Kako održavati litij-ionsku bateriju za bolje performanse?

Upravljanje stanjem punjenja: Izbjegavanje ekstrema za optimalnu duljinu života

Rizici punjenja litij-ionske baterije na 100% i pražnjenja na 0%

Punjenje litij-ionskih baterija do 100% ili potpuno pražnjenje zapravo ubrzava njihovo degradiranje tijekom vremena. Kada ćelije dosegnu maksimalno punjenje, napon postaje toliko visok da počinje razgrađivati elektrolite unutar baterije. Duboko pražnjenje također nije preporučljivo jer stvara veliki napon na anodnim materijalima unutar baterije. Prema istraživanju objavljenom prošle godine od strane Bonnen Batteries, električna vozila koja su održavala svoje punjenje između 85% i 25%, umjesto da išla do maksimuma, pokazala su otprilike 40 posto manji gubitak kapaciteta nakon 1.000 ciklusa punjenja. Ima smisla ako o tome razmišljate na ovaj način: držanje baterija u njihovom komfornom rasponu znatno produljuje njihov vijek trajanja.

Idealni raspon razine punjenja (40%-80%) za svakodnevnu upotrebu

Održavanje litij-ionskih baterija napunjenih između oko 40% i 80% za svakodnevnu uporabu zapravo im daje i dobar učinak i dulji vijek trajanja. Kada baterije ostaju u ovom optimalnom rasponu, iskustvuju manji naponski stres koji pomaže u očuvanju većine njihovog kapaciteta. Prema nekim testovima koje je provedeno poduzeće Large Power na industrijskim baterijskim sustavima, baterije održavane u ovom rasponu mogu zadržati oko 90% svog izvornog kapaciteta čak i nakon 500 ciklusa punjenja. Slične rezultate vidjela je i automobilska industrija. Istraživanja pokazuju da električna vozila koja se uglavnom koriste u rasponu punjenja od 20% do 80% gube samo pola onoliko kapaciteta tijekom tri godine u usporedbi s onima koja se potiskuju do ekstrema. To ima smisla kada razmislimo o tome kako baterijska kemija djeluje pod različitim uvjetima punjenja.

Djelomično punjenje nasuprot punom punjenju za zdravlje baterije: Zašto česta dopuna pomaže

Često punjenje telefona, ali samo djelomično, recimo od oko 30% do 70%, zapravo manje šteti zdravlju baterije u usporedbi s dopuštanjem da se potpuno isprazne na 0% prije nego što ih ponovno napunite do vrha. Kada govorimo o djelomičnom punjenju, događa se da dolazi do manjeg nakupljanja litij-ionskih iona na negativnu elektrodu baterije, što je jedan od glavnih razloga zbog kojih se baterije vremenom degradiraju. Osobe koje dopunjuju bateriju svog telefona 2 ili 3 puta tijekom dana obično iskoriste svoje baterije otprilike 25% dulje u odnosu na one koji čeku dok im telefon potpuno ne umre prije nego što ga utkaju. Velika tvrtka proizvođačica telefona provedela je istraživanje još 2022. godine i dosljedno je pronašla ovaj uzorak na različitim modelima i scenarijima korištenja.

Studija slučaja: Korisnici pametnih telefona s navikom punjenja od 20%-80% pokazuju 30% dulji vijek trajanja ciklusa

Istraživanje trajanja od 12 mjeseci pratilo je 1.200 korisnika pametnih telefona koji su održavali SOC raspon između 20% i 80%. Uređaji s prilagodljivim sustavima punjenja zadržali su 92% izvornog kapaciteta u usporedbi s 72% kod korisnika punog ciklusa, što pokazuje da prednosti površinskog pražnjenja vrijede za sve primjene litij-ionskih baterija.

Trend: proizvođači opreme omogućuju 'prilagodljivo punjenje' kako bi ograničili prekomjerno punjenje tijekom noći

Glavni proizvođači sada integriraju algoritme punjenja vođene umjetnom inteligencijom koji uče obrasce korištenja. Ovi sustavi odgađaju dovršetak punjenja tijekom noći kako bi smanjili vrijeme provedeno na 100% SOC-a. Auto flote koje koriste prilagodljivo punjenje prijavljuju 18% sporiji godišnji gubitak kapaciteta u usporedbi sa standardnim protokolima punjenja.

Navike punjenja: kompromisi između brzog i standardnog punjenja

Utjecaj brzine punjenja na vijek trajanja baterije: toplina i opterećenje uzrokovano brzim punjenjem

Udobnost brzog punjenja dolazi uz skrivene troškove za zdravlje litij-ionskih baterija. Punjenje visokom snagom proizvodi 40% više topline u odnosu na standardne metode, ubrzavajući degradaciju elektroda i razgradnju elektrolita. Ovaj termički stres može trajno smanjiti kapacitet punjenja do 12% tijekom 300 ciklusa kod pametnih telefona i električnih vozila.

Ispravni načini punjenja litij-ionskih baterija: kada koristiti sporo i kada brzo punjenje

Dajte prednost sporom punjenju (stopa £1C) za svakodnevnu upotrebu, a brzo punjenje (>2C) koristite samo u izvanrednim situacijama. Na primjer:

Podatak: Električna vozila koja redovito koriste brzo punjenje DC pokazuju 15% brže smanjenje kapaciteta

Troogodišnja studija 12.000 električnih vozila otkrila je da se baterije pune putem DC stanica 3 puta/tjedan degradiraju 15% brže u odnosu na one koje koriste Level 2 punjače. To se slaže s laboratorijskim podacima koji pokazuju 20% više litijevog taloženja pri 40°C tijekom brzog punjenja.

Strategija: Brzo punjenje rezervirajte za hitne slučajeve, svakodnevno koristite standardno punjenje

Primijenite pravilo 80/20: ograničite brzo punjenje na 20% ukupnih sesija punjenja. Korisnici pametnih telefona koji slijede ovaj pristup zadržali su 95% izvornog kapaciteta nakon 2 godine u usporedbi s 82% kod onih koji stalno brzo pune. Omogućite funkcije prilagodljivog punjenja koje smanjuju snagu dostave iznad 80% napunjenosti.

Upravljanje temperaturom: Zaštita litij-ionskih baterija od toplinskog opterećenja

Utjecaj temperature na starenje litij-ionskih baterija: Idealna granica od 25°C

Litij-ionske baterije postižu optimalne performanse i dulji vijek trajanja kada rade na temperaturi od približno 25°C (77°F). Odstupanja od ove temperature ubrzavaju starenje — svaki porast od 15°C iznad 25°C može prepoloviti broj ciklusa zbog ubrzanog raspada elektrolita. Savremeni sustavi upravljanja baterijama (BMS) aktivno reguliraju temperaturu putem termistora i rashladnih krugova.

Rizici visoke temperature: Ubrzana degradacija elektrolita iznad 35°C

Dugotrajno izlaganje temperaturama iznad 35°C uzrokuje trajna oštećenja:

• Isparanje elektrolita povećava unutarnji otpor za 40-60%
• Rast SEI sloja troši aktivne litij-ione (0,5–1,2% po ciklusu pri 40°C)
• Korozija aluminijastih strujnih kolektora ubrzava gubitak kapaciteta

Učinci niske temperature: Taloženje litija ispod 0°C tijekom punjenja

Napunjava litijumskih baterija ispod 0 °C uzrokuje metalno litijumsko odlaganje na grafitnim anodama, smanjujući kapacitet za 5-20% po incidentu. Ova obloga stvara dendrite koji rizikuju unutarnje kratke struje. Proizvođači električnih vozila sada zahtijevaju da se baterija unaprijed uvede na 15 °C prije brzog punjenja DC-a u uslovima smrzavanja.

U skladu s člankom 3. stavkom 2.

• U slučaju da je primjena sustava za hlađenje u skladu s člankom 6. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, primjenjuje se sljedeći postupak:
• Izolirajte vanjske baterije uz održavanje 2-3" zračnih rupa za ventilaciju
• Izbjegavajte izlaganje izravnom sunčevom svjetlu, površinske temperature mogu biti veće od 60°C
• Razlike u temperaturi ćelije za praćenje održavaju promjene ispod 5 °C

Dubina pražnjenja i životni ciklus: Optimizacija obrazaca uporabe

Životni vijek litijeve baterije ovisi u velikoj mjeri o upravljanju dubina otpuštanja (DOD) procenat ukupnog kapaciteta korištenog po ciklusu. Nedavne studije potvrđuju da običaji plitkog pražnjenja mogu više nego udvostručiti korisni život baterije u usporedbi s dubokim biciklističkim vožnjom.

Dubina pražnjenja i njegov utjecaj na životni ciklus: Plitki ciklusi produžavaju životni vijek

Svaki pun pražnjenje napeti litij baterije elektrode i elektrolita. Istraživanje izvješća o starenju baterija iz 2024. prikazuje:

Česti pražnjenje smanjuje rast kristalita u anodi, čuvajući litijum-jonsku mobilnost. U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EU) br. 528/2012 Europskog parlamenta i Vijeća od 25. travnja 2012. o utvrđivanju standarda za proizvodnju električne energije za električnu energiju (SL L 347, 20.12.2013., str.

U slučaju da se ne primjenjuje, ispitni postupak može se provesti u skladu s člankom 6. stavkom 2.

20% DoD navika produžava životnost litijeve baterije značajno u usporedbi čak i umjereni 80% pražnjenja. Testiranje od strane analitičara industrije otkriva:

• 80% DoD = ~ 800 ciklusa prije 80% kapaciteta
• 20% DoD = ~3200 ciklusa na 90% kapaciteta

Ova razlika u vijeku ciklusa od 4x proizlazi iz smanjenog mehaničkog naprezanja tijekom plitkih pražnjenja.

Strategija: Korištenje uređaja na baterije prije potpunog pražnjenja kako bi se smanjilo naprezanje

Preuzmite ove navike kako biste optimizirali dubinu pražnjenja (DoD):

1. Punite uređaje kada im je preostali kapacitet 30-40%
2. Izbjegavajte pražnjenje zbog anksioznosti oko baterije ispod 10%
3. Koristite tajmere ili pametne utičnice kako biste spriječili prekomjerno punjenje tijekom noći

Proizvođači sada preporučuju punjenje u srednjem dijelu ciklusa, a vodeći sustavi upravljanja baterijama automatski ograničavaju punjenje/pražnjenje na granicama od 20-80%.

Dugoročno skladištenje i održavanje: Očuvanje zdravlja litij-ionskih baterija

Uvjeti skladištenja baterija: Idealno na 40-60% naboja i na hladnim temperaturama

Kako bi se spriječilo da litij-ionske baterije s vremenom gube sposobnost zadržavanja naboja, potrebne su im specifične uvjete skladištenja. Većina stručnjaka u industriji preporučuje da se održe na naboju od oko 40 do 60 posto kada se ne koriste te da se čuvaju na mjestu gdje temperatura ostaje između približno 15 stupnjeva Celzijevih i 25 stupnjeva Celzijevih (što je otprilike 59 do 77 stupnjeva Farenhejt). Kada temperature prijeđu preko 35 stupnjeva Celzijevih, unutarnje komponente ovih baterija počinju brže degradirati. Neki istraživački rezultati pokazuju da ako je temperatura za 10 stupnjeva viša od idealne, vijek trajanja baterije može biti skraćen na pola. Važna je i razina vlage; sve iznad 60% relativne vlažnosti može dovesti do problema s korozijom. Ako netko planira skladištiti baterije tijekom više sezona, svakih par mjeseci provjeriti napon kako bi se osiguralo da stanice ne izgube ravnotežu.

Izbjegavanje dubokog pražnjenja i mirovanja tijekom dugotrajnog skladištenja

Kada litij-ionske baterije dugo stoje s manje od 20% naboja, suočavaju se s ozbiljnim problemima poput stvaranja sulfata koji trajno može smanjiti njihov kapacitet. Ove baterije prirodno gube energiju tijekom vremena, otprilike 1 do 5 posto svakog mjeseca dok miruju, te na kraju mogu potpuno izgubiti naboj. Preporučljiva praksa za dugoročno skladištenje je dopuna do otprilike pola naboja svaka tri mjeseca kada se ne koriste. Pogled na to što se događa u avio-industriji pokazuje zašto je ovo toliko važno. Baterije zrakoplova koje su ostavljene na nula posto tijekom šest mjeseci obično trajno izgube oko 18% svog ukupnog kapaciteta, dok one koje se čuvaju na otprilike 50% izgube samo oko 4%. To čini razliku između godina upotrebe baterije ili njezine zamjene znatno ranije nego što se očekivalo.

Praćenje stanja baterije promatranjem vremena rada i alatima za softver

Pratite promjene u performansama pomoću dvije metode:

1. Usporedba vremena rada : Obratite pozornost na smanjenje vremena korištenja između punjenja
2. Dijagnostički alati : Upotrijebite mjerače impedancije ili programska rješenja proizvođača za mjerenje unutarnjeg otpora

Analiza solarnih sustava za pohranu iz 2023. godine pokazala je da korisnici koji su pratili metrike stanja sačuvali su 92% kapaciteta nakon 1.000 ciklusa, nasuprot 78% u sustavima bez praćenja.

Trend: Pametni BMS koji integrira umjetnu inteligenciju za predviđanje preostalog vijeka trajanja

Sustavi za upravljanje baterijama danas počinju koristiti algoritme strojnog učenja kako bi pratili kako se baterije degradiraju tijekom vremena. Noviji sustavi uzimaju u obzir stvari poput promjena napona, fluktuacija temperature i prethodnih ciklusa punjenja pri predviđanju trajanja baterije. Neki testovi pokazuju da ovi pametni sustavi mogu predvidjeti vijek trajanja s točnošću od oko 89 posto, što je otprilike 35 posto bolje u odnosu na stare metode koje su uzimale u obzir samo razine napona. Ova vrsta prediktivne sposobnosti znači da tehničari mogu popraviti probleme prije nego što postanu ozbiljni. U praksi, pokazalo se da ovaj pristup može produljiti vijek trajanja baterija od 20 do 30 posto, kako u električnim automobilima, tako i u velikim rješenjima za pohranu energije za električne mreže.