Low temperature reduces battery power capability. In heavy equipment, that can lead to voltage sag, controller trips, and avoidable battery damage during charging.
This case study outlines how Holo Battery redesigned a 48V 400Ah LFP battery system for a Norwegian electric excavator fleet operating in winter conditions down to −25°C.
The Problem
The customer operated 50 electric excavators in the Oslo region. The original machines used standard 48V 400Ah LFP battery packs with no active preheat function and no effective low-temperature charge interlock.
À −25 °C, l'impédance des cellules a fortement augmenté. Lors du levage de charges lourdes, les pompes hydrauliques généraient des courants d'éclatement allant jusqu'à 300 A. Dans ces conditions, la tension du bloc a suffisamment baissé pour déclencher la protection contre les sous-tensions du bus 36 V CC de la machine. Les opérateurs ont signalé quatre à cinq redémarrages par quart de travail.
La recharge a créé un deuxième problème. Étant donné que le système d'origine n'imposait pas de séquence de préchauffage avant la charge, la charge pouvait commencer alors que les cellules étaient encore en dessous de la fenêtre de température de sécurité. Au cours d'une saison hivernale, les packs ont perdu environ 30 % de leur capacité utilisable.
La refonte de la batterie
Holo Battery a développé un système LFP à gestion thermique pour une utilisation sur le terrain à basse température. Le pack utilise une configuration 15S avec une tension nominale de 48V. La conception a abordé trois domaines : le chauffage du pack, la rétention de chaleur et le contrôle de la charge.
1. Chauffage distribué
Des films chauffants en polyimide ont été intégrés entre les modules cellulaires. Le réseau de chaleur fournissait jusqu'à 0,8 W/cm² de flux thermique maîtrisé.
Lorsqu’il est connecté au réseau électrique, le pack peut être chauffé de −25°C à 15°C en 45 minutes environ.
2. Isolation thermique
L'ensemble du module a été isolé avec de l'aérogel de 3 mm pour réduire les pertes de chaleur lors d'une utilisation en extérieur. Après préchauffage et fonctionnement typique, le pack a maintenu la température à cœur au-dessus de 15°C pendant une période d'inactivité de deux heures à une température ambiante de -25°C.
3. Preheat-Before-Charge Logic
Le GTC controlled charger access based on internal temperature feedback. When the machine was plugged in, incoming power was routed first to the heaters. Charging remained disabled until the pack reached a validated minimum temperature of 15°C.
The 15°C threshold was selected based on internal test data showing acceptable charge acceptance and negligible plating risk at this temperature for the cells used.
This prevented charging at unsafe cell temperature and reduced the risk of lithium plating.
Test Results
Test condition: 300A pulse discharge at −25°C ambient.
The original pack was tested at ambient temperature. The Holo Battery system was preheated before pulse testing.
| Métrique | Original Standard Pack | Holo Battery Engineered System | Practical Impact |
|---|---|---|---|
| Température à cœur du pack au début du test | −25°C | 18°C | Puissance utilisable plus élevée |
| Chute de tension pendant une impulsion de 300 A | Chute de 14,2 V | Chute de 3,1 V | Moins d'arrêts sous charge d'ascenseur |
| Contrôle de la charge dans des conditions inférieures à zéro | Pas de verrouillage de préchauffage efficace | Chargement activé uniquement au-dessus de 15°C | Réduction des dégâts de charge à basse température |
| Perte de capacité après une saison équivalente à l’hiver | 32% | <2% | Durée de vie plus longue |
Remarque : La rétention de capacité a été mesurée à température ambiante avant et après une saison d’exploitation équivalente à un hiver. Une saison représente environ cinq mois d'utilisation à raison de huit heures par jour. Les résultats réels dépendent du cycle de service, du comportement de charge et de l'exposition thermique.
Impact commercial
The customer estimated downtime cost at approximately USD 150 per hour. Based on reported productivity loss, cold-weather interruptions were costing around USD 600 per machine per day.
Battery replacement added further cost. The original packs often required replacement after winter operation, at roughly USD 4,500 per pack.
Following the redesign, the monitored fleet completed two winter seasons with no battery replacements attributed to low-temperature charging damage and no reported cold-weather shutdowns during normal operation.
The customer recovered the additional engineering cost in about four months.
Why It Matters
In sub-zero environments, battery reliability depends on more than nominal capacity. Heavy equipment batteries must be designed as thermal-electrical systems.
That means accounting for:
- cold-start temperature
- peak current demand
- insulation strategy
- idle heat loss
- charge interlocks
- BMS logic
- service conditions in the field
For construction and off-highway equipment, these factors directly affect uptime and total cost of ownership.
Next Step
If your equipment operates below freezing, send Holo Battery your peak current profile, duty cycle, charging method, and minimum ambient temperature atsales@holobattery.com.
Our engineering team can provide a thermal architecture recommendation within 48 hours.
