Study of atmospheric temperature affecting lithium batteries in Thailand

Abstract

This research aims (1) to study the charging and discharging behavior of batteries in relation to ambient temperature and (2) to examine the heat generation of batteries under different ambient temperatures. The study was conducted on lithium-ion batteries of types 18650, 21700, and 26650 under charging and discharging rates of 0.5C and 1C while maintaining ambient temperatures at 35°C, 40°C, and 45°C. The objective was to analyze the impact of ambient temperature on battery performance and heat generation. The results indicate that battery capacity tends to increase with higher ambient temperatures due to improved electrochemical reactions within the cells. However, among the tested battery types, the 18650 battery exhibited the lowest capacity, while the 26650 battery demonstrated the highest capacity. Additionally, battery temperature increased with higher ambient temperatures during both charging and discharging processes. Notably, the 21700 battery exhibited higher heat generation compared to other battery types. Furthermore, at a 1C charge/discharge rate, batteries generated more heat than at a 0.5C rate, which could negatively impact battery lifespan over the long term. The findings suggest that ambient temperature and charge/discharge rates significantly affect the temperature and performance of lithium-ion batteries. These factors should be carefully considered when designing cooling systems and selecting batteries for specific environmental conditions. Proper thermal management can help mitigate excessive heat accumulation and extend battery lifespan, enhancing both safety and efficiency in battery applications.

การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์ 1) เพื่อศึกษาพฤติกรรมของแบตเตอรี่ในการประจุและคายประจุต่ออุณหภูมิบรรยากาศ และ 2) เพื่อศึกษาความร้อนของแบตเตอรี่ต่ออุณหภูมิบรรยากาศ โดยทำการทดลองกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภท 18650, 21700 และ 26650 ภายใต้เงื่อนไขการประจุและคายประจุที่ อัตรา 0.5C และ 1C ในสภาวะที่ควบคุมอุณหภูมิแวดล้อมที่ 35°C, 40°C และ 45°C เพื่อวิเคราะห์ผลกระทบของอุณหภูมิแวดล้อมต่อประสิทธิภาพการทำงานและการเกิดความร้อนของแบตเตอรี่ผลการศึกษาพบว่า ความจุของแบตเตอรี่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิแวดล้อม เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ทำงานได้ดีขึ้นที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ 18650 มีค่าความจุต่ำที่สุด เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น ในขณะที่ แบตเตอรี่ 26650 มีค่าความจุสูงสุด นอกจากนี้ ยังพบว่า อุณหภูมิของแบตเตอรี่ขณะทำการประจุและคายประจุเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิแวดล้อม โดยเฉพาะแบตเตอรี่ 21700 ที่มีแนวโน้มเกิดความร้อนสูงกว่าประเภทอื่น และที่ อัตราการประจุและคายประจุ 1C จะก่อให้เกิดความร้อนภายในแบตเตอรี่มากกว่าที่อัตรา 0.5C ซึ่งอาจมีผลกระทบต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ในระยะยาวจากผลการทดลองสรุปได้ว่า อุณหภูมิแวดล้อมและอัตราการประจุ/คายประจุมีผลกระทบโดยตรงต่ออุณหภูมิและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ควรพิจารณาในการออกแบบระบบระบายความร้อนและการเลือกใช้แบตเตอรี่ในสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม เพื่อลดความเสี่ยงจากความร้อนสะสมและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ให้ยาวนานขึ้น