Kui kaua liitium{0}}ioonakud kestavad? Täielik aku eluea ja hoolduse juhend

Et mõista, kui kaua liitium{0}}ioonaku tegelikult vastu peab, on oluline vahet tehatsükli eluigajakalendrielu.

 

Mis on laadimistsükkel?

Üks laadimistsükkel tähistab 100% aku olemasoleva võimsuse kumulatiivset kasutamist. See ei pea juhtuma korraga.

Näiteks:

• Kasutate täna 50% akust ja laadite selle uuesti.
• Kasutate homme veel 50% ja laadite uuesti.
• Üheskoos võrdub need kaks osalist tühjenemist ühe täistsükliga.

 

See eristamine on oluline, kuna osaline tsükliga sõitmine on üldiselt vähem stressi tekitav kui aku korduv laadimine ja tühjendamine kogu selle võimsusvahemikus.

 

Aku kasutamine mõõduka --laadimisakna olekuga-, näiteks 30% kuni 80%-, võib märkimisväärselt vähendada elektrokeemilist pinget ja suurendada aku poolt edastatavate tsüklite koguarvu.

Kõik laetavad liitiumakud ei ole mõeldud samaks otstarbeks.

 

Aku tsükli eluiga, energiatihedus, termiline stabiilsus ja vananemiskäitumine sõltuvad suuresti selle katoodkeemiast.

 

Aku keemia	Tüüpiline tsükli eluiga kuni 80% võimsusest	Kalendri eeldatav eluiga	Levinud rakendused
Liitiumraudfosfaat - LFP / LiFePO4	3000–5,000+ tsüklit	10–15+ aastat	Päikesepatareid, haagissuvilad, võrguvälised{0}süsteemid, mererakendused
Nikkel-mangaankoobalt - NMC	1000–2000 tsüklit	5-8 aastat	Elektrisõidukid, elektrilised tööriistad,{0}}kõrge energiatarbega akusüsteemid
Liitiumkoobaltoksiid - LCO	500-1000 tsüklit	3-5 aastat	Nutitelefonid, sülearvutid, tahvelarvutid, kantavad seadmed

 

Need arvud on pigem tüüpilised valdkonna vahemikud kui garanteeritud kasutusea{0}}väärtused. Tegelik jõudlus sõltub elemendi konstruktsioonist, tühjenemise sügavusest, laadimiskiirusest, temperatuurist, pinge piirangutest ja aku haldusstrateegiast.

Miks LFP akud tavaliselt kauem kestavad?

Liitiumraudfosfaadi keemiat kasutatakse laialdaselt statsionaarses energiasalvestuses, kuna see pakub:

• Suurepärane termiline stabiilsus
• Tugev vastupidavus lagunemisele
• Pikk tsükli eluiga
• Kõrged ohutusvarud
• Usaldusväärne jõudlus sagedase jalgrattasõidu korral

 

NMC akud pakuvad üldiselt suuremat energiatihedust, muutes need atraktiivseks elektrisõidukite ja kaasaskantavate seadmete jaoks, kus kaal ja ruum on olulised. Pika tööea saavutamiseks vajavad need aga sageli rangemat soojus- ja pingejuhtimist.

 

Blumoti Battery spetsialiseerub kõrgele{0}}kvaliteedileLFP ja suure{0}}jõudlusega NMC akusüsteemidpakkudes kohandatud lahendusi, mis tasakaalustavad energiatihedust, tsükli eluiga, termilist stabiilsust ja rakendusespetsiifilist{0}}jõudlust.

Andmeallikad ja tööstuse võrdlusalused

Selles juhendis käsitletud toimivusvahemikud põhinevad{0}}pikaajaliste lagunemisuuringute ja tööstuse testimise tavadel, sealhulgas:

• USA riikliku taastuvenergia labori avaldatud LFP ja NMC lagunemise andmekogumid
• Eelretsenseeritud uuringud-Toiteallikate ajakiri
• Elektrokeemiliste ja inseneriorganisatsioonide avaldatud akude vananemise uuringud
• Katsepõhimõtted on kooskõlas IEC 62619 tööstuslike liitiumakusüsteemide nõuetega

 

Tsükli{0}}eluea tulemused võivad olenevalt katsetingimustest oluliselt erineda. Tüüpiline võrdlusalus võib kasutada a0,5C laadimis-tühjenemiskiirus, 25-kraadine ümbritseva õhu temperatuur ja 80% tühjenemise sügavus.

 

Aku spetsifikatsioonide võrdlemisel kontrollige alati avaldatud tsükli-eluea numbri taga olevaid tingimusi.

Aku vananemist põhjustavad mitmed vastastikku mõjuvad keemilised ja mehaanilised protsessid.

Nende mehhanismide mõistmine aitab selgitada, miks mõned tööharjumused lühendavad aku kasutusaega palju kiiremini kui teised.

 

SEI kihi kasv

Grafiit{0}}põhiste liitium-ioonakude üks olulisemaid lagunemismehhanisme ontahke elektrolüüdi interfaas, mida tavaliselt tuntakse SEI-kihina.

 

SEI kiht moodustub grafiitanoodi pinnale ja mängib olulist rolli aku normaalses töös. Kuid see kasvab aja jooksul ja rattasõidu ajal järk-järgult.

 

Kui kiht pakseneb, kulutab see aktiivseid liitiumioone. Need ioonid ei saa enam tavapärases laadimis- ja tühjendusprotsessis osaleda, mille tulemuseks on kasutatava võimsuse järkjärguline kaotus.

 

Ajakirjas Journal of The Electrochemical Society ja teistes eelretsenseeritavates väljaannetes avaldatud uurimused näitavad, et SEI kasv ja aktiivse liitiumi kadu on pikaajalise võimsuse vähenemise peamised tegurid.

Kõrgepinge ja sügavlahendus

Liitium{0}}ioonakude puhul on eriti stressirohke kaks tööäärmust:

• Pidevalt 100% laetuna või selle lähedal
• Sageli tühjenemine 0% -ni või alumisele pingepiirile

 

Kõrge laengu tase suurendab raku sees olevat keemilist potentsiaali ja võib kiirendada kõrvalreaktsioone. Sügav tühjenemine suurendab elektroodimaterjalide pinget ja võib lükata raku ebaturvaliste pingetasemete poole.

 

Aeg-ajalt täislaadimine pole tavaliselt probleem. Suurem mure on aku pikaks ajaks täislaetud jätmine, eriti soojas keskkonnas.

Kuumus ja äärmuslikud temperatuurid

Temperatuur on aku vananemise üks tugevamaid ennustajaid.

 

Kõrge temperatuur kiirendab soovimatuid keemilisi reaktsioone, elektrolüütide lagunemist ja SEI kasvu. Korduv kokkupuude temperatuuridega üle ligikaudu35 kraadi või 95 kraadi F, võib aku tööiga oluliselt lühendada.

 

Külmad temperatuurid tekitavad teistsuguse väljakutse.

 

Liitium{0}}ioonaku laadimine allpool0 kraadi või 32 kraadi F, võib suurendada liitiumplaadistamise ohtu. Madalatel temperatuuridel ei pruugi liitiumioonid grafiidianoodile piisavalt kiiresti siseneda. Selle asemel võib anoodi pinnale ladestuda metalliline liitium.

 

Liitiumplaat võib põhjustada:

• Püsiv võimsuse kaotus
• Suurenenud sisemine takistus
• Vähendatud võimsuse jõudlus
• Sisemine lühise{0}}risk
• Võimalik eraldaja kahjustus

 

Sel põhjusel kasutavad hästi{0}}konstrueeritud akusüsteemid temperatuuriandureid ja BMS-i juhtnuppe, et piirata laadimist, kui elemendid on liiga külmad.

Kõrge C-määr ja agressiivne kiirlaadimine

C-määr kirjeldab, kui kiiresti aku laaditakse või tühjeneb selle nimimahtuvuse suhtes.

 

Näiteks 100 Ah aku laadimine 100 A juures on ligikaudu 1C laadimiskiirus.

 

Tugeva-voolu laadimine ja tühjendamine tekitavad rohkem soojust ning suurendavad elemendi sees mehaanilist ja elektrokeemilist pinget. Väga kõrgete C-määrade sagedane kasutamine võib kiirendada elektroodide lagunemist ja suurendada sisemist takistust.

 

Kiirlaadimine ei ole automaatselt kahjulik. Mõju sõltub:

• Raku keemia
• Raku temperatuur
• Laadimisseisund
• Aku disain
• Jahutusjõudlus
• Laadimisprofiil
• Tootja{0}}määratletud piirangud

 

Õigesti konstrueeritud kiirlaadimissüsteem{0}} suudab neid riske maandada. Korduv agressiivne laadimine kuumas või külmas tingimustes kiirendab aga palju tõenäolisemalt lagunemist.

 

Aku eluiga määrab osaliselt keemia ja osaliselt aku kasutusviis.

Järgmised tavad võivad aidata vähendada halvenemist ja parandada pikaajalist{0}}toimivust.

Järgige 80/20 laadimispõhimõtet

Rutiinsel kasutamisel proovige hoida akut umbes20% ja 80% laetuse tase.

See tähendab:

• Vältige aku korduvat töötamist alla 20%.
• Vältige selle jätmist 100% pikaks ajaks.
• Laadige 100%, kui lisaulatust või tööaega on tõesti vaja.

 

Töötamine kitsama--laadimisakna jooksul vähendab nii kõrget-pinget kui ka sügavat-tühjenemist.

 

Battery University ja muude tööstusharu allikate kogutud andmed akude vananemise kohta näitavad, et laadimispinge ja tühjenemissügavuse vähendamine võib tsükli eluiga oluliselt pikendada. Teatud katsetingimustes võib osaline tsükkel anda kaks kuni kolm korda rohkem tsükleid kui korduv täis{1}}tsükkel.

 

Täpne paranemine sõltub aku keemiast ja süsteemi ülesehitusest, kuid põhimõte on järjepidev:madalamad tsüklid on üldiselt aku jaoks lihtsamad.

Hoidke akusid mõõduka laenguga

Kui hoiate liitium{0}}ioonakut mitu kuud, ärge jätke seda täiesti täis või tühjaks.

Laetud salvestusseisund vahel30% ja 50%on üldiselt sobiv paljude liitiumioonide{0}}süsteemide jaoks.

 

Pikaajaliseks{0}}salvestuseks:

• Hoidke akut kuivas,{0}}hästi ventileeritavas kohas.
• Eesmärk on temperatuur vahemikus15 kraadi ja 25 kraadi, või59 kraadi F ja 77 kraadi F.
• Hoidke akut eemal otsesest päikesevalgusest ja soojusallikatest.
• Kontrollige laetuse olekut iga kolme kuni kuue kuu järel.
• Vajadusel laadige, et vältida liigset isetühjenemist{0}}.

 

Järgige alati akutootja hoiustamisjuhiseid, eriti suurte akude ja energiasalvestussüsteemide puhul.

Kasutage kvaliteetset{0}}akuhaldussüsteemi

Usaldusväärne akuhaldussüsteem on liitium{0}}ioonakude kaitsmiseks hädavajalik.

Õigesti kavandatud BMS suudab jälgida ja juhtida:

• Elementide pinge
• Pakkige vool
• Aku temperatuur
• Ülelaadimise tingimused
• Üle-tühjendamise tingimused
• Lühised
• Rakkude tasakaalustamatus
• Laadimisseisund
• Tervislik seisund

 

Elementide tasakaalustamine on eriti oluline mitme{0}}elemendiga akude puhul. Isegi väikesed erinevused rakkude vahel võivad aja jooksul muutuda selgemaks, vähendades kasutatavat võimsust ja suurendades nõrgemate rakkude stressi.

 

Blumoti akusüsteemid sisaldavad intelligentset BMS-tehnoloogiat, mis on loodud rakkude tasakaalustamiseks,{0}}reaalajas jälgimiseks ja ebatavaliste töötingimuste eest kaitsmiseks.