Wie tief sollten wir Lithiumbatterien entladen, um ihre Lebensdauer zu maximieren?

9

Kürzlich habe ich eine Antwort veröffentlicht, in der die sehr klassischen "Lithiumbatterien wie Teilentladungen, also entwerfen Sie Ihr System für eine begrenzte Entladungstiefe" erwähnt werden. Aber dann habe ich mich gefragt: Bei Teilentladungen nimmt auch die Anzahl der Lade- / Entladezyklen bei gleicher abgegebener Energie zu, sodass die Lebensdauer der verfügbaren Zyklen abnimmt. Beispielsweise erfordert der Akku eines Mobiltelefons, der morgens zu 50% entladen, nachmittags zu 50% entladen und über Nacht aufgeladen wird, doppelt so viele Zyklen wie ein zu 100% entladenes und einmal täglich aufgeladenes Mobiltelefon, um so lange zu halten. Ich dachte, es wäre interessant, das zu untersuchen.

Ich ging voran und reiche wie üblich meine Ergebnisse zur Genehmigung eines SE-Benutzers ein und begrüße jeden, der sie ergänzt.

Ich möchte darauf hinweisen, dass dies nur regelmäßig verwendete Batterien betrifft, nicht solche, die länger als ein paar Tage in einem Regal stehen. Trotzdem neigen sie dazu, in den Zyklen unabhängig zu altern, aber ich habe keine Daten dazu - vielleicht könnten Experten etwas Licht ins Dunkel bringen.

Herr Mystère
quelle
1
Wenn Sie sie überhaupt nicht entlassen lassen, werden sie für immer dauern
Jasen
Netter Hauch von Sarkasmus. Sie haben Recht, ich habe vergessen darauf hinzuweisen, dass es immer noch ein Verfallsdatum für Batterien gibt, unabhängig von der Anzahl der Zyklen. Ich werde das morgen hinzufügen.
Herr Mystère
1
Bei BU sagt er, dass Sie nach 1 Jahr bei 100% Ladung 65% (40 ° C) oder 94% (0 ° C) Ihrer Kapazität übrig haben. Wenn nur 40% geladen gespeichert werden, sind die Zahlen stattdessen 85% und 98%. Ziemlich beängstigende Haltbarkeitszahlen!
Tomnexus

Antworten:

11

Mein kurzer Blick hinein:

Die Lebensdauer von Lithiumbatterien nimmt mit der Entladungstiefe ab und sieht folgendermaßen aus (diese Kurve gilt für Blei-Säure-Batterien, Lithium folgt jedoch einer ähnlichen Kurve): Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

( Quelle )

Wenn der 100% DoD-Wert als Referenz genommen wird, kann man die sogenannte "Isoenergie" -Kurve (ich habe 2 Sekunden darüber nachgedacht) darstellen, dh wie viele Zyklen von der Batterie benötigt werden, um die gleiche Energiemenge wie zu liefern 100% Entladungen über die gesamte Lebensdauer: Beispielsweise erfordern 50% DoD doppelt so viele Zyklen wie 100% DoD, 25% viermal usw.

ichsÖenerGy(D.ÖD.)=100%.D.ÖD.lichfetichmecyclesD.ÖD.

Die Ergebnisse mit diesem speziellen Beispiel:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Fazit: Nach wie vor sollte die Entladungstiefe so gering wie möglich gehalten werden.

Herr Mystère
quelle
Gibt es eine Kurve für den Prozentsatz des Lebensdauerverschleißes der Zelle pro Entladungstiefe?
Jasen
Sie müssen existieren, aber alle, auf die ich gestoßen bin, sind VS-Temperaturen für feste DoD.
Herr Mystère
1
Beachten Sie auch den "Kalender" -Effekt. LiIon hat ein begrenztes Leben, sobald sie verwendet werden (oder früher?) Und wird das Alter nur dann abnutzen, wenn sie wenig oder gar keine Verwendung haben. Es scheint ungefähr keinen Kommentar zu den Lebensdauern des LiFePO4-Kalenders zu geben, aber sie scheinen relativ frei davon zu sein. | Mein Verständnis ist, dass der Haupt-LiIon-Abbau-Modus beim Radfahren mechanisch ist. Li-Erschöpfung verändert das physische Volumen und der Akku arbeitet sich zu Tode. Während LiFePO4 das permanente Olivin-Gerüst hat, auch wenn Li nicht da ist.
Russell McMahon
5

Ich bin damit einverstanden, dass Sie mit abnehmendem DOD einen Gewinn an Gesamtlebensfähigkeit erzielen - aus dem Gedächtnis deuten die Zahlen, die ich gesehen habe, auf einen größeren Gewinn mit abnehmendem DOD im Bereich von etwa 10% bis 80% DOD hin -, aber ich kann meine Erinnerungen nicht garantieren richtig liegen.

Es gibt jedoch mehrere andere Faktoren, die wichtiger und / oder nützlicher sein können.
Wenn Sie in der Lage sind, Entladungen mit verringerter Kapazität und / oder mehrere Wiederaufladungen pro Tag zu tolerieren, können Sie bessere Gewinne erzielen, indem Sie das obere Ende des Ladevorgangs begrenzen.
LiIon-Zellen werden normalerweise in einem CC / CV-Modus geladen, wobei CC normalerweise mit einer C / 1-Rate und Vmax (typischerweise 4,2 V / Zelle) bei etwa 70% bis 80% der Gesamtkapazität erreicht wird, wobei der Rest im CV-Modus eingegeben wird bei reduzierendem Strom (eingestellt durch die Batteriechemie). Die Ladungsbeendigung erfolgt bei einigen ausgewählten Imax xk mit (0,05 <= k <1).
K = 1 entspricht dem Beenden des Ladevorgangs am CC / CV-Übergang. Es ist allgemein bekannt, dass kleinere Werte von k etwas erhöhte Gesamtenergiekapazitäten ergeben, aber den Lebenszyklus überproportional verkürzen. k wird ziemlich oft auf 0,25 oder sogar 0,5 eingestellt, aggressives Laden kann k auf 0,1 oder sogar 0,05 einstellen.
Ihre Kurven deuten darauf hin, dass selbst bei einem normalerweise unannehmbar niedrigen DOD von 10% der gesamten Lebensdauer Energie in weniger als 50% mehr gespeichert wird als bei 100% DOD. Ich habe derzeit keine Zeit, um Referenzen zu finden, aber ich bin (im Wesentlichen :-)) sicher, dass durch die Verwendung von k = 1 (kein Lebenslaufzyklus) Gewinne von mehr als 50% erzielt werden, und dies hat den Vorteil eines sehr schnellen Ladevorgangs ( unter 1 Stunde) (z. B. 48 Minuten bei C / 1 von vollständig leer, wenn der CC / CV-Übergang bei 80% Energieniveau auftrat). Die Entladung auf 100% DID ist ebenfalls "nicht hilfreich", und das Festlegen eines Mindest-DOD mit dieser Art von Schema ist ebenfalls nützlich. Einige Dinge wie 20% bis 30% verbleibende Kapazität und 80% maximale Kapazität geben immer noch 50% bis 60% der Gesamtkapazität zurück, hinterlassen bei Bedarf einen Notfallpuffer von 20% bis 30% und sind der einfachen DOD-Steuerung am unteren Ende wahrscheinlich überlegen.

Ein weiterer Aspekt, der eine längere Lebensdauer und eine Erhöhung des gesamten Energiespeichers ermöglicht, ist die Einstellung von Vmax auf weniger als die üblichen 4,3 V / Zelle bei 25 ° C. Veröffentlichte Ergebnisse legen nahe, dass sogar eine Abnahme von 0,05 V (auf 4,15 V) nützliche Gewinne bringt, 4,1 V mehr und 4,0 V sehr viel mehr. Diese verringerten Werte gehen mit einer signifikanten Verringerung der gespeicherten Kapazität pro Zyklus einher.

Auf dieser nützlichen Seite der Battery University werden verschiedene Methoden zur Verlängerung der Lebensdauer von LiIon erläutert.
Tabelle 4 schlägt eine 4-fache Verlängerung der Zykluslebensdauer vor, indem Vmax von 4,2 V auf 4,0 V gesenkt wird, wobei die Energiekapazität pro Zyklus nur um 20% abnimmt - ein Gewinn oder das 3-fache der üblichen Kapazität.

Die folgenden Tabellen wurden von der obigen Seite kopiert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Verwendung einer Mischung aus Vmax-Reduzierung, maximaler DOD-Einschränkung und Minimierung der Stromreduzierung im CV-Modus dürfte zu einem erheblichen Anstieg der gesamten Lebenskapazität führen. Für jede akzeptable Kapazitätsreduzierung könnte eine optimale Mischung festgelegt werden. Klingt nach einer Promotion :-).

Siehe auch:

BU - Lithiumbatterien - warum sie besser sind

BU - LiIon aufladen


Besser noch - benutze LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Russell McMahon
quelle
Vielen Dank für diesen Zusatz. Werden die ersten Zahlen (vor dem Link zu BU) ebenfalls von BU oder aus Ihrer Erfahrung bezogen?
Herr Mystère
@ MisterMystère - Wer kann sagen: -) .... liest noch einmal ... Meistens aus meinem Kopf, ABER Informationen kommen von überall her - und ich spiele seit ungefähr 7 Jahren "ernsthaft" mit Batterien. (Anfangs hauptsächlich NiCd (kurz) und dann in jüngerer Zeit NimH. LiIon und LiFePO4. Ich weiß nicht, ob sie jeden Punkt dort abdecken, aber wo sie es tun, glaube ich nicht, dass wir nicht zustimmen würden. BU ist eine bedeutende Quelle für Input, aber keineswegs die Mehrheitsquelle. Ich finde selten, dass sie Dinge sagen, mit denen ich überhaupt nicht einverstanden bin - wir können gelegentlich Dinge aus verschiedenen Perspektiven sehen. Ich freue mich ...
Russell McMahon
.... ausführlicher diskutieren / (auf eine Art und Weise) rechtfertigen, was ich behaupte, was falsch zu sein scheint. Gelegentlich ist es falsch, aber normalerweise ist es nur eine Zusammenfassung des erhaltenen Wissens oder der passenden Erfahrung, an die ich mich hoffentlich richtig erinnern kann :-).
Russell McMahon
1

Ein Problem bei dieser Art von Analyse ist die Frage, was eine "leere" Batterie ausmacht. Die meisten Verwendungen beinhalten einen maximal zulässigen Kapazitätsverlust, der je nach Verwendung unterschiedlich ist. Elektrofahrzeuge sind im Allgemeinen sehr abhängig von der Reichweite, sodass nur ein sehr geringer Kapazitätsverlust akzeptabel ist. Die Aufbewahrung zu Hause wird auch bei einem großen Kapazitätsverlust weiterhin erhebliche Einsparungen bringen. Aus diesem Grund wird empfohlen, EV-Batterien nach dem Entfernen aus einem Fahrzeug als Aufbewahrungseinheiten für zu Hause wiederzuverwenden.

Erik Blakeley
quelle