Dlaczego baterie się przegrzewają i jak tego uniknąć?

Przegrzanie baterii wpływa na wydajność urządzenia, żywotnośći bezpieczeństwo. Ponieważ baterie zasilają urządzenia, od smartfonów po pojazdy elektryczne, zrozumienie przyczyn przegrzania i zapobieganie mu jest niezbędne. W tym artykule omówiono mechanizmy, konsekwencje i strategie zapobiegania przegrzaniu akumulatorów, aby pomóc użytkownikom efektywnie zarządzać akumulatorami.

Co to jest przegrzanie baterii?

Do przegrzania akumulatora dochodzi, gdy jego temperatura przekroczy bezpieczny zakres działania. Każdy akumulator ma optymalną temperaturę dla wydajnych i bezpiecznych reakcji chemicznych. Powyżej tego limitu reakcje stają się niestabilne, co grozi utratą wydajności i zagrożeniem bezpieczeństwa.

Przegrzanie jest niebezpieczne, ponieważ rosnące temperatury przyspieszają reakcje chemiczne, wytwarzając więcej ciepła i powodując dalszy wzrost temperatury. Ta pętla pozytywnego sprzężenia zwrotnego może szybko się nasilić, jeśli nie jest zarządzana, co prowadzi do niebezpiecznych warunków.

Konsekwencje przegrzania akumulatora

Przegrzanie akumulatora wpływa na wydajność i bezpieczeństwo na kilka sposobów:

• Spadek wydajności: Wysokie temperatury przyspieszają starzenie się baterii, zmniejszają pojemność i skracają czas pracy. Temperatury powyżej 25°C mogą skrócić żywotność baterii litowo-jonowej.
• Ucieczka termiczna (TR): Przegrzanie może wywołać TR, gdzie rosnąca temperatura powoduje dalsze gromadzenie się ciepła, co może prowadzić do pożaru lub eksplozji.
• Uszkodzenia fizyczne: Długotrwałe ciepło może nieodwracalnie uszkodzić struktury wewnętrzne, powodując obrzęk, przecieklub deformację i naruszenie integralności baterii.
• Zmniejszona wydajność: Przegrzane akumulatory mają wyższą rezystancję wewnętrzną, co prowadzi do wolniejszego ładowania i krótszego użytkowania.

Przyczyny przegrzania akumulatora

Zrozumienie, co powoduje przegrzanie, jest kluczem do zapobiegania. Główne przyczyny to:

• Szybkie ładowanie lub przeładowanie: Ładowanie wykraczające poza specyfikacje akumulatora powoduje nadmierne nagrzewanie się.
• Wysokie temperatury otoczenia: Ciepło zewnętrzne, takie jak światło słoneczne lub gorące pojazdy, ogranicza rozpraszanie ciepła.
• Zły stan lub konstrukcja baterii: Stare, uszkodzone, niskiej jakości baterie lub wady produkcyjne zwiększają opór wewnętrzny i ciepło.
• Nadmierne zapotrzebowanie na moc: Wysokie natężenie prądu podczas wymagających zadań (granie, przesyłanie strumieniowe, elektronarzędzia) obciąża baterię.
• Nieodpowiednia wentylacja: Ograniczony przepływ powietrza uniemożliwia prawidłowe chłodzenie.
• System zarządzania baterią (BMS) awaria: Wadliwy BMS nie jest w stanie regulować temperatury ani prądu, co stwarza niebezpieczne warunki.

Objawy przegrzania akumulatora

Zmniejszona wydajność ładowania lub rozładowywania

Rozpoznanie oznak przegrzania pozwala na podjęcie działań w odpowiednim czasie, zanim nastąpi uszkodzenie.

Deformacja lub obrzęk

Przegrzanie zwiększa ciśnienie wewnętrzne, powodując wybrzuszenie lub zniekształcenie obudowy akumulatora. Oznacza to poważne problemy wewnętrzne i wymaga natychmiastowej uwagi.

Zapach lub dym

Zapach spalenizny lub dym sygnalizują awarię wewnętrzną lub spalanie. Działaj natychmiast, ponieważ często poprzedzają one niebezpieczne warunki.

Nienormalnie wysoka temperatura

Nadmierne ciepło, które powoduje dyskomfort w dotyku, wyraźnie wskazuje na przegrzanie i nie należy go ignorować.

Zmniejszona wydajność ładowania lub rozładowywania

Krótszy czas pracy lub powolne ładowanie sugerują, że przegrzanie uszkodziło skład chemiczny akumulatora, obniżając jego wydajność.

Porównanie objawów przegrzania dla różnych typów akumulatorów

Jak zapobiegać przegrzaniu baterii

Aktywne kroki zmniejszają ryzyko przegrzania:

• Używaj ładowarek zalecanych przez producenta, aby zapobiec niedopasowaniu napięcia i nadmiernemu nagrzewaniu się.
• Przechowuj urządzenia w temperaturze od 20°C do 25°C (68°F–77°F); unikać bezpośredniego światła słonecznego i nagrzanych pojazdów.
• Zapewnij odpowiednią wentylację, utrzymując przepływ powietrza wokół urządzeń, zwłaszcza podczas ładowania, i regularnie czyszcząc otwory wentylacyjne.
• Odłącz urządzenia po pełnym naładowaniu i unikaj intensywnego użytkowania podczas ładowania, aby zminimalizować gromadzenie się ciepła.
• Używaj systemów zarządzania baterią, które monitorują temperaturę; rozważ dodatkowe czujniki do zastosowań krytycznych.
• Regularnie sprawdzaj akumulatory pod kątem uszkodzeń, czyść zaciski i aktualizuj oprogramowanie sprzętowe w celu optymalnego zarządzania temperaturą.

Jak sobie radzić z przegrzaniem akumulatora

Jeśli nastąpi przegrzanie, wykonaj następujące kroki:

1. Natychmiast odłącz zasilanie, aby zatrzymać wytwarzanie ciepła.

2. Przenieś akumulator do niepalnego, dobrze wentylowanego miejsca, z dala od materiałów łatwopalnych.

3. Poczekaj, aż akumulator ostygnie w temperaturze pokojowej; unikać szybkiego chłodzenia, np. chłodzenia.

4. Nie ładuj ponownie, dopóki nie ostygnie i nie zostanie sprawdzone.

5. Sprawdź, czy nie ma obrzęków, wycieków lub uszkodzeń; nie używać ponownie, jeśli są uszkodzone.

6. W przypadku znacznego przegrzania lub widocznych uszkodzeń skonsultuj się ze specjalistą.

7. Zutylizuj uszkodzone baterie zgodnie z lokalnymi przepisami; ze względu na ryzyko bezpieczeństwa nigdy nie wyrzucaj ich do zwykłych śmieci.

Które baterie są bardziej podatne na przegrzanie?

Nie wszystkie akumulatory charakteryzują się takim samym ryzykiem przegrzania.

18650 cylindryczne NCM i LCO akumulatory litowo-jonowe są szczególnie wrażliwe na przegrzanie ze względu na ich konstrukcję o dużej gęstości energii, szczególnie w przypadku dużej mocy lub ciepła.

Baterie LFP (fosforan żelaza litowego) są bardziej stabilne termicznie i mniej podatne na przegrzanie, ale nadal mogą się przegrzać w ekstremalnych warunkach.

Wielkoformatowe akumulatory pryzmatyczne, takie jak te w pojazdach elektrycznych, również mogą się przegrzewać bez odpowiedniego chłodzenia ze względu na ich rozmiar i gęstość energii.

Dlaczego nieużywane baterie nagrzewają się?

Baterie mogą generować ciepło nawet wtedy, gdy nie są używane, z następujących powodów:

• Wewnętrzne reakcje chemiczne: Powolne samorozładowanie z czasem wytwarza ciepło.
• Mikrozwarcia: Błędy wewnętrzne lub degradacja powodują zwarcia i ciepło.
• Przechowywanie w wysokiej temperaturze: Ciepło przyspiesza samorozładowanie i gromadzenie się.
• Degradacja związana z wiekiem: Starsze akumulatory mają wyższą rezystancję, generując więcej ciepła nawet przy niewielkiej aktywności.

Czy baterie o różnych rozmiarach wpływają na rozpraszanie ciepła?

Rozmiar baterii ma duży wpływ na odprowadzanie ciepła.

Większe akumulatory rozpraszają ciepło mniej efektywnie, ponieważ ciepło rdzenia musi podróżować dalej, co skutkuje wyższą temperaturą wewnętrzną.

Badania pokazuje, że akumulatory o większym stosunku średnicy do wysokości (D/H) mają niższe temperatury i mniejsze gradienty termiczne ze względu na większą powierzchnię zapewniającą lepsze odprowadzanie ciepła. To wyjaśnia, dlaczego duże akumulatory, takie jak te w pojazdach elektrycznych, wymagają aktywnych systemów chłodzenia, podczas gdy mniejsze akumulatory do smartfonów wykorzystują chłodzenie pasywne.

Konstrukcja akumulatora musi uwzględniać zarówno wytwarzanie, jak i rozpraszanie ciepła, aby utrzymać bezpieczną temperaturę.

Wniosek

Przegrzanie akumulatora jest poważnym problemem. Rozpoznanie przyczyn i objawów pomaga użytkownikom zapobiegać takim zjawiskom i bezpiecznie obchodzić się z akumulatorami.

Ostrożnie zarządzając akumulatorami i przestrzegając dopuszczalnych temperatur, możemy cieszyć się przenośnym zasilaniem, minimalizując jednocześnie ryzyko.