Během mrknutí oka se počasí opět ochladilo. Sice je uvnitř na severu topení, je tak teplo, že chci jíst zmrzlinu každý den, ale když jdu ven, čelím teplotnímu rozdílu asi 40 stupňů, což je pořád trochu děsivé.
Pokud je smartphone v kapse skutečně „smartphone“, pak nechce jít ven a prochladnout. proč? Protože síla „life bar“ mobilních telefonů v této sezóně vždy klesá alarmujícím tempem.
V této sezóně je jedna věc silně zlevněna – výdrž baterie. Dojezd elektrických vozidel v zimě na severu může být pouze o méně než 30 % nižší než v létě.
Na internetu je názorný popis: V zimě musím vyrazit pro neodkladné záležitosti. Zvednu telefon a vidím, že mám ještě 50+ baterií. Jdu ven s důvěrou. Když dorazím do cíle, zvednu telefon a nevím, kdy se změnila ikona baterie, která byla zrovna zelená. Zčervenal o 20 %. Překvapeně zíráte a před vámi se to změní na 1 %. Byl jsi v šoku, dýchal jsi do telefonu a mnul si ruce, ale stále jsi nemohl zabránit tomu, aby se telefon ochladil...
Několik hlavních problémů způsobených nízkou teplotou
Co je za problém? Ukázalo se, že teplota byla příliš nízká a baterie byla „vnitřně spotřebována“.
Než prozkoumáme příčiny spotřeby vnitřní baterie, pojďme nejprve pochopit, jak baterie funguje.
Baterie má hlavně tyto hlavní součásti: zápornou elektrodu (jako zápornou elektrodu se většinou používá grafit), kladnou elektrodu (jako příklad je použit fosforečnan lithno-železitý), separátor (lithné ionty mohou procházet, ale elektrony ne) a baterii kryt.
Když se lithium-iontová baterie nabíjí, ionty lithia se uvolňují z fosforečnanu lithného v kladné elektrodě, pohybují se v roztoku elektrolytu k záporné elektrodě a jsou zabudovány do grafitu. Grafit v záporné elektrodě bude absorbovat ionty lithia vycházející z kladné elektrody a elektrony pohybující se drátem. Při vybíjení ionty lithia uložené v grafitu opět unikají, procházejí separátorem přes elektrolyt a vracejí se ke kladné elektrodě. Elektrony nemohou projít separátorem a mohou se vrátit ke kladné elektrodě pouze z vnějšího drátu. Tato akce generuje proud v drátu, což způsobí, že elektrický spotřebič bude fungovat.
Jak nízké teploty ovlivní práci lithium-iontových baterií? Materiály a provozní procesy baterie budou ovlivněny prostředím s nízkou teplotou. Stejně jako prsty, které jsou v zimě vystaveny povětrnostním vlivům příliš dlouho, se stávají méně ohebnými, stejně tak mohou být materiály v baterii. V nízkoteplotním prostředí je pro ionty obtížnější unikat a ukládat se do materiálů, obtížněji procházejí membránou a také se sníží rychlost pohybu iontů.
Během nízkoteplotního výboje se rychlost, kterou jsou ionty lithia zabudovávány do materiálu katodové elektrody, zpomaluje. Lithné ionty v přední části dorazí dříve, než se ionty lithia v přední části stihnou zabudovat do materiálu. Lithiové ionty se začnou zasekávat a na povrchu elektrodového materiálu se hromadí velké množství lithných iontů, což urychlí tvorbu pasivační vrstvy (v průmyslu nazývané SEI film, tento film zpomalí vkládání lithných iontů do elektrody). Tímto způsobem je vkládání ještě obtížnější. Makroskopickým projevem je, že se zvýší vnitřní odpor baterie, baterie začne „vnitřně spotřebovávat“ a výkon navenek se zmenšuje.
Během nízkoteplotního nabíjení migrují ionty lithia směrem ke grafitové záporné elektrodě, ale rychlost, kterou jsou ionty lithia zabudovány do grafitu, se také zpomaluje, zatímco elektrony mohou šťastně dosáhnout záporné elektrody přes drát. Když elektrony narazí na lithiové ionty na povrchu záporné elektrody, vytvoří se kovové lithium za vzniku lithiových dendritů. Jakmile lithiové dendrity narostou, propíchnou separátor, což způsobí zkrat a poruchu baterie.
Vnitřní předehřev
Tato technická cesta se nazývá vnitřní předehřev. Při výrobě baterie výrobce přidá do struktury baterie tenký kousek niklové fólie a překryje ji elektricky izolujícím polymerem (aby tenká niklová fólie nezkratovala baterii). Jakmile se teplota baterie příliš sníží, regulátor vynutí proud skrzniklová fóliegeneruje velké množství tepelné energie pro rychlé zahřátí materiálu baterie. Nechte baterii vždy vybíjet v relativně dobrém rozsahu provozních teplot.
Chcete-li nabíjet při nízkých teplotách, nabíjecí zařízení nejprve nabije baterii nízkým výkonem, použije teplo generované samotnou baterií během nabíjení k předehřátí baterie a před provedením vysokého napětí počká, dokud teplota baterie nevzroste na vhodný rozsah napájení rychlé nabíjení.
Článek 3: Vnější vytápění. K baterii můžete přidat předehřívací zařízení (například zajištění ohřívačů a elektrických pecí).
Baterie nejprve dodává nízkoenergetický výkon do předehřívacího zařízení. Předehřívací zařízení generuje teplo a způsobuje zvýšení teploty baterie. Po dosažení vhodné provozní teploty přejde baterie do normálního pracovního stavu. Některé elektromobily jsou vybaveny funkcí předehřívání baterie. V zimě musí být baterie před použitím vozu předehřátá, aby se vůz uvedl do normálního provozního stavu.
