وفي غمضة عين، أصبح الطقس باردًا مرة أخرى. على الرغم من وجود تدفئة في الداخل في الشمال، إلا أن الجو دافئ جدًا لدرجة أنني أرغب في تناول الآيس كريم كل يوم، لكن عندما أخرج، أواجه اختلافًا في درجة الحرارة يبلغ حوالي 40 درجة، وهو ما لا يزال مخيفًا بعض الشيء.
إذا كان الهاتف الذكي الموجود في جيبك "هاتفًا ذكيًا" حقًا، فهو لا يريد الخروج ويصاب بالبرد. لماذا ؟ لأن قوة "شريط الحياة" للهواتف المحمولة تنخفض دائمًا بمعدل ينذر بالخطر خلال هذا الموسم.
هذا الموسم، تم تخفيض شيء واحد بشكل كبير – عمر البطارية. قد يكون نطاق إبحار السيارات الكهربائية في الشتاء الشمالي أقل من 30٪ فقط من ذلك في الصيف.
هناك وصف حي على الإنترنت: لا بد لي من الخروج لأمور عاجلة في الشتاء. التقطت هاتفي ورأيت أنه لا يزال لديّ بطاريات 50+. أخرج بثقة. عندما أصل إلى وجهتي، أرفع هاتفي ولا أعرف متى تغير رمز البطارية، الذي كان باللون الأخضر الآن. أصبح 20% أحمر. تحدق في مفاجأة، ويتغير إلى 1٪ أمامك. لقد صدمت، وأخذت تتنفس في الهاتف وتفرك يديك، لكنك لا تزال غير قادر على منع الهاتف من أن يصبح أكثر برودة...
العديد من التحديات الرئيسية الناجمة عن انخفاض درجة الحرارة
ما هي المشكلة؟ وتبين أن درجة الحرارة كانت منخفضة جدًا وأن البطارية "مستهلكة داخليًا".
قبل استكشاف أسباب استهلاك البطارية الداخلية، دعونا أولاً نفهم كيفية عمل البطارية.
تحتوي البطارية بشكل أساسي على هذه المكونات الرئيسية: القطب السالب (يتم استخدام الجرافيت في الغالب كقطب سالب)، والقطب الموجب (يتم استخدام فوسفات حديد الليثيوم كمثال)، والفاصل (يمكن لأيونات الليثيوم المرور من خلاله، ولكن لا تستطيع الإلكترونات ذلك)، والبطارية غلاف.
عندما يتم شحن بطارية ليثيوم أيون، يتم إطلاق أيونات الليثيوم من فوسفات حديد الليثيوم في القطب الموجب، وتنتقل في محلول الإلكتروليت إلى القطب السالب، ويتم دمجها في الجرافيت. سوف يمتص الجرافيت الموجود في القطب السالب أيونات الليثيوم الجارية من القطب الموجب والإلكترونات التي تتحرك عبر السلك. أثناء التفريغ، تتسرب أيونات الليثيوم المخزنة في الجرافيت مرة أخرى، وتمر عبر الفاصل عبر المنحل بالكهرباء، وتعود إلى القطب الموجب. لا يمكن للإلكترونات المرور عبر الفاصل ولا يمكنها العودة إلى القطب الموجب إلا من السلك الخارجي. يؤدي هذا الإجراء إلى توليد تيار في السلك، مما يؤدي إلى تشغيل الجهاز الكهربائي.
كيف ستؤثر درجات الحرارة المنخفضة على عمل بطاريات الليثيوم أيون؟ سوف تتأثر المواد وعمليات التشغيل الخاصة بالبطارية ببيئة درجة الحرارة المنخفضة. تمامًا كما تصبح الأصابع التي تتعرض للعوامل الجوية لفترة طويلة جدًا في الشتاء أقل مرونة، كذلك يمكن أن تصبح المواد الموجودة في البطارية أقل مرونة. في بيئة منخفضة الحرارة، يصبح من الصعب على الأيونات الهروب والانغماس في المواد، ويصبح من الصعب المرور عبر الغشاء، كما ستنخفض سرعة حركة الأيونات.
أثناء التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة، يتباطأ معدل دمج أيونات الليثيوم في مادة القطب الكاثود. تصل أيونات الليثيوم الموجودة في المقدمة قبل أن يتوفر لدى أيونات الليثيوم الموجودة في المقدمة الوقت الكافي للاندماج في المادة. تبدأ أيونات الليثيوم في التكدس، وتتراكم كمية كبيرة من أيونات الليثيوم على سطح مادة الإلكترود، مما يؤدي إلى تسريع إنتاج طبقة التخميل (يُسمى فيلم SEI في الصناعة، وسيعمل هذا الفيلم على إبطاء إدخال أيونات الليثيوم) في القطب). بهذه الطريقة يكون التضمين أكثر صعوبة. المظهر العياني هو زيادة المقاومة الداخلية للبطارية، وتبدأ البطارية في "الاستهلاك الداخلي"، ويصبح خرج الطاقة إلى الخارج أصغر.
أثناء الشحن في درجات حرارة منخفضة، تهاجر أيونات الليثيوم نحو القطب السالب للجرافيت، لكن السرعة التي يتم بها دمج أيونات الليثيوم في الجرافيت تتباطأ أيضًا، بينما يمكن للإلكترونات أن تصل بسعادة إلى القطب السالب عبر السلك. عندما تواجه الإلكترونات أيونات الليثيوم على سطح القطب السالب، سيتم توليد الليثيوم المعدني لتكوين تشعبات الليثيوم. بمجرد نمو شجيرات الليثيوم، فإنها سوف تخترق الفاصل، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي في البطارية وعطل.
التسخين الداخلي
يسمى هذا المسار الفني بالتسخين الداخلي. عند صنع البطارية، تضيف الشركة المصنعة قطعة رقيقة من رقائق النيكل إلى هيكل البطارية وتغطيها ببوليمر عازل كهربائيًا (لمنع رقائق النيكل الرقيقة من ماس كهربائى للبطارية). بمجرد أن تصبح درجة حرارة البطارية منخفضة جدًا، تقوم وحدة التحكم بفرض التيار عبراحباط النيكل، توليد كمية كبيرة من الطاقة الحرارية لتسخين مادة البطارية بسرعة. دع البطارية تفرغ دائمًا ضمن نطاق درجة حرارة تشغيل جيد نسبيًا.
إذا كنت تريد الشحن في درجات حرارة منخفضة، فسوف تقوم معدات الشحن أولاً بشحن البطارية بطاقة منخفضة، واستخدام الحرارة الناتجة عن البطارية نفسها أثناء الشحن لتسخين البطارية مسبقًا والانتظار حتى ترتفع درجة حرارة البطارية إلى نطاق مناسب قبل إجراء عملية شحن عالية. شحن سريع للطاقة.
المادة 3: التدفئة الخارجية. يمكنك إضافة معدات التسخين للبطارية (مثل توفير السخانات والأفران الكهربائية).
تقوم البطارية أولاً بتزويد جهاز التسخين المسبق بالطاقة المنخفضة. يقوم جهاز التسخين المسبق بتوليد الحرارة ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية. بعد الوصول إلى درجة حرارة التشغيل المناسبة، تدخل البطارية في حالة العمل العادية. تم تجهيز بعض السيارات الكهربائية بوظيفة التسخين المسبق للبطارية. في فصل الشتاء، يجب تسخين البطارية مسبقًا قبل استخدام السيارة لوضع السيارة في حالة عمل عادية.
