang masuk dengan baik. Oleh itu, bateri tersebut memerlukan kotak penahan yang mengawal suhu, atau perlu diputuskan dari rangkaian pengisian sehingga suhu kembali normal.
• Bateri LiFePO4: Prestasinya lebih baik semasa musim sejuk, walaupun terdapat sedikit penurunan kapasiti bateri. Namun, pada suhu di bawah -10°C, proses pengisian bateri juga terhenti. Dalam kes ini, BMS akan menghalang proses pengisian sehingga suhu bateri meningkat, dan sistem akan kembali berfungsi secara automatik. Tiada siapa yang perlu pergi ke luar untuk memutuskan kabel pengisian tersebut.

Perbezaan dari segi operasi bukanlah tentang bateri mana yang “lebih baik” dalam keadaan sejuk. Sebaliknya, perbezaannya terletak pada bateri mana yang masih berfungsi dengan selamat apabila terdapat ketidakselarasan antara kawalan (controller) dan keadaan cuaca.

Spesifikasi yang kami tetapkan untuk kawasan musim sejuk:

Empat langkah, mengikut urutan pelaksanaannya:

1. BMS (Battery Management System) dengan had pengisian pada suhu yang rendah , yang telah disahkan dalam data sheet dan bukan sekadar dipercayai secara umum. Ini merupakan syarat yang tidak boleh dirundingkan.
2. Kotak penutup yang berinsulasi untuk memperlahankan perubahan suhu bateri. Di kawasan yang sangat sejuk, penggunaan pad pemanas atau sistem pengawalan suhu aktif dapat memastikan bateri kekal cukup hangat untuk diisi pada hari-hari yang penting.
3. Pengurusan voltan semasa proses pengisian yang betul. Sistem bateri jenis lead-acid menggunakan mekanisme pengisian yang disesuaikan dengan suhu persekitaran, di mana kawalan elektronik menyesuaikan voltan mengikut suhu sekeliling; pada sistem bateri jenis lithium, fungsi yang setara terletak pada logik penghentian pengisian yang dikendalikan oleh BMS. Pilihlah kaedah yang sesuai dengan jenis bateri yang digunakan, dan jangan campuradukkan kedua-dua konvensi tersebut.
4. Pemilihan jenis bateri yang bijak. Bateri jenis LiFePO4 lebih sesuai digunakan di iklim sejuk berbanding bateri jenis lead-acid, tetapi kedua-duanya memerlukan pengurusan yang betul untuk mencegah proses pengisian dalam keadaan beku. Jika sesuatu projek tidak dapat menyediakan BMS atau kotak penutup yang berinsulasi, jawapan yang jujur adalah bahawa reka bentuk sistem kuasa perlu diubah, bukan jenis bateri yang digunakan.

Apa yang tidak dibincangkan dalam halaman ini:

Halaman ini membincangkan kesan suhu terhadap bateri yang sudah terpasang dalam sistem. Ia tidak membuat perbandingan terperinci antara jenis bateri seperti gel, AGM, dan lithium (perbandingan tersebut boleh dilihat di halaman /learn-gel-acid-lead-agm), dan juga tidak mengira saiz panel suria, bateri, atau kawalan (controller) untuk lokasi tertentu; fungsi tersebut dilakukan oleh kalkulator saiz kawalan kami saiz kawalan kami.