U tren oka, vrijeme je opet postalo hladno. Iako na sjeveru ima grijanja, toliko je toplo da svaki dan poželim jesti sladoled, ali kad izađem van, susrećem se s temperaturnom razlikom od 40-ak stupnjeva, što je ipak malo zastrašujuće.
Ako je pametni telefon u vašem džepu uistinu "smartphone", onda ne želi izaći van i ohladiti se. zašto? Jer snaga "life bara" mobilnih telefona uvijek opada alarmantnom brzinom tijekom ove sezone.
Ove sezone jedna stvar je jako snižena - trajanje baterije. Domet krstarenja električnih vozila zimi na sjeveru može biti samo manji od 30% nego ljeti.
Na internetu postoji slikovit opis: Zimi moram van zbog hitnih stvari. Uzimam svoj telefon i vidim da imam još 50+ baterija. Izlazim s povjerenjem. Kad stignem na odredište, uzmem telefon i ne znam kada se promijenila ikona baterije koja je maloprije bila zelena. Postao 20% crven. Vi buljite iznenađeno, a ono se mijenja u 1% ispred vas. Bili ste šokirani, disali ste u telefon i trljali ruke, ali svejedno niste mogli spriječiti da telefon postane hladniji...
Nekoliko velikih izazova uzrokovanih niskom temperaturom
U čemu je problem? Ispostavilo se da je temperatura preniska i baterija se "interno potrošila".
Prije nego istražimo uzroke unutarnje potrošnje baterije, prvo shvatimo kako baterija radi.
Baterija uglavnom ima ove glavne komponente: negativnu elektrodu (uglavnom se grafit koristi kao negativnu elektrodu), pozitivnu elektrodu (litij željezo fosfat koristi se kao primjer), separator (litijevi ioni mogu proći, ali elektroni ne) i baterija kućište.
Kada se litij-ionska baterija puni, litijevi ioni se oslobađaju iz litij željeznog fosfata u pozitivnoj elektrodi, kreću se u otopini elektrolita do negativne elektrode i ugrađuju se u grafit. Grafit u negativnoj elektrodi će apsorbirati ione litija koji izlaze iz pozitivne elektrode i elektrone koji se kreću kroz žicu. Tijekom pražnjenja, ioni litija pohranjeni u grafitu ponovno izlaze, prolaze kroz separator kroz elektrolit i vraćaju se na pozitivnu elektrodu. Elektroni ne mogu proći kroz separator i mogu se samo vratiti na pozitivnu elektrodu iz vanjske žice. Ova radnja stvara struju u žici, što uzrokuje rad električnog uređaja.
Kako će niske temperature utjecati na rad litij-ionskih baterija? Materijali i radni procesi baterije bit će pod utjecajem okoline niske temperature. Baš kao što prsti koji su zimi predugo izloženi elementima postaju manje fleksibilni, tako mogu i materijali u bateriji. U okolini s niskom temperaturom, ionima je teže izaći i ugraditi se u materijale, te postaje teže proći kroz membranu, a brzina kretanja iona također će biti smanjena.
Tijekom niskotemperaturnog pražnjenja, usporava se brzina kojom se litijevi ioni ugrađuju u materijal katodne elektrode. Litijevi ioni u prednjem dijelu stižu prije nego što litijevi ioni u prednjem dijelu imaju vremena da se ugrade u materijal. Litijevi ioni počinju se zaglavljivati, a velika količina litijevih iona nakuplja se na površini materijala elektrode, što će ubrzati proizvodnju pasivacijskog sloja (koji se u industriji naziva SEI film, ovaj film će usporiti umetanje litijevih iona u elektrodu). Na ovaj način ugradnja je još teža. Makroskopska manifestacija je da se unutarnji otpor baterije povećava, baterija počinje "interno trošiti", a izlazna snaga prema van postaje manja.
Tijekom punjenja pri niskim temperaturama, litijevi ioni migriraju prema grafitnoj negativnoj elektrodi, ali brzina kojom su litijevi ioni ugrađeni u grafit također se usporava, dok elektroni mogu sretno doći do negativne elektrode kroz žicu. Kada elektroni naiđu na litijeve ione na površini negativne elektrode, metalni litij će se generirati i formirati litijeve dendrite. Nakon što litijevi dendriti narastu, probit će separator, uzrokujući kratki spoj i kvar baterije.
Unutarnje predgrijavanje
Ovaj tehnički put naziva se unutarnje predgrijavanje. Prilikom izrade baterije proizvođač dodaje tanki komad nikl folije u strukturu baterije i prekriva je elektroizolacijskim polimerom (kako bi se spriječilo da tanka nikl folija izazove kratki spoj baterije). Jednom kada temperatura baterije postane preniska, regulator tjera struju krozfolija od nikla, stvarajući veliku količinu toplinske energije za brzo zagrijavanje materijala baterije. Neka se baterija uvijek prazni unutar relativno dobrog raspona radne temperature.
Ako želite puniti na niskim temperaturama, oprema za punjenje prvo će napuniti bateriju s malom snagom, koristiti toplinu koju stvara sama baterija tijekom punjenja za prethodno zagrijavanje baterije i pričekati dok temperatura baterije ne poraste do odgovarajućeg raspona prije nego što izvrši visoku snaga brzo punjenje.
Članak 3: Vanjsko grijanje. Bateriji možete dodati opremu za predgrijavanje (kao što su grijalice i električne peći).
Baterija najprije napaja uređaj za predgrijanje slabom snagom. Uređaj za predgrijanje stvara toplinu i uzrokuje porast temperature baterije. Nakon postizanja odgovarajuće radne temperature, baterija ulazi u normalno radno stanje. Neki električni automobili opremljeni su funkcijom predgrijanja baterije. Zimi se akumulator mora prethodno zagrijati prije korištenja automobila kako bi se automobil doveo u normalno radno stanje.
