用于寒冷气候太阳能路灯的自加热锂电池

为什么寒冷是LiFePO 4的难题

磷酸铁锂（LiFePO 4）可以很好地处理热量和部分电荷，但低温是它的弱点。低于冰点时，可用放电容量急剧下降，而在零下很深的温度下，电池组可能根本无法提供有用的电流。对于一盏必须依靠储存的能量从黄昏持续到黎明的路灯来说，这不是一条退化曲线;这是一个熄灯事件。自加热系统的存在是为了让细胞保持在窗口内，以便它们仍然可以工作。

硬件的构建方式

加热器组件将完成的电池组（已串联和并联焊接的电池）包裹在三层和两个探头中：

加热膜。 热源，紧紧包裹在电池组外部。它通常是聚酰亚胺或硅橡胶组件：均匀的热输出、耐腐蚀、足够贴合电池组的形状。通过薄膜的电流将电能转化为热量，并均匀地升高电池组的温度。

绝缘膜。 外层。它可以减少热量向环境的散失，并将产生的热量锁定在电池组内部，这使得加热器的效率足以完全消耗电池的能量。

双温度探头。 一个探头位于绝缘层的外部，阅读环境温度。当环境温度超过预设的激活阈值时，它会向BMS发出开始加热的信号。第二个探头读取电池内部的表面温度，并将实时数据反馈给控制芯片。

控制回路，逐步

整个串行在控制芯片上运行，通常是电池管理系统（BMS）的一部分：

1. 唤醒。 外部探头持续观察环境。在预设的激活温度下，芯片判断包处于危险状态并启动加热进程。
2. 加热。 薄膜通过导热粘合剂或直接接触将热量传递给电池。这种能量来自电池组本身。
3. 监测。 内部探头以二级频率对电池温度进行采样，并向BMS报告，BMS真实的调整加热。
4. 关闭。 当电池温度达到预设的安全值时，芯片会切断薄膜的电源。这可以防止过热损坏并阻止浪费能源。
5. 循环维护。 如果环境保持寒冷，包温度再次下降;当它越过重新启动阈值时，加热重新激活。只要寒冷持续，包就保持在其工作范围内。

没有人在宣传册中提出的设计权衡

滞后。 关闭和重新启动之间的温度差可以防止加热器的开关振动。如果没有它，继电器会不断循环，控制逻辑永远不会让电池组稳定下来。

能源预算。 加热消耗容量，完全停止。设计必须平衡加热速度和持久性，即使在连续的阴天或雨天-当面板没有重新填充加热器所消耗的电量时-剩余容量仍然覆盖基本照明。在我们的工厂，加热包的自主计算从加热负载开始，而不是灯负载。

安全联锁。 两个保护在我们的构建中是不可协商的。过温保护是一个二级的独立电路，如果芯片本身发生故障并且温度失控，则会强制切断加热器。低压加热禁止在电池组处于临界低电压时禁止加热，因此系统将其最后的电子用于光而不是热，并避免深度放电。优先顺序是经过深思熟虑的：照明第一，供暖第二。

结构细节。 导热硅胶垫位于薄膜和电池之间，以均匀散热并防止局部热点。绝缘层必须平衡保温性和防水性，因为通过它的水分会短路。

这在现场意味着什么

• 诊断。 当灯在寒冷的天气中不亮时，请先检查两个明显的加热器部件：温度探头故障或加热膜开路。在我们的备件计划中，这是我们库存的两个加热器部件，正是出于这个原因。
• 容量配置。 寒冷地区的电池组大小从当地最低温度和当地连续阴天模式开始，然后将容量与加热功率相匹配。一般的100瓦无法经受住真实的冬天。
• 寿命。 所有这些都是为了让电池远离长时间的极端温度：在最佳温度条件下，LiFePO 4电池组可以超过3,000次循环，而热管理就是保护这个数字的关键。

当我们指定自加热，当我们不

自加热不是默认的升级。我们在以下两个条件同时发生时指定它：持续低于冰点的时间，以及多云持续的时间足够长，以至于面板无法重新填充加热器的消耗。寒冷的大陆和高纬度地区符合这两种情况。温和的冬季地区两者都不符合，加热器的成本和复杂性没有回报-我们在报价上这样说，而不是填充BOM。对于电池-本页后面的选择基础知识，请参阅太阳能照明系统的电池。对于大小，我们的控制器大小计算器运行相同的自治数学，包括热负荷。

本页未包含的内容

本页介绍了独立太阳能路灯的自加热组件。它不包括电池级低温测试标准、交流耦合或并网存储的加热器设计或LiFePO 4以外的锂化学物质。完整的寒冷气候灯具，以及在工厂匹配的加热组件和控制器，都在我们的一体化太阳能路灯系列中。