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.
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Antworten:
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):
( 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.
Die Ergebnisse mit diesem speziellen Beispiel:
Fazit: Nach wie vor sollte die Entladungstiefe so gering wie möglich gehalten werden.
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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.
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 :-)
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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.
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