Насколько глубоко мы должны разряжать литиевые батареи, чтобы продлить срок их службы?

Недавно я опубликовал ответ, в котором упоминаются очень классические «литиевые батареи, такие как частичные разряды, поэтому спроектируйте свою систему для ограниченной глубины разряда». Но потом я подумал: при частичных разрядах число циклов зарядки / разрядки также увеличивается для той же самой доставляемой энергии, поэтому выигрыш в сроке службы доступных циклов будет уменьшаться. Например, батарея мобильного телефона, разряженная на 50% утром, перезаряженная, разряженная на 50% днем ​​и перезаряженная в течение ночи, требует в два раза больше циклов, чем сотовый телефон, разряженный на 100% и перезаряжаемый раз в день, чтобы длиться так долго. Я подумал, что было бы интересно разобраться в этом.

Я пошел дальше и, как обычно, я представляю свои выводы для одобрения любого пользователя SE и приветствую всех, кто может добавить к нему.

Я должен отметить, что это касается только регулярно используемых батарей, а не тех, которые сидят на полке в течение периодов, превышающих несколько дней. Несмотря на это, они имеют тенденцию стареть независимо от циклов, но у меня нет данных об этом - возможно, эксперты могли бы пролить свет на это.

Мой быстрый взгляд на это:

Срок службы литиевых батарей уменьшается с глубиной разряда и выглядит следующим образом (эта кривая для свинцово-кислотных батарей, но для лития указана следующая аналогичная кривая):

( источник )

Результаты с этим конкретным примером:

Вывод, он по-прежнему считает, что глубина разряда должна быть максимально сведена к минимуму.

Я согласен, что вы получаете увеличение всей жизненной емкости с уменьшением DOD - по памяти цифры, которые я видел, указывают на больший выигрыш с уменьшением DOD в диапазоне, скажем, 10% -80% DOD - но я не буду гарантировать свои воспоминания чтобы быть правильным.

Однако есть несколько других факторов, которые могут быть более важными и / или полезными.
Если вы в состоянии терпеть разряды с уменьшенной емкостью и / или многократные перезарядки в день, лучшие результаты можно получить, ограничив верхний предел зарядки.
Ячейки LiIon обычно заряжаются в режиме CC / CV с CC обычно со скоростью C / 1 и с Vmax (обычно 4,2 В / элемент), достигаемым на уровне 70-80% от общей емкости, с балансом, вводимым в режиме CV при уменьшении тока (устанавливается химическим составом батареи). Завершение зарядки происходит при некотором выбранном Imax xk с (0,05 <= k <1)
K = 1 соответствует прекращению зарядки при переходе CC / CV. Хорошо известно, что меньшие значения k дают несколько увеличенные общие энергетические мощности, но непропорционально уменьшают жизненный цикл. k довольно часто устанавливается на 0,25 или даже 0,5, агрессивная зарядка может устанавливать k на 0,1 или даже 0,05.
Ваши кривые показывают, что даже при обычно недопустимо низком DOD, равном 10% общей энергии жизни, запасается менее чем на 50% больше, чем при 100% DOD. В настоящее время у меня нет времени, чтобы найти ссылки, но я (по сути :-)) уверен, что прирост k более 1% достигается при использовании k = 1 (без цикла CV), и это дает бонус очень быстрой зарядки ( менее 1 часа) (например, 48 минут при C / 1 из полностью пустого, если переход CC / CV произошел при уровне энергии 80%). Сброс до 100% DID также «не полезен», и установка минимального DOD с такой схемой также полезна. Такие вещи, как оставшаяся емкость от 20% до 30% и максимальная емкость 80%, по-прежнему возвращают от 50% до 60% общей емкости, оставляя аварийный буфер от 20% до 30%, когда это необходимо, и могут превзойти простое нижнее управление DOD.

Другим аспектом, обеспечивающим увеличение срока службы цикла и общее увеличение накопления жизненной энергии, является установка Vmax ниже, чем обычное значение 4,3 В / элемент при 25 ° C. Опубликованные результаты показывают, что даже снижение на 0,05 В (до 4,15 В) дает полезный прирост, на 4,1 В больше и на 4,0 В значительно больше. Эти пониженные уровни сопровождаются значительным снижением накопленной емкости за цикл.

На этой полезной странице Battery University обсуждаются различные способы продления жизни LiIon.
В таблице 4 показано увеличение срока службы в 4 раза за счет снижения Vmax до 4,0 В с 4,2 В при снижении энергетической емкости за цикл только на 20% - прирост или в 3 раза больше обычной мощности.

Таблицы ниже скопированы со страницы выше.

Использование некоторого сочетания снижения Vmax, максимального ограничения DOD и минимизации снижения тока в режиме CV, вероятно, приведет к очень значительному увеличению ресурса в целом. Для любого данного приемлемого снижения производительности может быть установлено некоторое оптимальное сочетание. Похоже, доктор философии :-).

Также см:

БУ - литиевые батареи - почему они лучше

БУ - Зарядка LiIon

Еще лучше - используйте LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Одной из проблем такого рода анализа является вопрос о том, что представляет собой «мертвую» батарею. Большинство применений будет включать максимально допустимые потери в емкости, которые различаются в зависимости от использования. Как правило, электромобили очень сильно зависят от дальности, поэтому допустимая потеря мощности очень мала. Хранение в домашних условиях будет по-прежнему обеспечивать значительную экономию, даже если происходит большая потеря емкости, и именно поэтому предлагается, чтобы аккумуляторы EV могли повторно использоваться в качестве единиц домашнего хранения после их снятия с транспортного средства.