Почему аккумуляторы перегреваются и как этого избежать?

Перегрев батареи влияет на производительность устройства, продолжительность жизнии безопасность. Поскольку аккумуляторы питают устройства от смартфонов до электромобилей, понимание причин и предотвращение перегрева имеют важное значение. В этой статье рассматриваются механизмы, последствия и стратегии предотвращения перегрева аккумулятора, чтобы помочь пользователям эффективно управлять батареями.

Что такое перегрев аккумулятора?

Перегрев аккумулятора происходит, когда его температура превышает допустимую. безопасный рабочий диапазон. Каждая батарея имеет оптимальную температуру для эффективных и безопасных химических реакций. Выше этого предела реакции становятся нестабильными, что может привести к потере производительности и угрозе безопасности.

Перегрев опасен, поскольку повышение температуры ускоряет химические реакции, выделяя больше тепла и еще больше повышая температуру. Если не принять меры, эта петля положительной обратной связи может быстро обостриться, что приведет к опасным условиям.

Последствия перегрева аккумулятора

Перегрев аккумулятора влияет на производительность и безопасность несколькими способами:

• Снижение производительности. Высокие температуры ускоряют старение аккумулятора, снижают его емкость и сокращают время автономной работы. Температура выше 25°C может сократить срок службы литий-ионного аккумулятора.
• Тепловой побег (TR): Перегрев может вызвать TR, при котором повышение температуры вызывает дальнейшее накопление тепла, что потенциально может привести к пожару или взрыву.
• Физический ущерб: длительное нагревание может необратимо повредить внутренние структуры, вызывая отек, утечкаили деформация и нарушение целостности аккумулятора.
• Снижение эффективности: перегретые батареи имеют более высокое внутреннее сопротивление, что приводит к более медленной зарядке и сокращению срока службы.

Причины перегрева аккумулятора

Понимание того, что вызывает перегрев, является ключом к профилактике. Основные причины включают в себя:

• Быстрая зарядка или перезарядка: зарядка, превышающая технические характеристики аккумулятора, приводит к чрезмерному нагреву.
• Высокие температуры окружающей среды. Внешнее тепло, например солнечный свет или горячие автомобили, ограничивает рассеивание тепла.
• Плохое состояние или конструкция батареи. Старые, поврежденные, некачественные батареи или производственные дефекты увеличивают внутреннее сопротивление и нагрев.
• Чрезмерное потребление энергии. Сильные токи, возникающие при выполнении ресурсоемких задач (игры, потоковая передача, электроинструменты), вызывают нагрузку на батарею.
• Недостаточная вентиляция: ограниченный поток воздуха препятствует надлежащему охлаждению.
• Система управления аккумуляторами Отказ (BMS): неисправная BMS не может регулировать температуру или ток, что создает небезопасные условия.

Симптомы перегрева аккумулятора

Снижение эффективности зарядки или разрядки

Распознавание признаков перегрева позволяет своевременно принять меры до того, как произойдет повреждение.

Деформация или отек

Перегрев увеличивает внутреннее давление, в результате чего корпус аккумулятора вздувается или деформируется. Это указывает на серьезные внутренние проблемы и требует немедленного внимания.

Запах или дым

Запах гари или дым сигнализируют о внутренней поломке или возгорании. Действуйте немедленно, поскольку они часто предшествуют опасным ситуациям.

Аномально высокая температура

Чрезмерное нагревание, из-за которого к батареям неудобно прикасаться, явно указывает на перегрев, и его не следует игнорировать.

Снижение эффективности зарядки или разрядки

Сокращение времени автономной работы или медленная зарядка позволяют предположить, что перегрев повредил химический состав батареи, что снизило ее производительность.

Сравнение симптомов перегрева для разных типов батарей

Как предотвратить перегрев батареи

Проактивные меры снижают риск перегрева:

• Используйте зарядные устройства, рекомендованные производителем, чтобы предотвратить несоответствие напряжения и перегрев.
• Храните устройства при температуре от 20°C до 25°C (68–77°F); избегайте прямых солнечных лучей и горячих транспортных средств.
• Обеспечьте надлежащую вентиляцию, поддерживая приток воздуха вокруг устройств, особенно во время зарядки, и регулярно очищайте вентиляционные отверстия.
• Отключайте устройства после полной зарядки и избегайте интенсивного использования во время зарядки, чтобы свести к минимуму перегрев.
• Используйте системы управления батареями, которые контролируют температуру; рассмотрите возможность использования дополнительных датчиков для критически важных приложений.
• Регулярно проверяйте батареи на наличие повреждений, очищайте клеммы и обновляйте прошивку для оптимального управления температурой.

Как справиться с перегревом аккумулятора

Если произошел перегрев, выполните следующие действия:

1. Немедленно отключите питание, чтобы остановить выделение тепла.

2. Переместите аккумулятор в негорючее, хорошо проветриваемое помещение, вдали от горючих материалов.

3. Дайте аккумулятору остыть естественным путем при комнатной температуре; избегайте быстрого охлаждения, например, охлаждения.

4. Не заряжайте аккумулятор до полного охлаждения и проверки.

5. Проверьте отсутствие вздутий, утечек и повреждений; не используйте повторно, если он поврежден.

6. При значительном перегреве или видимых повреждениях обратитесь к специалисту.

7. Утилизируйте поврежденные батареи в соответствии с местными правилами; никогда не выбрасывайте их в обычный мусор из соображений безопасности.

Какие батареи чаще перегреваются?

Не все батареи подвержены одинаковому риску перегрева.

18650 цилиндрический NCM и LCO литий-ионные аккумуляторы особенно чувствительны к перегреву из-за своей энергоемкой конструкции, особенно при высокой мощности или нагреве.

LFP (литий -железный фосфат) батареи более термически стабильны и менее склонны к перегреву, но все же могут перегреваться в экстремальных условиях.

Призматические батареи большого формата, например, в электромобилях, также могут перегреваться без надлежащего охлаждения из-за своего размера и плотности энергии.

Почему неиспользованные батарейки нагреваются?

Батареи могут выделять тепло, даже когда они не используются, по следующим причинам:

• Внутренние химические реакции: медленный саморазряд со временем приводит к выделению тепла.
• Микрокороткие замыкания: внутренние неисправности или деградация вызывают короткие замыкания и перегрев.
• Хранение при высоких температурах: тепло ускоряет саморазряд и накопление.
• Деградация, связанная с возрастом: старые батареи имеют более высокое сопротивление и выделяют больше тепла даже при небольшой активности.

Влияют ли батареи разного размера на рассеивание тепла?

Размер батареи сильно влияет на тепловыделение.

Батареи большего размера рассеивают тепло менее эффективно, поскольку теплу ядра приходится перемещаться дальше, что приводит к более высоким внутренним температурам.

Исследовать показывает, что батареи с большим соотношением диаметра к высоте (D/H) имеют более низкие температуры и меньшие температурные градиенты из-за увеличенной площади поверхности для лучшего рассеивания тепла. Это объясняет, почему большие аккумуляторы, например, в электромобилях, нуждаются в активных системах охлаждения, а меньшие батареи смартфонов используют пассивное охлаждение.

При проектировании батареи необходимо учитывать как выделение, так и рассеивание тепла для поддержания безопасной температуры.

Заключение

Перегрев аккумулятора является серьезной проблемой. Знание его причин и симптомов помогает пользователям предотвратить его и безопасно обращаться с аккумуляторами.

Тщательно управляя батареями и соблюдая температурные ограничения, мы можем наслаждаться портативной энергией, минимизируя при этом риски.