Szybkie ładowanie prądem stałym o dużej mocy (DC) – w pół godziny można naładować akumulator do 80%, a napięcie ładowania prądem stałym jest zazwyczaj wyższe niż napięcie akumulatora. Jakie są zatem zagrożenia związane z szybkim ładowaniem akumulatorów litowych w kontekście problemów technicznych?
Jakie zagrożenia wiążą się z szybkim ładowaniem baterii litowych?
Trzy podstawowe sposoby szybkiego ładowania to: utrzymanie stałego napięcia i zwiększenie prądu; utrzymanie stałego prądu i zwiększenie napięcia; oraz jednoczesne zwiększenie prądu i napięcia. Jednak, aby w pełni zrealizować szybkie ładowanie, nie tylko można poprawić prąd i napięcie. Technologia szybkiego ładowania wymaga kompletnego zestawu systemów, w tym adaptera szybkiego ładowania i inteligentnego systemu zarządzania energią.
Długotrwałe szybkie ładowanie ma wpływ na żywotność baterii litowych. Szybkie ładowanie baterii litowych odbywa się kosztem cyklu życia baterii, ponieważ bateria jest urządzeniem, które generuje prąd poprzez reakcje elektrochemiczne. Ładowanie jest wystąpieniem odwrotnej reakcji chemicznej, a szybkie ładowanie polega na natychmiastowym podaniu dużego prądu do baterii. Częste korzystanie z trybu szybkiego ładowania zmniejsza pojemność baterii, zmniejszając liczbę cykli ładowania i rozładowywania baterii.
Szybkie ładowanie akumulatora litowego powoduje trzy efekty: efekt cieplny, wytrącanie się litu i efekt mechaniczny
1. Częste szybkie ładowanie przyspiesza polaryzację ogniwa akumulatora
Przy dużym ciągłym prądzie ładowania wzrasta stężenie jonów na elektrodzie, polaryzacja wzrasta, a napięcie na zaciskach akumulatora nie może odpowiadać bezpośrednio i liniowo ilości ładowanego prądu. Jednocześnie, ładowanie wysokim prądem, wzrost rezystancji wewnętrznej prowadzi do zwiększonego efektu ciepła Joule'a, wywołanego skutkami ubocznymi, takimi jak rozkład elektrolitu, wydzielanie się gazów i szereg problemów. Nagły wzrost współczynnika ryzyka wpływa na bezpieczeństwo akumulatora, a żywotność niezasilanych akumulatorów z pewnością ulegnie znacznemu skróceniu.
2. Częste szybkie ładowanie może prowadzić do krystalizacji rdzenia akumulatora
Szybkie ładowanie akumulatora litowego oznacza, że jony litu są szybko rozładowywane i „płyną” do anody. Wymaga to, aby materiał anody charakteryzował się zdolnością szybkiego osadzania litu. Ze względu na to, że potencjał osadzania litu i potencjał wytrącania litu są niemal takie same, podczas szybkiego ładowania lub w niskich temperaturach jony litu mogą wytrącać się na powierzchni, tworząc dendrytyczny lit. Dendrytyczny lit przebija membranę i powoduje straty wtórne, zmniejszając pojemność akumulatora. Gdy kryształ litu osiągnie określoną wartość, rośnie od elektrody ujemnej do membrany, stwarzając ryzyko zwarcia akumulatora.
3. Częste szybkie ładowanie skraca żywotność baterii
Częste ładowanie również przyspiesza rozładowywanie się baterii, a nawet prowadzi do problemów, takich jak zmniejszona aktywność baterii i krótszy czas jej działania. Zwłaszcza po wprowadzeniu technologii szybkiego ładowania, która na wczesnym etapie ładowania jest bardzo szybka, nie naładowuje baterii do 100% po odłączeniu od źródła zasilania. W rezultacie konieczne jest wielokrotne ładowanie, zwiększając liczbę cykli ładowania. Długotrwałe korzystanie z tej technologii zmniejsza aktywność baterii, przyspieszając tym samym jej starzenie.
Wysoka temperatura jest głównym czynnikiem powodującym starzenie się baterii litowo-jonowych. Szybkie ładowanie o dużej mocy spowoduje szybkie nagrzewanie się baterii. Ładowanie z niską mocą, mimo niskiego poziomu naładowania, generuje niewiele ciepła na jednostkę czasu, ale wymaga dłuższego czasu ładowania. W ten sposób ciepło z akumulatora będzie się kumulować z czasem, a różnica w natężeniu ciepła generowanego podczas ładowania nie będzie wystarczająca, aby wpłynąć na tempo starzenia się baterii.
Podsumowując powyższe, możemy stwierdzić, że szybkie ładowanie stawia wysokie wymagania jakościowe akumulatorowi, wiąże się z większym skróceniem jego żywotności, a współczynnik bezpieczeństwa jest znacznie niższy, dlatego należy starać się je stosować jak najrzadziej, gdy nie jest to konieczne. Częste szybkie ładowanie akumulatora może go uszkodzić, ale ze względu na różnice w gęstości ogniw, materiałach, temperaturze otoczenia i systemie zarządzania akumulatorem, akumulator ulega różnym uszkodzeniom podczas szybkiego ładowania.
Czas publikacji: 26-10-2023