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

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.

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):

( 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:

Wyniki z tego konkretnego przykładu:

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

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.

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 :-)

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.