เหตุใดแบตเตอรี่ลิเธียมของคุณจึงทำงานได้ไม่ดีในฤดูหนาว การวิเคราะห์เชิงลึก-เกี่ยวกับผลกระทบของสภาพอากาศหนาวเย็นที่มีต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียม

เมื่อถึงฤดูหนาว ผู้คนจำนวนมากพบว่าแบตเตอรี่โทรศัพท์หมดเร็วเป็นสองเท่าตามปกติ ระยะทางของยานพาหนะไฟฟ้าลดลงอย่างมากเมื่อเปิดเครื่องทำความร้อน และอุปกรณ์เก็บพลังงานกลางแจ้งมีประสิทธิภาพน้อยลง ไม่ใช่เพราะอุปกรณ์ของคุณเสีย แต่หลักการไฟฟ้าเคมีที่ชัดเจนจะควบคุมทั้งหมดนี้

สิ่งที่น่าสนใจคือปฏิกิริยาแรกของผู้ใช้จำนวนมากคือ "แบตเตอรี่เก่า"-แต่นั่นไม่จำเป็นต้องเป็นความจริงเสมอไป การสูญเสียกำลังการผลิตส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิต่ำเกิดขึ้นชั่วคราวและย้อนกลับได้ เมื่อคุณเข้าใจหลักการแล้ว การแก้ปัญหาก็ไม่ซับซ้อนจริงๆ

บทความนี้จะแจกแจงกลไกหลักที่สภาพอากาศหนาวเย็นส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมอย่างเป็นระบบ ให้ข้อมูลเชิงปริมาณและการเปรียบเทียบแนวนอนของระบบเคมีต่างๆ และเสนอคำแนะนำที่เป็นประโยชน์สำหรับผู้ใช้และนักออกแบบ

1. ผลกระทบของสภาพอากาศหนาวเย็นต่อแบตเตอรี่ลิเธียม: เกิดอะไรขึ้น?

ขั้นแรก อธิบายปรากฏการณ์ แล้วจึงอธิบายเหตุผล

ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ- ผลกระทบโดยทั่วไปของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนคือ: ความจุที่ลดลง ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นอย่างมาก และประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จากมุมมองของผู้ใช้ สิ่งนี้แสดงให้เห็น: เปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็ว (จาก 50% เป็น 20%) อุปกรณ์ปิดเครื่องกะทันหันแต่แสดงพลังงานเมื่อเสียบปลั๊ก และแรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอระหว่างการใช้พลังงานสูง-

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด-แล้ว แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมีข้อได้เปรียบที่สัมพันธ์กันที่อุณหภูมิต่ำ-แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดจะมีประสิทธิภาพลดลงอย่างรุนแรงในสภาพอากาศหนาวเย็นจัด ซึ่งมักจะมาพร้อมกับการสูญเสียอายุการใช้งานถาวร อย่างไรก็ตาม "ค่อนข้างดีกว่า" ไม่ได้หมายความว่า "ไม่มีปัญหา" และความท้าทายที่แบตเตอรี่ลิเธียมต้องเผชิญที่อุณหภูมิต่ำก็ไม่สามารถละเลยได้

การเปลี่ยนแปลงหลักสามารถสรุปได้เป็น 3 ประเด็น:

ในระหว่างการคายประจุ พลังงานที่ใช้ได้จริงจะลดลง

ระหว่างการชาร์จ ประสิทธิภาพการรับพลังงานไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะลดลง

เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าสูง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเร็วขึ้น ทำให้อุปกรณ์สามารถปิดระบบป้องกันได้ง่ายขึ้น

ข่าวดีก็คือว่าการเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่สามารถย้อนกลับได้ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความจุจะฟื้นตัวอย่างมีนัยสำคัญ- หากคุณไม่ได้บังคับ-ชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ

2. ทำไมความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมจึงลดลงในฤดูหนาว? คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์

ผลกระทบของอุณหภูมิต่ำแทรกซึมห่วงโซ่ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าทั้งหมดของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน เรามาแบ่งมันออกเป็นชั้น ๆ กัน:

① ลิเธียมไอออน "เคลื่อนที่ไม่ได้อีกต่อไป" - ความหนืดของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น

ภายในแบตเตอรี่ลิเธียม ไอออนลิเธียมจะต้องส่งไปมาในอิเล็กโทรไลต์เหลวเพื่อส่งพลังงานจากอิเล็กโทรดบวกไปยังอิเล็กโทรดลบ (การชาร์จ) หรือในทางกลับกัน (การคายประจุ) ที่อุณหภูมิต่ำ อิเล็กโทรไลต์จะหนาขึ้น ซึ่งลดอัตราการแพร่ของลิเธียมไอออนลงอย่างมาก คุณอาจคิดว่ามันเหมือนกับการว่ายน้ำในน้ำเชื่อมแทนน้ำ แต่ประสิทธิภาพจะลดลงมากตามธรรมชาติ

ยิ่งไอออนเข้าถึงพื้นผิวอิเล็กโทรดช้าลง ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าทั้งหมดก็จะ "ติดอยู่" มากขึ้นเท่านั้น

2 วัสดุอิเล็กโทรด "ไม่ต้องการเคลื่อนที่"- จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาลดลง

ที่อุณหภูมิต่ำ จลนศาสตร์ของการแทรกและการสกัดลิเธียม-ในวัสดุแคโทด (เช่น ลิเธียมแบบไตรภาคของ NMC หรือลิเธียมเหล็กฟอสเฟต LFP) และวัสดุแอโนด (โดยปกติคือแกรไฟต์) จะช้าลงอย่างมาก พูดง่ายๆ ก็คือ วัสดุอิเล็กโทรดจะ "เชื่องช้า" ที่อุณหภูมิต่ำ ส่งผลให้จำนวนลิเธียมไอออนที่สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีที่มีประสิทธิภาพลดลง จึงปล่อยพลังงานน้อยลง

3 แนวต้านภายใน "ทะยาน" - แนวต้านสามชั้นซ้อนทับ

อุณหภูมิต่ำจะเพิ่มความต้านทานสามประเภทพร้อมกัน:

ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ลดลง (ค่าการนำไฟฟ้าลดลง)

เพิ่มความต้านทานการถ่ายโอนประจุระหว่างพื้นผิว (ทำให้ลิเธียมไอออน "ไต่" บนพื้นผิวอิเล็กโทรดได้ยากขึ้น)

ความต้านทานของฟิล์ม SEI (ฟิล์มเชื่อมต่ออิเล็กโทรไลต์แข็ง) จะเพิ่มขึ้น (ความสามารถในการนำไอออน-ของชั้นป้องกันอิเล็กโทรดเชิงลบจะลดลงที่อุณหภูมิต่ำ)

ผลรวมของความต้านทานทั้งสามนี้ทำให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความต้านทานภายในที่สูงขึ้นส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพลดลงในระหว่างการคายประจุ ส่งผลให้การสูญเสียพลังงานกระจายไปเป็นความร้อน ส่งผลให้พลังงานที่ใช้งานจริงลดลงอีก

④ สถานการณ์ที่อันตรายที่สุด – การสะสมของลิเธียมเกิดจากการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ-

นี่เป็นแง่มุมที่น่าตกใจที่สุด ในระหว่างการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ- ลิเธียมไอออนจะไม่สามารถแทรกเข้าไปในกราไฟต์แอโนดได้ทันเวลา และจะตกตะกอนบนพื้นผิวแอโนดในรูปของลิเธียมโลหะ ก่อตัวเป็นสารเคลือบลิเธียม ซึ่งสามารถพัฒนาเป็นลิเธียมเดนไดรต์ในกรณีที่รุนแรง

อันตรายของลิเธียมเดนไดรต์คือ: การสูญเสียกำลังการผลิตที่ไม่สามารถย้อนกลับได้; ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นอีก ในกรณีที่รุนแรงที่สุด เดนไดรต์สามารถเจาะทะลุตัวแยก ทำให้เกิดการลัดวงจรหรือแม้แต่ความร้อนหนี่งได้

ดังนั้นการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาจึงเป็นสิ่งต้องห้ามโดยเด็ดขาด โดยไม่มีข้อยกเว้น

3. แบตเตอรี่ลิเธียมสูญเสียความจุเท่าใดในฤดูหนาว?

ขนาดของการสูญเสียความจุขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ กระแสคายประจุ เคมีของแบตเตอรี่ และสภาพอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ข้อมูลต่อไปนี้อิงตามรายงานการทดสอบ NREL และการศึกษาช่วงฤดูหนาวของ AAA สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า:

สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า รายงานการทดสอบในช่วงฤดูหนาวปี 2023 ของ AAA แสดงให้เห็นว่าในสภาพแวดล้อม -7 องศา ระยะการขับขี่โดยเฉลี่ย (ไม่มีเครื่องทำความร้อน) จะลดลงประมาณ 12% ในขณะที่เปิดเครื่องทำความร้อน การลดลงจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 41% สิ่งนี้บ่งชี้ว่าในขณะที่การสูญเสียความจุของแบตเตอรี่ส่วนหนึ่งเกิดจากตัวแบตเตอรี่เอง แต่ภาระเพิ่มเติม เช่น การทำความร้อน การละลายน้ำแข็ง และการทำความร้อนในห้องโดยสาร เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ระยะการขับขี่ลดลงอย่างมากในฤดูหนาว

การแจ้งเตือนที่สำคัญสองประการ:

เปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่ที่แสดงโดยอุปกรณ์มักจะสูงเกินจริงที่อุณหภูมิต่ำ และพลังงานที่ใช้งานได้จริงต่ำกว่าค่าที่แสดง เนื่องจาก BMS (ระบบจัดการแบตเตอรี่) ไม่สามารถสะท้อนสถานะอุณหภูมิต่ำ-ได้อย่างแม่นยำหลังจากปรับเทียบที่อุณหภูมิห้องแล้ว

การสูญเสียความจุที่เกิดจากการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำ-มักจะสามารถกู้คืนได้หลังจากที่อุณหภูมิสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ความเสียหายที่เกิดจากการสะสมของลิเธียมเนื่องจากการประจุที่อุณหภูมิต่ำ-จะคงอยู่ถาวร

4. แบตเตอรี่ลิเธียมชนิดใดทำงานได้ดีกว่าในสภาพอากาศหนาวเย็น?

จริงๆ แล้วปัญหานี้ค่อนข้างเป็นที่ถกเถียงกันในอุตสาหกรรม และไม่มีคำว่า "ไหนดีกว่ากันอย่างแน่นอน" มีตัวแปรมากเกินไปที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ- และชื่อทางเคมีเป็นเพียงลักษณะเดียวเท่านั้น

ลิเธียมแบบไตรภาคของ NMC กับลิเธียมเหล็กฟอสเฟต LFP

มุมมองทั่วไปในอุตสาหกรรมเกี่ยวกับการเปรียบเทียบทั้งสองที่อุณหภูมิต่ำคือ:

NMC (ลิเธียมแบบไตรภาค) : ที่อุณหภูมิต่ำปานกลาง (ประมาณ -10 องศา) มีความหนาแน่นของพลังงานและความสามารถในการกักเก็บพลังงานค่อนข้างดี ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งว่าทำไมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและยานยนต์ไฟฟ้ายุคแรกๆ ส่วนใหญ่จึงเลือก NMC

LFP (ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) : มีวงจรชีวิตที่ดีขึ้นและปลอดภัยที่อุณหภูมิห้อง แต่ความสามารถในการสลายตัวของสูตรมาตรฐานอาจมีนัยสำคัญมากกว่าที่อุณหภูมิต่ำมาก (ต่ำกว่า -20 องศา ) อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้ผลิตเช่น BYD และ CATL ได้ทำการเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดสูตรมากมายสำหรับประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำของ LFP และช่องว่างก็แคบลง

เป็นที่น่าสังเกตว่าภายในระบบเคมีเดียวกัน ความแตกต่างในสูตรระหว่างผู้ผลิตแต่ละรายอาจมากกว่าความแตกต่างระหว่างระบบเคมีที่ต่างกันมาก เมื่อซื้อ ให้ให้ความสำคัญกับการดูกราฟการปล่อยอุณหภูมิต่ำ-ที่ผู้ผลิตเผยแพร่ (อัตราการคงความจุการปล่อยประจุที่ -20 องศา ) และขีดจำกัดอุณหภูมิการชาร์จขั้นต่ำ ซึ่งมีค่ามากกว่าการดูที่ "NMC หรือ LFP"

สูตรผสมที่เหมาะกับอุณหภูมิต่ำ-: ตัวสร้างความแตกต่างที่แท้จริง

ผู้ผลิตแบตเตอรี่บางรายที่เน้นการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ-จะเลือกใช้:

อิเล็กโทรไลต์ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีความหนืดต่ำ- (เช่น สูตรที่ประกอบด้วยตัวทำละลายอีเทอร์)

สารเติมแต่งขึ้นรูปฟิล์ม SEI พิเศษ-ช่วยปรับปรุง-คุณสมบัติของส่วนต่อประสานที่อุณหภูมิต่ำ

การเคลือบอิเล็กโทรดที่บางลงจะทำให้เส้นทางการแพร่กระจายของลิเธียม-สั้นลง

การปรับปรุงสูตรเหล่านี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่เย็นจัด (ต่ำกว่า -30 องศา ) แต่มักจะต้องแลกมาด้วยการสูญเสียความหนาแน่นของพลังงานที่อุณหภูมิห้องบางส่วน

ชุดแบตเตอรี่ที่มีระบบทำความร้อน-ในตัว: ได้ผลทันทีที่สุด

โดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบทางเคมี ชุดแบตเตอรี่ที่มีการทำความร้อนล่วงหน้าในตัวและโครงสร้างฉนวนกันความร้อนที่ดีทำงานได้ดีกว่าเซลล์เปลือยในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดมาก ปัจจุบันนี้เป็นปัจจัยชี้ขาดที่สุดในความแตกต่างของประสิทธิภาพในช่วงฤดูหนาวระหว่างยานพาหนะไฟฟ้าและอุปกรณ์เก็บพลังงานกลางแจ้ง ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดในส่วนการออกแบบในภายหลัง

5. จะปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมในฤดูหนาวได้อย่างไร?

คำแนะนำต่อไปนี้แสดงตามลำดับความสำคัญต่อสุขภาพของแบตเตอรี่ สองข้อแรกเป็นหลักการที่สำคัญที่สุด- และอย่างหลังมีไว้เพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพ:

กฎข้อแรก: ห้ามชาร์จต่ำกว่า 0 องศา

นี่ไม่ใช่ข้อเสนอแนะ แต่เป็นหลักการ การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ-เป็นสาเหตุโดยตรงของการสะสมของลิเธียม และความเสียหายที่เกิดขึ้นนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ หากอุปกรณ์ของคุณไฟหมดในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่มีอุณหภูมิต่ำ- ให้นำอุปกรณ์กลับไปสู่อุณหภูมิห้องอย่างน้อย 30 นาทีก่อนเชื่อมต่อเพื่อชาร์จ

ประการที่สอง: อุ่นเครื่องก่อนใช้งาน รักษาความอบอุ่นหลังใช้งาน

อุปกรณ์ที่รองรับการอุ่นก่อน (ยานพาหนะไฟฟ้าสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีคุณสมบัตินี้): การอุ่นแบตเตอรี่ในอาคารหรือผ่านแอปก่อนออกเดินทางจะทำให้แบตเตอรี่มีอุณหภูมิสูงขึ้นก่อนใช้งาน ซึ่งสามารถปรับปรุงความสามารถในการคายประจุและการยอมรับการชาร์จได้อย่างมาก

สำหรับอุปกรณ์ที่ไม่มีฟังก์ชันอุ่น (โทรศัพท์มือถือ ไฟฉาย โดรน ฯลฯ): อุ่นอุปกรณ์ไว้ในกระเป๋าด้านในหรือกระเป๋าเก็บความเย็นก่อนใช้งาน เอฟเฟกต์จะมองเห็นได้ทันที

บทความ 3: การควบคุมการปล่อยกระแสไฟฟ้าสูง-ในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด

การคายประจุกระแสไฟสูง- (เช่น การเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วของยานพาหนะไฟฟ้าหรือการบินขึ้นของโดรน) ที่อุณหภูมิต่ำทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกที่รุนแรงยิ่งขึ้นเนื่องจากความต้านทานภายใน ส่งผลให้ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพต่ำเท่านั้น แต่ยังมีโอกาสกระตุ้นการป้องกันการคายประจุเกิน-อีกด้วย การขับรถอย่างนุ่มนวลในฤดูหนาวจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่

ข้อที่ 4: การจัดเก็บที่เหมาะสม

แบตเตอรี่ที่ไม่ได้ใช้งานเป็นระยะเวลานาน (มากกว่า 2 สัปดาห์):

อุณหภูมิการจัดเก็บ: 10 องศา –25 องศา แห้ง และป้องกันไม่ให้ถูกแสง

ประจุที่เหลืออยู่: คงไว้ระหว่าง 30% ถึง 60% (เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ขั้วบวกเสียหายโดยการปล่อยให้ประจุไว้บางส่วน และเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ขั้วลบเสียหายโดยปล่อยให้ประจุเหลือน้อยเกินไป)

ตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่ทุกๆ 1-2 เดือน และเติมใหม่ตามช่วงข้างต้น

บทความที่ 5: เคล็ดลับในการจัดการพลังงานรถยนต์ไฟฟ้าในช่วงฤดูหนาว

ปัญหาหลักในการขับรถในฤดูหนาวคือฮีตเตอร์กินไฟมากเกินไป แต่ถ้าไม่มีฮีตเตอร์ก็จะเย็นเกินไป ต่อไปนี้เป็นข้อประนีประนอมบางประการ:

ให้ความสำคัญกับการใช้เบาะนั่งแบบอุ่นและพวงมาลัย ; ระบบทำความร้อนแบบเฉพาะจุดเหล่านี้ต้องการพลังงานเพียงไม่กี่ร้อยวัตต์ ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการทำความร้อนของเครื่องปรับอากาศมาก

เปิดแคร่ตลับหมึกก่อนเมื่อเสียบปลั๊ก (ได้รับความร้อนจากแหล่งพลังงานภายนอกโดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่)

เมื่อจอดรถ พยายามเลือกที่จอดรถในร่มหรือในร่มเพื่อลดการสูญเสียความร้อนของแบตเตอรี่

6. วิธีที่เราออกแบบชุดแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับการใช้งานในสภาพอากาศหนาวเย็น-

เนื้อหาต่อไปนี้อิงจากประสบการณ์การออกแบบเชิงปฏิบัติของทีมเราในโครงการจัดเก็บพลังงานความเย็นจัดและโครงการชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าพิเศษ และใช้ได้กับสถานการณ์ระดับมืออาชีพที่ต้องการการทำงานที่มั่นคงที่อุณหภูมิ -20 องศาถึง -40 องศา

ระบบการจัดการความร้อน (TMS): หัวใจสำคัญของการออกแบบไครโอเจนิก

สำหรับชุดแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาสำหรับสภาวะการทำงานที่เย็นจัด การจัดการระบายความร้อนไม่ใช่คุณสมบัติ "ทางเลือก" แต่เป็น "คุณสมบัติมาตรฐาน" โซลูชันทั่วไปของเราประกอบด้วย:

ฟิล์มทำความร้อนแบบควบคุมตัวเอง- PTC : ความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 150–300 วัตต์/ตร.ม. ข้อดีได้แก่{{3}คุณลักษณะการควบคุมตัวเองเพื่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ และต้นทุนปานกลาง เหมาะสำหรับความต้องการอุ่นตั้งแต่ -20 องศาถึง 0 องศา

ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว + ระบบทำความร้อนด้วยของเหลวแบบรวม : วงจรของเหลวเดียวกันใช้สำหรับทำความร้อนในฤดูหนาวและระบายความร้อนในฤดูร้อน ระบบมีการบูรณาการในระดับสูง แต่ต้นทุนและน้ำหนักก็มากกว่าเช่นกัน เหมาะสำหรับโครงการเกรดยานยนต์-ที่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวดตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมด

วัสดุฉนวนความร้อนและการควบคุมสะพานเย็น : เปลือกด้านนอกทำจากวัสดุการนำความร้อนต่ำหรือเพิ่มชั้นฉนวน (เช่น สักหลาดแอโรเจล โดยมีค่าการนำความร้อนต่ำถึง 0.015 W/(m·K)) ในการออกแบบโครงสร้าง ชิ้นส่วนโลหะจะถูกหลีกเลี่ยงไม่ให้วิ่งผ่านด้านในและด้านนอกโดยตรง เพื่อป้องกันผลกระทบจากสะพานเย็นที่ทำให้เกิดอุณหภูมิต่ำเฉพาะที่

กลยุทธ์การป้องกันอุณหภูมิต่ำ BMS: ฮาร์ดลอจิกก่อน

ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ต้องดำเนินการต่อไปนี้สำหรับอุณหภูมิต่ำ:

ห้ามชาร์จด้วยอุณหภูมิต่ำ- : เมื่ออุณหภูมิของเซลล์ต่ำกว่า 5 องศา คำสั่งการชาร์จจะถูกห้ามโดยสิ้นเชิง (เกณฑ์ที่กำหนดค่าได้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของเซลล์)

กระแสไฟอุณหภูมิต่ำ-แบบจำกัด : เมื่ออุณหภูมิอยู่ระหว่าง -10 องศาถึง 5 องศา กระแสไฟคายประจุสูงสุดจะถูกจำกัดไว้ที่ 30%–50% ของค่าพิกัด เพื่อหลีกเลี่ยงการกระตุ้นการป้องกันแรงดันไฟฟ้าตกบ่อยครั้งเนื่องจากความต้านทานภายในที่มากเกินไป

การตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์- : แต่ละบรรจุภัณฑ์มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิอย่างน้อยหลายตัวเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสุ่มตัวอย่างอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ และป้องกันไม่ให้ค่าเฉลี่ยปิดบังการระบายความร้อนเกินเฉพาะจุด

การเลือกเซลล์และการตรวจสอบ

ในช่วงต้นของโครงการ เรากำหนดให้ซัพพลายเออร์เซลล์จัดเตรียมกราฟการรักษาความจุสำหรับการคายประจุ 0.2C ที่ -20 องศา รวมถึงรายงานการทดสอบความสามารถในการยอมรับประจุที่ -10 องศา ซัพพลายเออร์ที่สามารถให้ข้อมูลการทดสอบที่อุณหภูมิต่ำได้ครบถ้วนโดยทั่วไปจะมีความน่าเชื่อถือมากกว่าในแง่ของการกำหนดสูตรและความสม่ำเสมอในการผลิต

สำหรับสถานการณ์สุดขั้วที่ต่ำกว่า -30 องศา (เช่น อุปกรณ์วิจัยขั้วโลกและโดรนในระดับความสูง-) ระบบลิเธียมไอออนมาตรฐาน-จะไม่เพียงพออีกต่อไป เราจะประเมินเส้นทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น แบตเตอรี่โลหะลิเธียมหรือแบตเตอรี่โซลิดสเตต แต่โซลูชันเหล่านี้ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาการผลิตจำนวนมาก

การทำงานร่วมกันระดับระบบ-: แบตเตอรี่ไม่ได้อยู่โดดเดี่ยว

การจัดการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ต้องได้รับการออกแบบร่วมกับระบบ/ระบบยานพาหนะโดยรวม ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการจัดการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี แต่แบตเตอรี่จะถูกโหลดเต็มทันทีหลังจากเปิดระบบ แบตเตอรี่จะถูก "ปัด" ด้วยกระแสไฟขนาดใหญ่ก่อนที่จะอุ่นเครื่องจนเต็ม ส่งผลให้การจัดการระบายความร้อนไม่มีประสิทธิภาพ

ประสบการณ์ของเราคือการตั้งค่าลอจิก "การสตาร์ทขณะเครื่องเย็น-เพิ่ม" ที่ระดับเฟิร์มแวร์ระบบ-ซึ่งจะจำกัดเอาต์พุตกำลังเริ่มต้นโดยอัตโนมัติตามอุณหภูมิของเซลล์หลังจากเปิดเครื่อง- และค่อยๆ ปล่อยกำลังเต็มที่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น-ซึ่งแทบจะมองไม่เห็นสำหรับผู้ใช้ แต่มีผลกระทบอย่างมากต่อการปกป้องอายุการใช้งานแบตเตอรี่

7. คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามที่ 1: แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถคายประจุและใช้งานได้ต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียสได้หรือไม่

ใช่ แต่ประสิทธิภาพจะลดลง การคายประจุเองไม่ทำให้เกิดการสะสมของลิเธียม แต่จะลดกำลังการผลิตที่ใช้ได้และทำให้กำลังไฟฟ้าอ่อนลงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ไม่อนุญาตให้ชาร์จโดยเด็ดขาด -แม้จะอยู่ที่ -1 องศา แต่ก็มีความเสี่ยงที่จะเกิดการสะสมของลิเธียม หลักการตัดสินนั้นง่าย: การคายประจุเป็นที่ยอมรับได้ การชาร์จควรรอให้อุณหภูมิฟื้นตัว

คำถามที่ 2: เหตุใดกลุ่มผลิตภัณฑ์รถยนต์ไฟฟ้าของฉันจึงลดลงมากในช่วงฤดูหนาว

การลดความจุของแบตเตอรี่เป็นเพียงเหตุผลส่วนหนึ่งเท่านั้น ซึ่งโดยทั่วไปมีส่วนทำให้เกิดการสูญเสียช่วงประมาณ 10%–20% ผู้ร้ายที่ใหญ่กว่าคือระบบทำความร้อน - จากการทดสอบของ AAA การเปิดเครื่องทำความร้อนอาจส่งผลให้สูญเสียช่วงทั้งหมดมากกว่า 40% ปัจจัยอื่นๆ ได้แก่ ความต้านทานการหมุนที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดันลมยางลดลงที่อุณหภูมิต่ำ และประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลงที่อุณหภูมิต่ำ ขอแนะนำให้จัดลำดับความสำคัญของการทำความร้อนที่นั่งแทนระบบทำความร้อนส่วนกลางของรถยนต์ เนื่องจากการประหยัดพลังงานมีความสำคัญมาก

คำถามที่ 3: อุณหภูมิและระดับการชาร์จที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเก็บแบตเตอรี่ลิเธียมในฤดูหนาวคือเท่าใด

อุณหภูมิที่แนะนำ: 10 องศา –25 องศา ในสภาพแวดล้อมที่แห้งและมืด ค่าใช้จ่ายที่แนะนำ: 30%–60% อย่าเก็บไว้ที่ประจุไฟเต็ม (ซึ่งจะทำให้ขั้วบวกเกิดความเครียด) หรือเก็บไว้ที่ประจุไฟต่ำ (ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายจากการคายประจุเกิน-) ตรวจสอบและชาร์จตามช่วงข้างต้นทุกๆ 1-2 เดือน

คำถามที่ 4: ความเสียหายที่เกิดจากการใช้แบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำจะคงอยู่ถาวรหรือไม่

มันขึ้นอยู่กับสถานการณ์ การสูญเสียความจุเนื่องจากการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำ-โดยทั่วไปมักเกิดขึ้นชั่วคราวและจะฟื้นตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสะสมของลิเธียมที่เกิดจากการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ-ถือเป็นความเสียหายถาวร และเมื่อมีการสะสม แบตเตอรี่จะเสื่อมสภาพ ทำให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัย ดังนั้นคำตอบสำหรับคำถามนี้จึงขึ้นอยู่กับว่าคุณเคยชาร์จแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำหรือไม่

คำถามที่ 5: โทรศัพท์ของฉันปิดตัวลงกะทันหันที่อุณหภูมิต่ำ แบตเตอรี่ผิดปกติหรือไม่?

มีแนวโน้มว่าจะไม่แตกหัก ที่อุณหภูมิต่ำ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่อาจลดลงถึงเกณฑ์การป้องกัน BMS (ระบบจัดการแบตเตอรี่) ของโทรศัพท์เร็วกว่าปกติ แม้ว่าอาจมีประจุเหลืออยู่บ้างก็ตาม เมื่อกลับมาอยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุ่นขึ้น โทรศัพท์จะเปิดโดยอัตโนมัติและแสดงระดับแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ นี่เป็นปรากฏการณ์ไฟฟ้าเคมีปกติ ไม่ใช่ความผิดปกติ อย่างไรก็ตาม หากสิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งแม้ที่อุณหภูมิห้อง ก็ควรพิจารณาการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ด้วย

คำถามที่ 6: มีแบตเตอรี่ลิเธียมใดบ้างที่แนะนำให้ใช้ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่เย็นจัดหรือไม่?

อุณหภูมิการทำงานขั้นต่ำและอัตราการกักเก็บการปล่อยอุณหภูมิต่ำ-ในข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์ แทนที่จะดูเพียงชื่อแบรนด์หรือชื่อทางเคมี ปัจจุบัน ชุดแบตเตอรี่บางรุ่นในตลาดได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับสถานการณ์อุณหภูมิต่ำ- และจะระบุข้อมูลอัตราการคงความจุไว้ที่ -20 องศาหรือ -30 องศา (เช่น เข้าถึงมากกว่า 80% ของความจุที่กำหนด) ในข้อกำหนด ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ให้พื้นฐานที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับการเลือก

สรุป

สภาพอากาศหนาวเย็นทำให้แบตเตอรี่ลิเธียม "เสื่อมสภาพ" ซึ่งเป็นผลจากผลกระทบร่วมกันของกลไกเคมีกายภาพ 3 ประการ: อิเล็กโทรไลต์หนาขึ้น จลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดช้าลง และความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่ การเสื่อมสภาพนี้จะเกิดขึ้นชั่วคราวและเปลี่ยนกลับได้-ตราบใดที่คุณไม่ชาร์จไฟที่อุณหภูมิต่ำ

สำหรับผู้ใช้ทั่วไป สิ่งสำคัญที่สุดสองประการคือ ห้ามชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศา และอุ่นก้อนแบตเตอรี่ให้มากที่สุดก่อนใช้งาน สำหรับการใช้งานระดับมืออาชีพที่ต้องการการทำงานที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด คุณภาพการออกแบบของระบบการจัดการความร้อนและกลยุทธ์การป้องกันอุณหภูมิต่ำของ BMS- คือแหล่งต้นน้ำที่แท้จริงที่กำหนดประสิทธิภาพของชุดแบตเตอรี่

ด้วยเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลต์ที่ปรับให้เหมาะสมกับอุณหภูมิต่ำ-เพิ่มมากขึ้น และการนำแบตเตอรี่โซลิดสเตต-ไปใช้อย่างค่อยเป็นค่อยไป ยังคงมีช่องว่างที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด อย่างไรก็ตาม จนกว่าจะถึงตอนนั้น การทำความเข้าใจหลักการและการใช้อย่างถูกต้องยังคงเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพที่สุด