In un batter d'occhio il tempo è tornato freddo. Anche se al nord c'è il riscaldamento, fa così caldo che vorrei mangiare il gelato tutti i giorni, ma quando esco devo affrontare una differenza di temperatura di circa 40 gradi, il che è comunque un po' spaventoso.
Se lo smartphone che hai in tasca è davvero uno "smartphone", allora non vuole uscire a prendere freddo. Perché? Perché in questa stagione la potenza della "barra della vita" dei telefoni cellulari diminuisce sempre a un ritmo allarmante.
In questa stagione, una cosa è fortemente scontata: la durata della batteria. L’autonomia dei veicoli elettrici nell’inverno settentrionale potrebbe essere inferiore solo del 30% rispetto a quella estiva.
C'è una vivida descrizione su Internet: devo uscire per questioni urgenti in inverno. Prendo il telefono e vedo che mi restano ancora 50+ batterie. Esco con fiducia. Quando arrivo a destinazione, prendo in mano il telefono e non so quando è cambiata l'icona della batteria, che prima era verde. È diventato rosso al 20%. Lo guardi sorpreso e davanti a te il valore cambia all'1%. Eri scioccato, respiravi nel telefono e ti sfregavi le mani, ma non riuscivi ancora a impedire che il telefono si raffreddasse...
Diverse sfide importanti causate dalle basse temperature
Qual è il problema? Si è scoperto che la temperatura era troppo bassa e la batteria era "consumata internamente".
Prima di esplorare le cause del consumo della batteria interna, capiamo innanzitutto come funziona la batteria.
La batteria ha principalmente questi componenti principali: elettrodo negativo (come elettrodo negativo viene utilizzata principalmente la grafite), elettrodo positivo (come esempio viene utilizzato il fosfato di litio e ferro), separatore (gli ioni di litio possono passare, ma gli elettroni no) e la batteria involucro.
Quando una batteria agli ioni di litio viene caricata, gli ioni di litio vengono rilasciati dal fosfato di litio-ferro nell'elettrodo positivo, si spostano nella soluzione elettrolitica verso l'elettrodo negativo e vengono incorporati nella grafite. La grafite nell'elettrodo negativo assorbirà gli ioni di litio che scorrono dall'elettrodo positivo e gli elettroni che si muovono attraverso il filo. Durante la scarica, gli ioni di litio immagazzinati nella grafite fuoriescono nuovamente, attraversano il separatore attraverso l'elettrolita e ritornano all'elettrodo positivo. Gli elettroni non possono passare attraverso il separatore e possono solo ritornare all'elettrodo positivo dal filo esterno. Questa azione genera corrente nel filo, facendo funzionare l'apparecchio elettrico.
In che modo le basse temperature influenzeranno il lavoro delle batterie agli ioni di litio? I materiali e i processi operativi della batteria saranno influenzati dall'ambiente a bassa temperatura. Proprio come le dita esposte per troppo tempo agli elementi atmosferici in inverno diventano meno flessibili, lo stesso vale per i materiali della batteria. In un ambiente a bassa temperatura, diventa più difficile per gli ioni fuoriuscire e incorporarsi nei materiali, diventa più difficile passare attraverso la membrana e anche la velocità di movimento degli ioni sarà ridotta.
Durante la scarica a bassa temperatura, la velocità con cui gli ioni di litio vengono incorporati nel materiale dell'elettrodo catodico rallenta. Gli ioni di litio nella parte anteriore arrivano prima che gli ioni di litio nella parte anteriore abbiano il tempo di incorporarsi nel materiale. Gli ioni di litio iniziano a incepparsi e una grande quantità di ioni di litio si accumula sulla superficie del materiale dell'elettrodo, accelerando la produzione dello strato di passivazione (chiamato film SEI nel settore, questo film rallenterà l'inserimento degli ioni di litio nell'elettrodo). In questo modo l'incorporamento risulta ancora più difficile. La manifestazione macroscopica è che la resistenza interna della batteria aumenta, la batteria inizia a "consumare internamente" e la potenza erogata verso l'esterno diminuisce.
Durante la carica a bassa temperatura, gli ioni di litio migrano verso l'elettrodo negativo di grafite, ma anche la velocità con cui gli ioni di litio sono incorporati nella grafite rallenta, mentre gli elettroni possono raggiungere facilmente l'elettrodo negativo attraverso il filo. Quando gli elettroni incontrano gli ioni di litio sulla superficie dell'elettrodo negativo, verrà generato litio metallico per formare dendriti di litio. Una volta che i dendriti di litio crescono, perforeranno il separatore, provocando un cortocircuito e un malfunzionamento della batteria.
Preriscaldamento interno
Questo percorso tecnico è chiamato preriscaldamento interno. Quando si realizza una batteria, il produttore aggiunge un sottile pezzo di lamina di nichel alla struttura della batteria e la copre con un polimero elettricamente isolante (per evitare che la sottile lamina di nichel mandi in cortocircuito la batteria). Quando la temperatura della batteria diventa troppo bassa, il controller forza la corrente attraverso la batterialamina di nichel, generando una grande quantità di energia termica per riscaldare rapidamente il materiale della batteria. Lasciare che la batteria si scarichi sempre entro un intervallo di temperature operative relativamente buone.
Se si desidera caricare a basse temperature, l'apparecchiatura di ricarica caricherà prima la batteria a bassa potenza, utilizzerà il calore generato dalla batteria stessa durante la carica per preriscaldare la batteria e attenderà fino a quando la temperatura della batteria raggiunge un intervallo adeguato prima di eseguire la ricarica ad alta temperatura. ricarica rapida.
Articolo 3: Riscaldamento esterno. È possibile aggiungere apparecchiature di preriscaldamento alla batteria (ad esempio fornendo riscaldatori e forni elettrici).
La batteria fornisce innanzitutto energia a bassa potenza al dispositivo di preriscaldamento. Il dispositivo di preriscaldamento genera calore e fa aumentare la temperatura della batteria. Dopo aver raggiunto la temperatura operativa appropriata, la batteria entra nel normale stato di funzionamento. Alcune auto elettriche sono dotate di una funzione di preriscaldamento della batteria. In inverno, la batteria deve essere preriscaldata prima di utilizzare l'auto per riportarla in condizioni di funzionamento normali.
