ماذا يحدث إذا تجمد بطارية الليثيوم

مقدمة: لماذا تهم درجات الحرارة الباردة لبطاريات الليثيوم

يمكن للطقس البارد العبث بأجهزتك. إذا كنت قد حاولت استخدام هاتفك أو سيارة كهربائية في فصل الشتاء ولاحظت أنها تتصرف بشكل غريب أو تموت بسرعة ، فأنت لست وحدك. تلعب درجة الحرارة دورًا كبيرًا في أداء نظرًا لأن بطارية الليثيوم . تجميد بطارية الليثيوم يصبح مشكلة في العالم الحقيقي-خاصة في EVs وتخزين الطاقة الشمسية والطائرات بدون طيار وأدوات الطاقة-يحتاج الأشخاص إلى إجابات.

مشاكل بطارية الليثيوم المجمدة لا تتعلق بفقدان الطاقة. نحن نتحدث عن الأضرار الدائمة ، ومخاطر السلامة ، وتقليل العمر. مع زيادة بطارية الليثيوم ، يزداد استخدام الطقس البارد ، خاصة في مناطق مثل كندا أو الدول الاسكندنافية أو شمال الولايات المتحدة ، يصبح فهم ما يحدث عند درجة حرارة منخفضة ضروريًا. هل لا يزال بإمكانك استخدامه؟ هل من الآمن شحن؟ هل يمكن أن تنفجر؟ دعونا نقسمه.

ما هي بطارية الليثيوم وكيف تعمل؟

الكيمياء الأساسية وهيكل بطاريات ليثيوم أيون

تقوم بطارية الليثيوم بتخزين الطاقة باستخدام أيونات الليثيوم التي تتحرك بين الأقطاب الإيجابية والسلبية. تتدفق هذه الأيونات عبر المنحل بالكهرباء ، وتوليد الكهرباء. إنه خفيف وقوي ورسوم سريعة - مما يجعله مثاليًا للإلكترونيات المحمولة و EVs.

لكن الكيمياء حساسة. المنحل بالكهرباء عبارة عن مزيج من المذيبات العضوية ، والفاصل هو فيلم رفيع لإبقاء الأقطاب الكهربائية. تجميد أي من هذه ، ويتم التخلص من التوازن.

لماذا تستخدم بطاريات ليثيوم أيون في المناخات الباردة

على الرغم من المخاطر ، لا يزال الناس يستخدمون أنظمة الطقس البارد بطارية الليثيوم . لماذا؟ أنها توفر كثافة طاقة أفضل ، والوزن الأخف ، والحياة الأطول مقارنة ببدائل مثل الحمض الرصاص. فكر في EVs في النرويج أو الطائرات بدون طيار في ألاسكا أو أدوات الطاقة في مواقع البناء الثلجية.

الاختلافات بين الليثيوم أيون ، LIFEPO4 ، والكيمياء الأخرى

لا تتصرف جميع أنواع بطارية الليثيوم نفس الشيء في البرد. إليكم كيف يقارنون:

نوع البطارية	أداء	التسامح البارد	أقل من 0 درجة مئوية
ليثيوم أيون (NMC)	معتدل	انخفاض السعة	الهواتف ، أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، EVS
LifePo4	قليل	لا يجوز للشحن على الإطلاق	تخزين الطاقة الشمسية ، RVS
LTO (الليثيوم تيتانيت)	عالي	يحافظ على الأداء	الصناعي ، العسكري

يختلف أداء بطارية ليثيوم أيون ، لذا فإن اختيار مسائل الكيمياء الصحيحة.

هل يمكن لتجميد بطارية الليثيوم؟

ما يعنيه 'التجميد ' من حيث الوظيفة الكهروكيميائية

عندما نقول أن بطارية الليثيوم تتجمد ، فإننا لا نتحدث عن بلورات الجليد مثل الماء. وهذا يعني أن المكونات الداخلية تتوقف عن العمل كما تم تصميمها. أيونات تبطئ أو تتوقف. قد يصبح المنحل بالكهرباء لزجًا أو يتبلور.

نقطة التجمد الفعلية لبطاريات الليثيوم مقابل الماء

يتجمد الماء في 0 درجة مئوية. لكن إلكتروليت بطارية الليثيوم يتجمد بين -20 درجة مئوية إلى -40 درجة مئوية. لذلك ، لا تبدو بطارية الليثيوم المجمدة مجمدة - إنها تتوقف فقط عن الأداء أو الشحنات بشكل خطير.

الفيزياء مقابل التجميد الوظيفي

• التجميد الفيزيائي : يتحول المنحل بالكهرباء إلى الصلبة

• التجميد الوظيفي : تتوقف البطارية عن الشحن/التفريغ بشكل صحيح

يمكن أن يحدث هذا التجميد الوظيفي حتى عند -5 درجة مئوية ، اعتمادًا على الاستخدام.

ماذا يحدث إذا تجمد بطارية الليثيوم؟

ردود الفعل الداخلية ومخاطر الفاصل أثناء التجميد

التجميد يعطل تدفق الأيونات. يزيد من الضغط الداخلي. هذا يضع الضغط على الفاصل - طبقة رقيقة داخل البطارية. إذا تمزق ، يمكن أن تحدث دوائر قصيرة.

إمكانية طلاء الليثيوم وفقدان القدرات الدائمة

عندما يتم شحنها أدناه 0 درجة مئوية ، لا تتضمن أيونات الليثيوم بالكامل في الأنود. بدلاً من ذلك ، فإنهم 'لوحة ' على سطحها. هذا الطلاء الليثيوم يمكن أن يقلل من عمر البطارية ويخلق طفرات خطيرة في إطلاق الطاقة.

تورم ، تصدع ، ومخاطر الدائرة القصيرة

قد تتضخم قد تتشكل الشقوق. بمجرد ذوبان الجليد وإعادة شحنها ، يمكن أن تثير تلك المناطق التالفة دوائر قصيرة أو حرائق أو حتى انفجارات. بطارية الليثيوم المجمدة .

آثار درجات الحرارة المنخفضة على مكونات بطارية الليثيوم أيون

استخدام الحالات	المكون	منخفض
المنحل بالكهرباء	يصبح لزج	انخفاض تدفق أيون
فاصل	هش ، تشققات الإجهاد	دوائر قصيرة
الأنود	طلاء الليثيوم	فقدان السعة الدائمة
الكاثود	انخفاض النشاط	انخفاض الأداء

ما مدى البرودة الباردة لبطاريات الليثيوم؟

الحد الأدنى الموصى به لدرجات حرارة التشغيل حسب النوع

التأثير المؤثر	المؤثر	الخطر
ليثيوم أيون (NMC)	-20 درجة مئوية	0 درجة مئوية الحد الأدنى
LifePo4	0 درجة مئوية	5 درجة مئوية الحد الأدنى
LTO	-30 درجة مئوية	-10 درجة مئوية الحد الأدنى

إرشادات الشركة المصنعة ودراسات الحالة في العالم الحقيقي

Tesla يحذر من شحن EVs الخاصة بهم أقل من 0 درجة مئوية. DJI الطائرات بدون طيار تفقد وقت الرحلة أقل من التجميد. يوصي صانعو البطاريات مثل Panasonic و LG Chem بالتسخين قبل الاستخدام في فصل الشتاء.

نوع البطارية مقابل الحد الأدنى لدرجة حرارة التشغيل الآمنة

استخدم الرسم البياني أعلاه لاختيار البطارية المناسبة لمناخك.

هل يمكن أن تتلف بطاريات الليثيوم من خلال تجميد درجات الحرارة؟

تأثير طويل الأجل على عمر البطارية والصحة

التجمد المتكرر والذوبان يسبب التدمير الدقيق. تفقد القدرة ، وزيادة المقاومة ، وتقليل عمر الدورة. بمرور الوقت ، يضيف هذا الضرر.

تقليل قبول الرسوم وزيادة المقاومة الداخلية

البطاريات الباردة لا تشحن جيدا. يقاومون تدفق الطاقة ، مما يجعل عملية الشحن غير فعالة وربما ضارة.

مخاطر عالية من الحريق أو الفشل عند شحن بطاريات الليثيوم المجمدة

يمكن أن يسبب شحن بطارية الليثيوم المجمدة الهرب الحراري. ارتفاع درجة حرارة البطارية أو تشعلها أو تنفجر. لا تقل الشحن إلى ما دون 0 درجة مئوية إلا إذا كانت تسخين ذاتيًا.

علامات على أن بطارية الليثيوم تعرضت لدرجات حرارة التجمد الفرعي

• شحن بطيء

• الإغلاق المفاجئ

• انتفاخ أو تورم

• رموز الخطأ من الأجهزة الذكية

• انخفاض السعة حتى بعد الاحماء

هل من الآمن شحن بطارية الليثيوم في درجات حرارة تجميد؟

ماذا يحدث أثناء الشحن أقل من 0 درجة مئوية

أيونات تتحرك ببطء. أنها لا تتكامل بشكل صحيح في الأنود. وهذا يؤدي إلى طلاء الليثيوم والأضرار الدائمة.

لماذا يمكن أن يكون شحن بطاريات الليثيوم المجمدة خطرة

شحن بطارية باردة يخلق نقاط ساخنة داخلية. اجمع ذلك مع تراكم الضغط ، وحصلت على وصفة للنار.

تحذيرات الشركة المصنعة ونتائج مختبر الاختبار

Samsung و Panasonic و BYD جميع التحذيرات: لا تتقاضى أبدًا عن التجمد ما لم يتم تسخين العبوة أولاً. تُظهر الاختبارات المعملية انخفاضًا في السعة بنسبة 25-35 ٪ من الشحن عند -10 درجة مئوية.

شحن توصيات درجة الحرارة من قبل ماركات البطارية الرئيسية

نوع	البطارية
تسلا	أعلى من 0 درجة مئوية (مع تسخين على متن الطائرة)
DJI	5 درجة مئوية - 40 درجة مئوية
هدف الصفر	0 درجة مئوية - 45 درجة مئوية
Renogy (LifePo4)	0 درجة مئوية الحد الأدنى

فوائد استخدام بطارية ليثيوم تسخين ذاتيا

كيف تعمل حزم التسخين الذاتي

وهي تشمل منصات التدفئة الداخلية التي يتم تشغيلها عندما تنخفض درجات الحرارة. هذه الأنظمة تدفئة البطارية إلى مستويات آمنة قبل بدء الشحن.

التطبيقات: EVs ، المعدات الصناعية ، تخزين الطاقة الشمسية ، الأدوات الخارجية

يتم استخدام تقنية التسخين الذاتي في:

• السيارات الكهربائية

• بطاريات شمسية خارج الشبكة

• الطائرات الشمالية في القطب الشمالي

• حزم السلطة من الدرجة العسكرية

المقارنة: بطارية الليثيوم القياسية مقابل تسخين الذات

دقيقة تشغيل	درجة حرارة	درجة
الشحن البارد	غير آمن	آمن
يكلف	أدنى	أعلى
أمان	محفوفة بالمخاطر أقل من 0 درجة مئوية	تسيطر عليها
مثالي ل	المناخات الدافئة	كل المناخات

كيفية تخزين بطاريات الليثيوم خلال فصل الشتاء

نطاق درجة حرارة التخزين المثالي (على المدى القصير مقابل المدى الطويل)

حرارة	العلامة
على المدى القصير (1-4 أسابيع)	0 درجة مئوية - 20 درجة مئوية
على المدى الطويل (1+ شهر)	10 درجة مئوية - 15 درجة مئوية

نصائح لتخزين الشتاء: مستوى الشحن ، التهوية ، العزل

• الحفاظ على درجة حرارة تخزين بطارية الليثيوم بين 10-20 درجة مئوية

• تخزينها بنسبة 40-60 ٪

• استخدم أكياس تخزين أو مربعات مقاومة

• ابتعد عن المسودات الباردة المباشرة

ما يفعله وما لا يفعله وتخزين بطارية الليثيوم الشتوية

يفعل :

• دافئة قبل الشحن

• استخدم الحاويات الجافة

• تخزين في الداخل

لا :

• اترك في سيارة باردة

• شحن أقل من 0 درجة مئوية

• تجميد عمدا

الرسم البياني: قائمة مراجعة تخزين بطارية الليثيوم الشتوية

• ✅ 50 ٪ رسوم

• ✅ تخزين درجة حرارة الغرفة

• ✅ حالة آمنة للحريق

• ✅ لا يوجد اتصال معدني

• ✅ التفتيش البصري شهريًا

الطقس البارد مقابل الطقس الحار: أي ما هو أسوأ بالنسبة لبطاريات الليثيوم؟

الهرب الحراري في درجات حرارة عالية مقابل فقدان الأداء في البرد

درجات الحرارة الساخنة تسبب الحرائق. درجة الحرارة الباردة تسبب الفشل. كلاهما سيئ ، ولكن بطرق مختلفة. حدود البرد وظيفة. الحرارة تدمر.

المخاطر المقارنة ونصائح الوقاية لكلا الطرفين

التجارية	الموصى	به
بارد	طلاء الليثيوم	حزم التسخين الذاتي
حار	الهرب الحراري	التهوية ، التظليل
كلاهما	فقدان القدرات	BMS ، السيطرة على المناخ

أفضل الممارسات لحماية درجة الحرارة على مدار السنة

• استخدام الحالات المعزولة

• لا تخزن في السيارات

• الحصول على نماذج تصنيف درجة الحرارة

• تحقق من المواصفات قبل الشراء

نصائح السلامة العامة لاستخدام بطاريات الليثيوم في البيئات الباردة

تقنيات الاحماء قبل الاستخدام

استخدم تدفئة اليد. دع الجهاز يجلس في الداخل. استخدم ميزات الاحماء BMS.

مراقبة درجة حرارة البطارية أثناء التشغيل

تظهر أنظمة التطبيقات وأنظمة BMS درجة حرارة البطارية في الوقت الفعلي. راقبهم عن كثب.

تجنب التفريغ المفاجئ أو الشحن السريع

الشحن البطيء/التفريغ أكثر أمانًا في البرد. استخدم أوضاع 'Eco ' إذا كان ذلك متاحًا.

باستخدام أنظمة إدارة البطارية الذكية (BMS)

تنظم أنظمة BMS الجيدة المؤقتة ، وتثبيت الشحن غير الآمن ، وتنبيه المستخدمين إلى مخاطر البرد.

في كثير من الأحيان أسئلة حول تجميد بطارية الليثيوم

هل يمكن استخدام بطاريات الليثيوم بعد تجميدها؟
نعم ، ولكن فقط بعد الاحترار إلى درجة حرارة الغرفة. لا تتقاضى أبدًا المجمدة.

كيف أعرف ما إذا كانت بطارية الليثيوم الخاصة بي قد تم تجميدها؟
إن فقدان الطاقة المفاجئ أو التورم أو رموز الخطأ أو الشحن البطيء هي علامات.

هل يمكنني ترك بطارية ليثيوم في سيارة باردة بين عشية وضحاها؟
غير موصى به. يمكن أن تنخفض درجات الحرارة عن نطاق التخزين الآمن.

هل سيؤدي وضع بطاريات الليثيوم في الثلاجة إلى إطالة حياتهم؟
لا ، هذه أسطورة. إنه في الواقع يخاطر بالأضرار.

هل تعمل بطاريات الليثيوم في الثلج أم الأمطار المتجمدة؟
قد يكونون - لكن السعة ستكون منخفضة. تسخينهم أولاً.

الخلاصة: حماية بطاريات الليثيوم من الأضرار الباردة

ملخص لآثار الطقس البارد على بطاريات ليثيوم أيون

يؤدي تجميد بطارية الليثيوم إلى انخفاض الأداء ، وطلاء الليثيوم ، والتورم ، وخطر الحريق. البرد يعطل الكيمياء.

التوصيات النهائية للمستهلكين ومستخدمي الصناعة

استخدم تقنية تسخين الذات. تجنب الشحن أقل من 0 درجة مئوية. تخزين في درجة حرارة معتدلة. اختر البطارية المناسبة لمناخك.

الوجبات الرئيسية للتجميد والشحن والوقاية من التخزين

• لا تقم بشحن بطارية ليثيوم مجمدة

• استخدم BMS وأنظمة التسخين الذاتي

• تخزين حوالي 15 درجة مئوية ، نصف مشحونة

• تجنب درجات الحرارة الشديدة ، على حد سواء ساخنة وباردة

باتباع أفضل الممارسات ، ستستمر بطارية الليثيوم لفترة أطول - حتى في فصل الشتاء.