อุณหภูมิต่ำมีผลกับแบตเตอรี่ลิเธียมอย่างไร? ยังพูดคุยเกี่ยวกับการบำรุงรักษาแบตเตอรี่ลิเธียมทุกวัน

iPhone ดับกะทันหันที่อุณหภูมิต่ำ อันที่จริง แบตเตอรี่ลิเธียม (ไอออน) ไม่เพียงแต่สร้างปัญหาให้กับ Apple ที่อุณหภูมิต่ำ แต่โทรศัพท์มือถือของ Samsung เคยถูกวิพากษ์วิจารณ์ว่าไม่สามารถชาร์จที่อุณหภูมิต่ำได้ iPad เครื่องเก่าของภรรยาฉัน หลังจากชาร์จจนเต็มในฤดูหนาวนี้ ไฟจะดับในทันที และจะไม่สามารถเปิดได้หลังจากเสียบสายชาร์จแล้ว มันจะทำงานต่อหลังจากอบบนเครื่องทำความร้อนชั่วขณะหนึ่งเท่านั้น ลูกสาวของฉันเรียกมันว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ "ประณีต" ที่สุด

บทความนี้เน้นที่ผลกระทบของอุณหภูมิ โดยเฉพาะอุณหภูมิต่ำในแบตเตอรี่ลิเธียม และชี้แจงความเข้าใจผิดบางประการในการใช้แบตเตอรี่ลิเธียม บทความนี้ไม่ได้อธิบายหลักการพื้นฐานและประวัติการพัฒนาแบตเตอรี่ หากคุณสนใจ โปรด Google มีเรื่องราวที่น่าสนใจมากมายที่นี่ เริ่มจากชุดแนวคิดกันก่อน

ความหนาแน่นของพลังงาน

หน่วยของความจุแบตเตอรี่ลิเธียมโดยทั่วไปคือ “mAh” (มิลลิแอมป์ชั่วโมง) หรือ “Ah” (แอมแปร์ชั่วโมง) และมีความแตกต่างระหว่างความจุที่กำหนดและความจุจริงเมื่อใช้งาน ความหนาแน่นของพลังงานหมายถึงปริมาณไฟฟ้าที่แบตเตอรี่ต่อหน่วยปริมาตรหรือต่อหน่วยน้ำหนักสามารถจัดเก็บและปล่อย มีสองหน่วย: Wh/kg และ Wh/L ซึ่งแสดงถึงพลังงานจำเพาะน้ำหนักและพลังงานจำเพาะปริมาตรตามลำดับ ในการใช้งาน ดัชนีความหนาแน่นของพลังงานมีความหมายมากกว่าความจุ หากความจุไม่เพียงพอ ก็สามารถขยายให้ใหญ่ขึ้นได้ และการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานก็ต้องอาศัยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมได้เข้าสู่ช่วงการเติบโตที่ช้าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาหลังจากช่วงเวลาที่รวดเร็ว ตัวอย่างเช่น Samsung เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานโดยเฉลี่ย 6.5% ต่อปี ซึ่งตามหลังกฎของมัวร์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มาก:

ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมในโทรศัพท์มือถือค่อนข้างสูงอยู่แล้ว

เงื่อนไขการใช้แบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียมที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง การใช้งานควรระมัดระวังให้มาก ความประมาทเล็กน้อยอาจส่งผลต่ออายุการใช้งาน หรืออาจระเบิดและติดไฟได้ เช่น ประตูแบตเตอรี่ของ Samsung ในบรรดาเงื่อนไขการใช้งานทั้งหมด แรงดันไฟและอุณหภูมิเป็นสองเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกันที่สำคัญที่สุด ดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

แกนนอนคือแรงดัน แกนตั้งคืออุณหภูมิ จะเห็นได้ว่าในจตุภาคนี้ มีเพียงพื้นที่ปลอดภัยเล็กๆ ตรงกลางคำเตือนสีแดงขนาดใหญ่ที่บ่งบอกถึงผลกระทบร้ายแรงต่างๆ เป็นเขตความสะดวกสบายของแบตเตอรี่ลิเธียม และการออกจากแบตเตอรี่ลิเธียมก็มีความเสี่ยง:

• ไฟฟ้าแรงสูงและต่ำ:

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและแรงดันใช้งาน ซึ่งจะไม่อธิบายโดยละเอียดในที่นี้ แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดมักจะถูกกำหนดเป็น 3.7V แต่แบตเตอรี่ใหม่เอี่ยมสามารถเข้าถึง 4.2V หลังจากที่ชาร์จจนเต็มแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถกล่าวได้ว่าตายหลังจากถึง 3.4V ในความเป็นจริง 3.0V เรียกว่าตายอย่างสมบูรณ์ เส้นโค้งการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียม

ทั้งที่สูงกว่า 4.2V และต่ำกว่า 3.4V จะส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียม ค่าที่สูงกว่า 4.2V เรียกว่าการชาร์จไฟเกิน ซึ่งจะส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างถาวร ในกรณีที่รุนแรง จะทำให้เกิดการระบายความร้อน (thermal runaway) ซึ่งอาจทำให้เกิดฟองอากาศ ของเหลวรั่วไหล ไฟไหม้และการระเบิด

อุณหภูมิต่ำทำให้ความต้านทานภายในของอิเล็กโทรไลต์ของเซลล์แบตเตอรี่ลดลง และอาจก่อให้เกิดการควบแน่นของลิเธียมบนแคโทด ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างถาวร อุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดการระบายความร้อนเช่นการระเบิด อันตรายมาก.

โดยสรุป

แบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ที่อุณหภูมิต่ำมีประสิทธิภาพต่ำโดยไม่คำนึงถึงการชาร์จหรือการคายประจุ และอาจส่งผลต่ออายุการใช้งาน ดังนั้นควรหลีกเลี่ยง ต่อไปนี้คือคำกล่าวที่ได้รับความนิยมในการใช้แบตเตอรี่ลิเธียม มาทำความรู้จักกันทีละตัว:

การใช้งานครั้งแรกควรชาร์จให้เต็มสามครั้งเพื่อเปิดใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียม ไม่ถูกต้อง แบตเตอรี่ลิเธียมไม่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำและไม่จำเป็นต้องเปิดใช้งาน
ทางที่ดีควรชาร์จหลังจากใช้งานจนหมด ไม่ถูกต้อง อายุการใช้งานของวงจรไม่ใช่จำนวนการชาร์จที่หยาบคาย แต่เป็นวงจรทั้งหมด นั่นคือ กระบวนการที่พลังงานแบตเตอรี่หมดแล้วจึงเติมใหม่ แทนที่จะเสียบที่ชาร์จและถอดปลั๊กเพียงครั้งเดียว สามารถชาร์จได้ตลอดเวลา หากใช้จนหมดและชาร์จใหม่ อาจนำไปสู่การคายประจุมากเกินไปและส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่หากปล่อยทิ้งไว้นานเกินไป
ไม่ต้องชาร์จอีกต่อไป แค่ถอดปลั๊กเมื่อชาร์จเสร็จ บางส่วนถูก ส่วนใหญ่ผิด การชาร์จโทรศัพท์มือถือทั่วไปไม่ใช่การชาร์จด้วยแรงดันไฟคงที่แบบธรรมดา แต่เพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ มีอัลกอริธึมการชาร์จที่ปรับให้เหมาะสม ซึ่งรวมถึง CC, CV และ MC เป็นต้น นับว่าอิ่มแล้วก็ไม่รีบร้อนตลอด ไม่ต้องกังวล คุณสามารถเสียบปลั๊กไฟได้ตลอดเวลา เนื่องจากขาดอุปกรณ์การจัดการการชาร์จสำหรับกระท่อมและอุปกรณ์ราคาถูกบางแห่ง ขอแนะนำให้ชาร์จโดยเร็วที่สุด
ชาร์จโทรศัพท์ของคุณเมื่อคุณไม่ได้ใช้งาน ถูกต้อง. เมื่อไม่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียม พลังงานจะไหลอย่างเงียบ ๆ และจะถูกคายประจุมากเกินไปเมื่อต่ำกว่า 2.0V ซึ่งจะส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างจริงจัง ทางที่ดีควรชาร์จเป็นประจำ