כהרף עין, מזג האוויר הפך להיות קר שוב. אמנם יש חימום בתוך הבית בצפון, אבל כל כך חם שאני רוצה לאכול גלידה כל יום, אבל כשאני יוצא, אני מתמודד עם הפרש טמפרטורות של כ-40 מעלות, וזה עדיין קצת מפחיד.
אם הסמארטפון שבכיס הוא באמת "סמארטפון", אז הוא לא רוצה לצאת ולהתקרר. למה? כי כוח "סרגל החיים" של טלפונים ניידים תמיד יורד בקצב מדאיג במהלך העונה הזו.
העונה, דבר אחד מוזל בכבדות - חיי סוללה. טווח השיוט של כלי רכב חשמליים בחורף הצפוני עשוי להיות רק פחות מ-30% מהנחה בקיץ.
יש תיאור חי באינטרנט: אני צריך לצאת לעניינים דחופים בחורף. אני מרים את הטלפון שלי ורואה שעדיין נותרו לי 50+ סוללות. אני יוצא עם ביטחון עצמי. כשאני מגיע ליעד שלי, אני מרים את הטלפון שלי ואני לא יודע מתי סמל הסוללה, שהיה ירוק רק עכשיו, התחלף. הפך ל-20% אדום. אתה בוהה בהפתעה, וזה משתנה ל-1% לפניך. היית בהלם, נשמת לתוך הטלפון ושפשפת את ידיך, אבל עדיין לא הצלחת למנוע מהטלפון להתקרר...
מספר אתגרים עיקריים הנגרמים על ידי טמפרטורה נמוכה
מה הבעיה? התברר שהטמפרטורה נמוכה מדי והסוללה "נצרך פנימית".
לפני שנחקור את הסיבות לצריכת סוללה פנימית, בואו נבין תחילה כיצד פועלת הסוללה.
לסוללה יש בעיקר את הרכיבים העיקריים האלה: אלקטרודה שלילית (בעיקר גרפיט משמש כאלקטרודה שלילית), אלקטרודה חיובית (פוספט ליתיום ברזל משמש כדוגמה), מפריד (יוני ליתיום יכולים לעבור, אבל אלקטרונים לא), והסוללה מַעֲטֶפֶת.
כאשר סוללת ליתיום-יון נטענת, משתחררים יוני ליתיום מהפוספט הליתיום ברזל באלקטרודה החיובית, עוברים בתמיסת האלקטרוליט אל האלקטרודה השלילית, ומשובצים בגרפיט. הגרפיט באלקטרודה השלילית יספוג את יוני הליתיום העוברים מהאלקטרודה החיובית ואת האלקטרונים הנעים דרך החוט. במהלך הפריקה, יוני הליתיום המאוחסנים בגרפיט בורחים שוב, עוברים דרך המפריד דרך האלקטרוליט וחוזרים לאלקטרודה החיובית. האלקטרונים אינם יכולים לעבור דרך המפריד ויכולים לחזור אל האלקטרודה החיובית רק מהחוט החיצוני. פעולה זו יוצרת זרם בחוט, וגורמת למכשיר החשמלי לפעול.
כיצד ישפיעו טמפרטורות נמוכות על העבודה של סוללות ליתיום-יון? החומרים ותהליכי הפעולה של הסוללה יושפעו מסביבת הטמפרטורה הנמוכה. בדיוק כמו שאצבעות הנחשפות לפגעי מזג האוויר יותר מדי בחורף הופכות פחות גמישות, כך גם החומרים שבסוללה יכולים. בסביבה עם טמפרטורות נמוכות, קשה יותר ליונים לברוח ולהטמיע בחומרים, וקשה יותר לעבור דרך הממברנה, וגם מהירות התנועה של היונים תפחת.
במהלך פריקה בטמפרטורה נמוכה, הקצב שבו יוני ליתיום מוטמעים בחומר האלקטרודה הקתודה מאט. יוני הליתיום בחזית מגיעים לפני שיוני הליתיום בחזית יספיקו להטמע בחומר. יוני ליתיום מתחילים להיתקע, וכמות גדולה של יוני ליתיום מצטברת על פני חומר האלקטרודה, מה שיאיץ את ייצור שכבת הפסיבציה (המכונה סרט SEI בתעשייה, סרט זה יאט את החדרת יוני הליתיום לתוך האלקטרודה). בדרך זו ההטמעה קשה עוד יותר. הביטוי המקרוסקופי הוא שההתנגדות הפנימית של הסוללה גדלה, הסוללה מתחילה "לצרוך פנימית", ותפוקת הכוח כלפי חוץ הולכת וקטנה.
במהלך טעינה בטמפרטורה נמוכה, יוני ליתיום נודדים לעבר האלקטרודה השלילית של הגרפיט, אך המהירות שבה משובצים יוני ליתיום בגרפיט מואטת אף היא, בעוד אלקטרונים יכולים להגיע בשמחה אל האלקטרודה השלילית דרך החוט. כאשר אלקטרונים נתקלים ביוני ליתיום על פני האלקטרודה השלילית, ליתיום מתכתי יווצר ליצירת דנדריטים של ליתיום. ברגע שהדנדריטים הליתיום יגדלו, הם יחוררו את המפריד, ויגרמו לקצר ולתקלה בסוללה.
חימום פנימי פנימי
מסלול טכני זה נקרא חימום פנימי פנימי. בעת הכנת סוללה, היצרן מוסיף למבנה הסוללה חתיכה דקה של רדיד ניקל ומכסה אותו בפולימר מבודד חשמלי (כדי למנוע מנייר הניקל הדק לקצר את הסוללה). ברגע שטמפרטורת הסוללה תהיה נמוכה מדי, הבקר כופה זרם דרךנייר כסף ניקל, יצירת כמות גדולה של אנרגיית חום כדי לחמם במהירות את חומר הסוללה. תן לסוללה להתרוקן תמיד בטווח טמפרטורת עבודה טוב יחסית.
אם ברצונך לטעון בטמפרטורות נמוכות, ציוד הטעינה יטען תחילה את הסוללה בהספק נמוך, ישתמש בחום שנוצר מהסוללה עצמה במהלך הטעינה כדי לחמם מראש את הסוללה וימתין עד שטמפרטורת הסוללה תעלה לטווח מתאים לפני ביצוע גבוה- טעינה מהירה כוח.
סעיף 3: חימום חיצוני. ניתן להוסיף לסוללה ציוד חימום מראש (כגון אספקת תנורי חימום ותנורים חשמליים).
הסוללה תחילה מספקת כוח נמוך להתקן החימום מראש. מתקן החימום המקדים מייצר חום וגורם לעלייה בטמפרטורת הסוללה. לאחר הגעה לטמפרטורת הפעולה המתאימה, הסוללה נכנסת למצב עבודה רגיל. חלק מהמכוניות החשמליות מצוידות בפונקציית חימום מוקדם של הסוללה. בחורף, יש לחמם את המצבר לפני השימוש במכונית כדי להכניס את המכונית למצב עבודה רגיל.
