Jak głęboko powinniśmy rozładowywać baterie litowe, aby zmaksymalizować ich żywotność?

9

Niedawno opublikowałem odpowiedź, w której wspomniano o bardzo klasycznych „bateriach litowych, takich jak częściowe rozładowania, więc zaprojektuj swój system dla ograniczonej głębokości rozładowania”. Zastanawiałem się jednak: przy częściowych wyładowaniach zwiększa się również liczba cykli ładowania / rozładowania dla tej samej dostarczonej energii, więc wzrost żywotności dostępnych cykli zmniejszy się. Na przykład bateria telefonu rozładowanego rano o 50%, naładowana, rozładowana o 50% po południu i naładowana w ciągu nocy wymaga dwukrotnie więcej cykli niż telefon rozładowany w 100% i naładowana raz dziennie, aby trwała tak długo. Pomyślałem, że byłoby to interesujące.

Poszedłem dalej i jak zwykle przesyłam swoje ustalenia do zatwierdzenia każdemu użytkownikowi SE i zapraszam wszystkich do dodania.

Powinienem zaznaczyć, że dotyczy to tylko baterii regularnie używanych, a nie tych, które stoją na półce przez okres dłuższy niż kilka dni. Mimo to mają tendencję do starzenia się niezależnie od cykli, ale nie mam danych na ten temat - być może eksperci mogliby rzucić na to trochę światła.

Pan Mystère
źródło
1
jeśli w ogóle nie pozwolicie im się rozładować, będą trwać wiecznie
Jasen
Miły akcent sarkazmu. Masz rację, zapomniałem zaznaczyć, że wciąż obowiązuje termin ważności baterii, niezależnie od liczby cykli. Dodam to jutro.
Mister Mystère,
1
W BU mówi, że po 1 roku, przy 100% naładowaniu, masz 65% (40 ° C) lub 94% (0 ° C) swojej pojemności . Jeśli są przechowywane tylko w 40% naładowane, liczby wynoszą 85% i 98%. Dość przerażające dane dotyczące trwałości!
tomnexus

Odpowiedzi:

12

Moje szybkie spojrzenie na to:

Żywotność baterii litowych zmniejsza się wraz z głębokością rozładowania, wyglądając następująco (ta krzywa dotyczy akumulatorów ołowiowo-kwasowych, ale lit jest podany zgodnie z podobną krzywą): wprowadź opis zdjęcia tutaj

( źródło )

Jeśli jako wartość odniesienia przyjęto wartość 100% DoD, można wykreślić krzywą, którą nazywam krzywą „izoenergii” (zastanowiłem się nad nią przez 2 sekundy), czyli w zasadzie, ile cykli potrzeba z akumulatora, aby dostarczyć taką samą ilość energii, jak 100% rozładowań przez cały okres użytkowania:

jasominmirsoly(reore)=100%reoreljafamitjammidoydolmisreore
Na przykład 50% DoD wymaga dwa razy więcej cykli niż 100% DoD, 25% cztery razy itp.

Wyniki z tego konkretnego przykładu:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Podsumowując, nadal utrzymuje się, że głębokość zrzutu powinna być jak najbardziej zminimalizowana.

Pan Mystère
źródło
czy istnieje krzywa procentowego zużycia ogniwa przez całe życie na głębokość rozładowania?
Jasen
Muszą istnieć, ale wszystkie te, na które natrafiłem, to temperatura VS dla ustalonego DoD.
Mister Mystère,
1
Zwróć też uwagę na efekt „kalendarza”. LiIon mają skończone życie, gdy zaczną być używane (lub wcześniej?) I po prostu „zużyją się” w wieku, nawet jeśli będą mało lub nie będą używane. Wydaje się, że jest około zero komentarzy na temat żywotności kalendarza LiFePO4, ale wydaje się, że są one stosunkowo wolne od tego. | Rozumiem, że głównym trybem degradacji LiIonu w cyklu jest mechaniczny. Wyczerpanie Li zmienia objętość fizyczną, a bateria działa na śmierć. Natomiast LiFePO4 ma trwałą strukturę oliwinową, nawet gdy nie ma Li.
Russell McMahon,
5

Zgadzam się, że zyskujesz na całej zdolności życiowej wraz ze spadkiem DOD - z pamięci liczby, które widziałem sugerują większy wzrost ze spadkiem DOD w powiedzmy 10% -80% DOD - ale nie będę gwarantować moich wspomnień aby być poprawnym.

Istnieje jednak kilka innych czynników, które mogą być ważniejsze i / lub przydatne.
Jeśli jesteś w stanie tolerować zmniejszone rozładowywanie pojemności i / lub wielokrotne ładowanie dziennie, lepsze zyski można uzyskać poprzez ograniczenie górnej granicy ładowania.
Ogniwa LiIon są zwykle ładowane w trybie CC / CV z CC zwykle z szybkością C / 1 i przy osiągnięciu Vmax (zwykle 4,2 V / ogniwo) przy około 70% -80% całkowitej pojemności, przy czym saldo jest wprowadzane w trybie CV przy zmniejszaniu prądu (ustawionym przez skład chemiczny akumulatora). Zakończenie ładowania występuje w niektórych wybranych Imax xk przy (0,05 <= k <1)
K = 1 odpowiada zakończeniu ładowania na przejściu CC / CV. Dobrze wiadomo, że mniejsze wartości k dają nieco zwiększoną całkowitą pojemność energetyczną, ale nieproporcjonalnie krótszy cykl życia. k jest dość często ustawione na 0,25 lub nawet 0,5, agresywne ładowanie może ustawić k na 0,1 lub nawet 0,05.
Twoje krzywe sugerują, że nawet przy zwykle niedopuszczalnie niskim DOD wynoszącym 10% całkowitej energii życiowej zmagazynowanej w mniej niż 50% więcej niż przy 100% DOD. Obecnie nie mam czasu na znalezienie referencji, ale jestem (zasadniczo :-)) pewien, że zyski większe niż 50% są osiągane dzięki zastosowaniu k = 1 (bez cyklu CV), a to ma zaletę bardzo szybkiego ładowania ( poniżej 1 godziny) (np. 48 minut w C / 1 od całkowitego opróżnienia, jeśli przejście CC / CV nastąpiło przy poziomie energii 80%). Zrzut do 100% DID jest również „nie pomocny” i przydatne jest również ustawienie minimalnego DOD za pomocą tego rodzaju schematu. Niektóre rzeczy, takie jak pozostała pojemność od 20% do 30% i maksymalna pojemność 80%, nadal zwraca 50% do 60% całkowitej pojemności, pozostawia bufor awaryjny od 20% do 30% w razie potrzeby i może być lepsza niż prosta kontrola DOD z dołu.

Kolejnym aspektem, który zapewnia wydłużony cykl życia i ogólny wzrost magazynowania energii przez całe życie, jest ustawienie Vmax na mniej niż zwykle 4,3 V / ogniwo w 25 ° C. Opublikowane wyniki sugerują, że nawet spadek 0,05 V (do 4,15 V) daje użyteczne zyski, 4,1 V więcej, a 4,0 V znacznie więcej. Tym obniżonym poziomom towarzyszy znaczny spadek pojemności magazynowej na cykl.

Ta przydatna strona Uniwersytetu baterii omawia różne metody przedłużania żywotności LiIon.
Tabela 4 sugeruje 4-krotny wzrost żywotności cyklu poprzez zmniejszenie Vmax do 4,0 V z 4,2 V z jedynie 20% spadkiem pojemności energetycznej na cykl - wzrost lub 3+ x zwykła pojemność.

Poniższe tabele zostały skopiowane z powyższej strony.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Wykorzystanie pewnej kombinacji redukcji Vmax, maksymalnego ograniczenia DOD i minimalizacji redukcji prądu w trybie CV wydaje się prawdopodobnie generować bardzo duży wzrost wydajności całego życia. Dla każdego dopuszczalnego zmniejszenia wydajności można ustalić optymalną mieszankę. Brzmi jak doktorat :-).

Zobacz także:

BU - Baterie litowe - dlaczego są lepsze

BU - ładowanie LiIon


Jeszcze lepiej - użyj LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Russell McMahon
źródło
Wielkie dzięki za ten dodatek. Czy pierwsze liczby (przed linkiem do BU) pochodzą również z BU czy z twojego doświadczenia?
Mister Mystère,
@ MisterMystère - Kto może powiedzieć: -) .... ponownie się odczytuje ... Głównie z mojej głowy ALE informacje nadeszły od jakiegoś czasu - i gram z bateriami „poważnie” od około 7 lat. (Początkowo głównie NiCd (krótko), a następnie NimH. LiIon i LiFePO4 ostatnio. Nie wiem, czy obejmują one wszystkie punkty, ale tam, gdzie są, nie sądzę, byśmy się nie zgadzali. BU jest znaczącym źródłem danych wejściowych, ale pod żadnym pozorem nie jest to źródło większościowe. Rzadko zdarza mi się, że mówią rzeczy, z którymi całkowicie się nie zgadzam - czasami możemy widzieć rzeczy z różnych perspektyw. Cieszę się, że ...
Russell McMahon
... dyskutuj bardziej szczegółowo / uzasadnij (po modzie) wszystko, co według mnie może się nie zgadzać. Czasami będzie źle, zwykle jest to po prostu podsumowana otrzymana wiedza lub pasujące doświadczenie, które mam nadzieję zapamiętam poprawnie :-).
Russell McMahon,
1

Jednym z problemów związanych z tego rodzaju analizami jest pytanie, co stanowi „rozładowaną” baterię. Większość zastosowań wiąże się z maksymalną dopuszczalną utratą pojemności, która różni się w zależności od zastosowania. EV są zasadniczo bardzo zależne od zasięgu, więc dopuszczalna jest bardzo niewielka utrata pojemności. Przechowywanie w domu będzie nadal zapewniać znaczne oszczędności, nawet jeśli nastąpi znaczna utrata pojemności i dlatego sugeruje się, aby akumulatory EV mogły być ponownie użyte jako domowe urządzenia do przechowywania po wyjęciu z pojazdu.

Erik Blakeley
źródło