Tout le monde sait qu'en hiver, les réactions chimiques à l'intérieur d'une batterie ralentissent et les performances de l'électrolyte se modifient. Cela affecte la décharge et la capacité de stockage d'énergie de la batterie. Mais pourquoi les batteries au lithium perdent-elles en performance en hiver et comment pouvons-nous assurer leur bon fonctionnement par temps froid ?
Pourquoi les batteries au lithium sont-elles affectées par le froid ?
Les performances des batteries lithium-ion chutent considérablement à basse température, car le froid ralentit la vitesse de réaction électrochimique et entrave le mouvement des ions lithium. Lorsque la température descend en dessous de 15 °C, la viscosité de l'électrolyte augmente considérablement.
Ce changement se produit car la conductivité des ions lithium dans l'électrolyte diminue : les basses températures ralentissent le mouvement moléculaire, réduisant la conductivité de l'électrolyte à une fraction de sa valeur à température ambiante. Par conséquent, la résistance interne de la batterie augmente considérablement : à -20 °C, elle peut être plus de trois fois supérieure à la normale.
Actuellement, la solution la plus efficace et la plus directe consiste à garder vos batteries au chaud, qu'il s'agisse d'un smartphone dans votre poche ou d'un véhicule électrique (VE) dans votre garage.
Problèmes courants de batterie au lithium par temps froid
En hiver, l'autonomie d'un VE peut chuter jusqu'à 55 %, et les smartphones peuvent s'éteindre soudainement même lorsqu'ils affichent 30 % de charge. Ces problèmes trouvent leur origine dans la sensibilité naturelle des batteries lithium-ion à la température.
Réduction de l'autonomie des véhicules électriques
Pour chaque baisse de température de 10 °C, la capacité d'une batterie au lithium peut diminuer de 10 à 20 %. À basse température, l'électrolyte, plus épais, bloque le transport des ions, comme si des barrages routiers étaient ajoutés sur une autoroute, ce qui ralentit la migration des ions lithium et réduit l'énergie disponible.
Temps de charge plus long
Les basses températures ralentissent également la charge. À 0 °C, la vitesse de migration des ions lithium chute à un cinquième de sa vitesse normale et la résistance de l'interface électrolyte solide (SEI) triple, forçant le système de gestion de batterie (BMS) à limiter le courant de charge.
Pire encore, vous pourriez rencontrer une « charge incomplète » : votre appareil affiche 100 % de charge alors que sa capacité utile réelle n'est que de 80 %. Cela se produit car certains ions lithium ne peuvent pas s'intégrer à la structure de l'anode à basse température.
Appareils qui s'éteignent ou ne démarrent pas
L'arrêt soudain d'un smartphone ou d'un véhicule électrique entre -10 °C et -20 °C est une forme d'autoprotection de la batterie. Lorsque des fonctions à forte puissance (comme un appareil photo ou un chauffage) sont utilisées, la tension peut chuter brutalement jusqu'à la limite de coupure.
À -20 °C, les téléphones peuvent s'éteindre automatiquement. À -10 °C, même s'ils restent allumés, l'énergie se décharge 1,7 fois plus vite qu'à 20 °C. Grâce à leurs batteries plus grandes et à leur plus grande capacité thermique, les véhicules électriques peuvent fonctionner plus longtemps, mais l'arrêt se produit généralement en dessous de -25 °C, et le niveau de batterie affiché peut encore être inexact.
Une fois déplacée dans un environnement plus chaud, la batterie peut souvent récupérer 30 à 50 % de sa capacité apparente. Pour les utilisateurs de véhicules électriques, la « règle des 20 % » est recommandée : rechargez lorsque le niveau de la batterie descend en dessous de 20 % afin d’éviter des chutes de tension soudaines qui pourraient vous laisser en panne.
Dommages dus à une charge incorrecte
Charger une batterie au lithium à une température inférieure à 0 °C est l’erreur la plus dangereuse. Cela peut entraîner un placage métallique de lithium, formant des structures en forme d'aiguilles (dendrites) qui percent le séparateur, provoquant des courts-circuits internes, voire des incendies et des explosions.
Différents appareils offrent des performances variables.Niveaux de protection contre le froid. Les véhicules électriques sont généralement équipés d'un système de préchauffage de la batterie pour augmenter la température au-dessus de 0 °C avant la charge. Cependant, les vélos électriques et les smartphones ne disposent pas de tels systèmes en raison de leur coût, ce qui rend le contrôle manuel de la température indispensable.
Conseils clés pour une utilisation optimale des batteries au lithium en hiver
Protéger les batteries au lithium en hiver nécessite une stratégie tridimensionnelle : contrôle de la température, charge et décharge appropriées, et stockage intelligent. Une utilisation appropriée permet de réduire les effets néfastes du froid de plus de 50 %. En fait, les batteries au lithium protégées peuvent durer jusqu'à 2,3 fois plus longtemps dans des environnements à -10 °C que les batteries non protégées.
Maintenir une température optimale
L'activité électrochimique des batteries au lithium atteint son maximum entre 15 °C et 25 °C. Essayez de maintenir vos appareils dans cette plage de température.
Pour les véhicules électriques, le BMS peut préchauffer la batterie. Programmer le préchauffage 15 minutes avant le départ peut faire passer la température de -10 °C à 10 °C, améliorant ainsi l'autonomie initiale jusqu'à 23 %. Pour les smartphones et les objets connectés, les garder près du corps permet de conserver la chaleur. Des tests montrent qu'un téléphone rangé dans une poche dure 1,5 heure de plus à -5 °C qu'un téléphone exposé au froid.
Évitez de charger à basse température
Ne chargez pas les batteries au lithium lorsque la température est inférieure à 0 °C. Si une charge est nécessaire, laissez d'abord la batterie ou l'appareil revenir à température ambiante. Utiliser un chargeur intelligent avec protection basse température est plus sûr.
La méthode la plus sûre consiste à faire chauffer la batterie avant de la recharger. Par exemple, un véhicule électrique provenant de -20 °C doit rester dans un garage à 25 °C pendant au moins deux heures, jusqu'à ce que sa température interne atteigne 5 °C, avant de le recharger. Pour les petits appareils comme les smartphones, l'exécution d'une application à faible consommation d'énergie (par exemple, la lecture de musique) peut augmenter progressivement la température. Évitez toutefois les applications à forte charge qui peuvent provoquer une surchauffe locale.
Réduire les décharges à haute puissance
Étant donné que la résistance interne augmente à froid, les décharges à courant élevé deviennent plus risquées. Évitez d'utiliser des fonctions gourmandes en énergie (par exemple, les jeux vidéo, le flash de l'appareil photo ou les accélérations rapides des véhicules électriques) par très basse température afin d'éviter les chutes de tension et les coupures soudaines.
Stocker les batteries partiellement chargées
Le froid accélère l'autodécharge. À -20 °C, le taux d'autodécharge mensuel des batteries au lithium peut atteindre 12 %, soit trois fois plus qu'à 25 °C. Stocker les batteries à demi-charge (40 à 60 %) contribue à maintenir la stabilité des électrodes.
Si vous prévoyez de ne pas utiliser une batterie pendant une longue période, stockez-la à 10 °C à 25 °C dans un environnement sec, avec une charge de 40 à 60 %. Ne stockez jamais une batterie complètement déchargée dans des conditions de froid extrême ou pendant des périodes prolongées.
Conseils clés pour une utilisation optimale des batteries au lithium en hiver
La protection des batteries au lithium en hiver nécessite une stratégie tridimensionnelle : contrôle de la température, charge et décharge appropriées, et stockage intelligent. Une manipulation appropriée peut réduire les effets néfastes du froid de plus de 50 %. En fait, les batteries au lithium protégées peuvent durer jusqu'à 2,3 fois plus longtemps dans des environnements où les températures peuvent descendre jusqu'à -10 °C que les batteries non protégées.
Maintenir une température optimale
L'activité électrochimique des batteries au lithium atteint son maximum entre 15 °C et 25 °C. Essayez de maintenir vos appareils dans cette plage de température.
Pour les véhicules électriques, le BMS peut Préchauffer la batterie. Programmer le préchauffage 15 minutes avant le départ peut faire passer la température de -10 °C à 10 °C, améliorant ainsi l'autonomie initiale jusqu'à 23 %. Pour les smartphones et les objets connectés, les garder près du corps permet de conserver la chaleur : des tests montrent qu'un téléphone rangé dans une poche dure 1,5 heure de plus à -5 °C qu'un téléphone exposé au froid.
Éviter de charger à basse température
Ne chargez pas les batteries au lithium lorsque la température est inférieure à 0 °C. Si une charge est nécessaire, laissez d'abord la batterie ou l'appareil revenir à température ambiante. Utiliser un chargeur intelligent avec protection basse température est plus sûr.
La méthode la plus sûre consiste à faire chauffer la batterie avant la charge. Par exemple, un véhicule électrique provenant de -20 °C doit rester dans un garage à 25 °C pendant au moins deux heures, jusqu'à ce que sa température interne atteigne 5 °C, avant d'être rechargé. Pour les petits appareils comme les smartphones, l'exécution d'une application à faible consommation d'énergie (par exemple, la lecture de musique) peut augmenter progressivement la température. Évitez toutefois les applications à forte charge qui peuvent provoquer une surchauffe locale.
Réduire les décharges à haute puissance
Étant donné que la résistance interne augmente à froid, les décharges à courant élevé deviennent plus risquées. Évitez d'utiliser des fonctions gourmandes en énergie (par exemple, les jeux vidéo, le flash de l'appareil photo ou les accélérations rapides des véhicules électriques) par très basse température afin d'éviter les chutes de tension et les coupures soudaines.
Stocker les batteries partiellement chargées
Le froid accélère l'autodécharge. À -20 °C, le taux d'autodécharge mensuel des batteries au lithium peut atteindre 12 %, soit trois fois plus qu'à 25 °C. Stocker les batteries à demi-charge (40 à 60 %) contribue à maintenir la stabilité des électrodes.
Si vous prévoyez de ne pas utiliser une batterie pendant une longue période, stockez-la à 10 °C à 25 °C dans un environnement sec, avec une charge de 40 à 60 %. Ne stockez jamais une batterie complètement déchargée dans des conditions de froid extrême ou pendant une période prolongée.
Il est important de comprendre le comportement des batteries lithium-ion par temps froid et de suivre ces conseils d'entretien hivernal pour les batteries. Conseils : vous pouvez prolonger la durée de vie de votre batterie, maintenir des performances fiables et réduire les risques tels que les chutes de tension ou les pertes de capacité permanentes, qu'il s'agisse de votre véhicule électrique, smartphone, drone ou outil électrique.
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