Литий батареясын жақсырақ жұмыс істеу үшін қалай ұстау керек?

Заряд күйін басқару: Ұзақ уақыт пайдалану үшін шеткі мәндерден аулақ болу

Литий батареясын 100%-ға дейін зарядтау мен 0%-ға дейін разрядтаудың қаупі

Литий батареяларды 100%-ға дейін толық зарядтау немесе оларды мүлдем разрядтау уақыт өте келе олардың тозуын жылдамдатады. Ұяшықтар максималды зарядқа жеткенде, кернеу ішіндегі электролиттерді ыдырататын деңгейге дейін өседі. Терең разрядтау да батареяның анодтық материалдарына қатты кернеу түсіруімен байланысты болғандықтан пайдалы емес. Боннен Баттерис компаниясы шығарған бір жыл бұрынғы зерттеуге сәйкес, 1000 зарядтау циклынан кейін 85% пен 25% арасында зарядын ұстап тұрған электромобильдерге қарағанда толық зарядталған электромобильдерде сыйымдылықты жоғалту 40% кем болды. Осылай ойланғанда түсінікті: батареяларды олардың ыңғайлы аймағында ұстау өмір сүру мерзімін әлдеқайда ұзартады.

Күнделікті қолдану үшін идеалды заряд деңгейі диапазоны (40%-80%)

Литий батареяларды күнделікті пайдалану үшін шамамен 40% және 80% аралығында зарядталған күйде ұстау оларға жақсы өнімділік пен ұзақ қызмет ету өмірін қамтамасыз етеді. Батареялар осы оптимальды аралықта болған кезде, олар кернеу қысымынан аз қатты әсер алады, бұл сыйымдылықтарының көп бөлігін сақтауға көмектеседі. Large Power компаниясының өнеркәсіптік батарея жүйелері бойынша жүргізген кейбір зерттеулеріне сәйкес, осы ауқымда ұсталған батареялар 500 зарядтау циклінен кейін түпнұсқа сыйымдылықтарының шамамен 90%-ын сақтай алады. Автокөлік саласы да ұқсас нәтижелерге ие болды. Зерттеулер электр көліктерін негізінен 20% мен 80% арасында зарядтау режимінде пайдаланса, үш жыл ішінде батарея денсаулығының экстремалды режиммен салыстырғанда тек жартысы ғана төмендейтінін көрсетеді. Бұл әртүрлі зарядтау жағдайларында батарея химиясы қалай жұмыс істейтінін ескерсек, түсінікті болады.

Батарея денсаулығы үшін бөлшектеп зарядтау мен толық зарядтаудың салыстырмасы: Неліктен жиі зарядтау пайдалы

Телефондарды толық емес, мысалы шамамен 30%-дан 70%-ке дейін зарядтау, оларды толығымен 0%-ге дейін түсіріп, содан кейін толық зарядтаумен салыстырғанда батареяның денсаулығына аз әсер етеді. Бөлшектеп зарядтау туралы айтқанда, батареяның теріс электродында литий иондарының жиналуы аз болады, ал бұл уақыт өте келе батареялардың нашарлауының негізгі себептерінің бірі. Телефонын күніне 2 немесе 3 рет толтыратын адамдар толығымен разрядталғаннан кейін ғана зарядтайтын адамдарға қарағанда батареясының қызмет ету мерзімін шамамен 25% артық пайдаланады. Үлкен телефон компаниясы 2022 жылы әртүрлі модельдер мен пайдалану сценарийлерінде бұл заңдылықтың тұрақты екенін зерттеп тапты.

Зерттеу: 20%-80% зарядтау тәжірибесі бар смартфон пайдаланушыларының циклдық қызмет ету мерзімі 30% ұзақ

12 ай бойы 1 200 смартфон пайдаланушысының SOC диапазонын 20%-80% аралығында ұстауы байқалды. Толық циклды зарядтау пайдаланушыларына қарағанда, бейімделуші зарядтау жүйесі бар құрылғылар бастапқы сыйымдылықтың 92%-ын сақтап, 72%-ға қарсы ұстады, бұл литий-ионды аккумуляторлардың барлық қолданылуында терең емес разрядтың пайдасын көрсетеді.

Тренд: Түнде тым көп зарядталуды шектеу үшін OEM-дердің 'бейімделуші зарядтау' мүмкіндігін қосуы

Негізгі өндірушілер қазір қолдану үлгілерін оқитын жасанды интеллект негізіндегі зарядтау алгоритмдерін енгізуде. Бұл жүйелер түнде зарядтаудың аяқталуын кешіктіреді, 100% SOC деңгейінде өткізілетін уақытты азайту үшін. Бейімделуші зарядтауды қолданатын автомобиль парктері стандартты зарядтау протоколдарына қарағанда жылына 18% баяу сыйымдылық ыдырауын байқатады.

Зарядтау тәжірибелері: Тез зарядтау мен қалыпты зарядтаудың артықшылықтары мен кемшіліктері

Батарея ұзақтығына зарядтау жылдамдығының әсері: Тез зарядтаудың жылуы мен аккумуляторға түсіретін кернеуі

Жылдам толтырудың ыңғайлылығы литий батареяның саулығына көз жетпейтін әсерлерін тигізеді. Жоғары қуатты толтыру стандартты әдістерге қарағанда 40% артық жылу бөліп шығарады, бұл электродтардың бүлінуін және электролиттің ыдырауын тездетеді. Бұл жылулық кернеу смартфондар мен электромашиналарда 300 циклдан кейін толық зарядтау сыйымдылығын тұрақты түрде 12%-ға дейін азайтуы мүмкін.

Литий батареялар үшін дұрыс толтыру әдістері: Жай толтыруды пайдалану уақыты мен жылдам толтырудың орны

Күнделікті пайдалану үшін жай толтыруды (£1C жылдамдық) басымдық ретінде қолданыңыз, ал жылдам толтыруды (>2C) авариялық жағдайларда сақтап қойыңыз. Мысалы:

Мәлімет: Тұрақты түрде DC тез зарядтау қолданатын ЭҚ-лердің сыйымдылығы тезірек 15% төмендейді

12 000 ЭҚ-нің үш жылдық зерттеуі DC тез зарядтау станциялары арқылы аптасына 3 рет зарядталатын батареялар Level 2 зарядтағыштарды қолданатындарға қарағанда 15% тезірек бүлінгенін көрсетті. Бұл 40°C температурада тез зарядтау кезінде литий пластиналарының 20% артық болуын көрсететін зертханалық деректерге сәйкес келеді.

Тактика: Тез зарядтауды авариялық жағдайлар үшін сақтап қойыңыз, күнделікті пайдалану үшін стандартты зарядтауды қолданыңыз

80/20 ережесін енгізіңіз: тез зарядтауды жалпы зарядтау сессияларының 20% шегінде шектеңіз. Осы тәсілді қолданатын смартфон қолданушылары тәулігіне бір рет тез зарядтайтындарға қарағанда 2 жылдан кейін бастапқы сыйымдылықтың 95%-ын сақтап алды. Зарядтың 80%-ынан жоғары қуат беруді баяулататын ыңғайластырушы зарядтау функцияларын іске қосыңыз.

Температураны басқару: Литий батареяларын жылулық кернеуден қорғау

Литий-ионды батареялардың қартайуына температураның әсері: 25°C – идеалды порог

Литий батареялары 25°C (77°F) маңында жұмыс істегенде ең жақсы өнімділік пен ұзақ қызмет ету қамтамасыз етіледі. Бұл температурадан ауытқулар әрбір 25°C-тан жоғары 15°C-қа температураның көтерілуі циклдық қызмет ету мерзімін электролиттің тез ыдырауына байланысты екі есе қысқартуы мүмкін. Қазіргі заманғы аккумуляторларды басқару жүйелері (BMS) термисторлар мен салқындату контурлары арқылы температураны белсенді түрде теңестіреді.

Жоғары температураның қаупі: 35°C-тан жоғары электролиттің тез ыдырауы

35°C-тан жоғары температурада ұзақ уақыт болу әлуетті зақымдануға әкеледі:

• Электролиттің булануы ішкі кедергіні 40-60% арттырады
• SEI қабатының өсуі белсенді литий иондарын тұтынады (40°C-та цикл сайын 0,5-1,2%)
• Алюминийден жасалған ток өткізгіштің коррозиясы сыйымдылықтың тез құрғауына әкеледі

Төменгі температураның әсері: Зарядтау кезінде 0°C-тан төменгі температурада литийдің пластиналануы

0°C төмен литий батареяларды зарядтау графит анодтарда металдық литийдің жиналуына әкеледі, бұл әрбір жағдайда сыйымдылықты 5-20% азайтады. Бұл қапталу ішкі қысқа тұйықталу қаупін туғызатын дендриттерді пайда етеді. Электромобиль өндірушілері мұздату жағдайларында тез DC зарядтаудың алдында батареяны 15°C дейін алдын-ала қыздыруды талап етеді.

Литий батареяларды қауіпсіз жылу диапазонында сақтау және пайдалану бойынша ең жақсы тәжірибе

• >5 кВт қолданбалар үшін сұйық салқындату сияқты белсенді салқындату шешімдерін қолданыңыз
• Сыртқы батареяларды желдету үшін 2-3 дюйм ауа саңылауын сақтай отырып, жылу оқшаулаңыз
• Тікелей күн сәулесіне ұшырауға жол бермеңіз — беткі температуралар 60°C-тан асуы мүмкін
• Ұяшық температурасының айырмашылығын бақылаңыз — айырмашылықты 5°C-тан төмен ұстаңыз

Терістету тереңдігі мен циклдық қызмет көрсету мерзімі: Пайдалану үлгілерін оптимизациялау

Литий батареясының қызмет көрсету мерзімі цикл сайын қолданылатын жалпы сыйымдылықтың пайызын басқаруға күшті тәуелді. тереңдік разряд (DoD) жаңа зерттеулер терең разрядтауға қарағанда терең емес разрядтау әдеттері батареяның пайдаланылатын қызмет көрсету мерзімін екі есеге арттыра алатынын растайды.

Разряд тереңдігі және циклдық қызмет ету мерзіміне әсері: Шағын циклдар қызмет ету мерзімін ұзартады

Толық разряд кезінде әрбір литий батареясының электродтары мен электролитіне қосымша жүктеме түседі. « 2024 жылғы Батареяның Ескіруі туралы есеп » деректері бойынша:

Жартылай разряд анодтағы кристаллиттің өсуін азайтады, литий-иондық қозғалысты сақтайды. Мысалы, DoD-ті 100% орнына 50% деңгейінде шектеу батареяның қызмет ету мерзімі ішінде берілетін жалпы энергияны 300% арттырады (Энергетика министрлігі, 2023)

Уақыт бойынша циклдық өмір және сыйымдылықты сақтау: 20% DoD 80% DoD-ға қарағанда өмірді екі есе арттырады

Литий батареялардың өмірін 80% дейінгі орташа разрядтарға қарағанда 20% DoD үлгісі әлдеқайда ұзартады. Салалық талдаушылардың зерттеулері мынаны көрсетті:

• 80% DoD = сыйымдылықтың 80%-ына дейін шамамен 800 цикл
• 20% DoD = сыйымдылықтың 90%-ында шамамен 3 200 цикл

Бұл 4 есе айырмашылық терең емес зарядталу кезінде механикалық кернеудің азаюынан туындайды.

Тактика: Кернеуді азайту үшін толық разрядталу алдында аккумуляторлы құрылғыларды пайдаланыңыз

DoD-ны оптимизациялау үшін мынадай үлгілерді қабылдаңыз:

1. Қалдық сыйымдылығы 30-40% болғанда құрылғыларды қайта зарядтаңыз
2. 10%-дан төмен батарея разрядынан аулақ болыңыз
3. Түні бойы шамадан тыс зарядталуды болдырмау үшін таймерлерді немесе «ақылды» розеткаларды пайдаланыңыз

Производстволар қазір орташа циклды зарядтауды ұсынады, ал алдыңғы қатарлы батареяны басқару жүйелері автоматты түрде зарядтау/разрядтауды 20-80% шектерінде шектейді.

Ұзақ мерзімді сақтау және техникалық қызмет көрсету: Литий батареялардың денсаулығын сақтау

Батареяны сақтау жағдайлары: Тотығу деңгейі 40-60% және суық температурада сақтау идеалды

Литий батареялардың уақыт өте келе зарядты ұстау қабілетін жоғалтпауы үшін оларға нақты сақтау шарттары қажет. Көптеген мамандар пайдаланбаған кезде оларды шамамен 40-60 пайыз зарядталған күйде ұстап, температурасы шамамен 15 градус Цельсий мен 25 градус Цельсий (шамамен 59-77 градус Фаренгейт) аралығында тұрақты болатын жерде сақтауды ұсынады. Температура 35 градус Цельсийден жоғары болған кезде батареялардың ішкі бөліктері тезірек бұзыла бастайды. Кейбір зерттеулер идеалды температурадан 10 градус жылырақ болса, батареяның қызмет ету мерзімі екі есе қысқаруы мүмкін екенін көрсетеді. Ылғалдық деңгейі де маңызды; 60% артық ылғалдық коррозия проблемаларына әкелуі мүмкін. Егер адам батареяларды бірнеше мезгілге сақтауды жоспарласа, әрбір бірнеше ай сайын элементтердің кернеуін тексеру олардағы ақауларды болдырмау үшін маңызды.

Ұзақ сақтау кезінде терең разрядтық тыныштық күйден қашу

Литий батареялар заряды 20 пайыздан төмен болған кезде пайдаланылмай тұрса, сульфаттану сияқты қатерлі мәселелерге ұшырап, олардың сыйымдылығы әрқашанда азайуы мүмкін. Осындай батареялар уақыт өте келе табиғи түрде қуатын жоғалтады да, айына шамамен 1-5 пайызға дейін төмендейді, ал соңында толығымен разрядталуы мүмкін. Ұзақ сақтау үшін ұсынылатын практика — пайдаланбаған кезде шамамен әр үш айда батареяны жартылай зарядтай толтыру. Авиацияда болатын нәрсені қарастырсақ, бұның қаншалықты маңызды екенін түсінеміз. Ұшақтардың батареяларын алты ай бойы 0 пайыз деңгейінде қалдырса, олар әдетте жалпы сыйымдылығының шамамен 18 пайызын мәңгі жоғалтады, ал 50 пайыз деңгейінде сақталғандары тек шамамен 4 пайызға дейін жоғалтады. Бұл батареяны жылдар бойы пайдалану мен күтпеген уақытта оны ауыстыру арасындағы айырманы анықтайды.

Жұмыс істеу уақытын бақылау және бағдарламалық құралдар арқылы батарея денсаулығын бақылау

Екі әдіспен өнімділіктегі өзгерістерді бақылаңыз:

1. Жұмыс істеу уақытын салыстыру : Зарядтау арасындағы пайдалану уақытының азаюына назар аударыңыз
2. Диагностикалық құралдар : Ішкі кедергіні өлшеу үшін импеданстық трекерлерді немесе өндірушінің бағдарламасын қолданыңыз

2023 жылғы күн сәулесін сақтау жүйелерін талдау қорытындысы бойынша денсаулық көрсеткіштерін бақылаушы пайдаланушылар 1000 циклдан кейін 92% сыйымдылықты сақтады, ал бақыланбаған жүйелерде бұл көрсеткіш 78% болды.

Бағыт: Қалдық пайдалы қызмет ету мерзімін болжау үшін жасанды интеллектіні интеграциялау арқылы жетілдірілген ақылды BMS

Қазіргі уақытта аккумуляторларды басқару жүйелері аккумуляторлардың уақыт өте келе қалай тозатынын бақылау үшін машиналық оқу алгоритмдерін қолдануды бастады. Жаңа жүйелер аккумулятордың қанша уақыт жұмыс істейтінін болжағанда кернеу өзгерістері, температураның тербелісі және бұрынғы зарядтау циклдары сияқты нәрселерді қарастырады. Кейбір сынақтар бұл ақылды жүйелердің өмір сүру ұзақтығын шамамен 89 пайыз дәлдікпен болжай алатынын көрсетті, бұл тек кернеу деңгейлеріне қарап отырған ескі әдістерге қарағанда шамамен 35 пайызға жақсырақ. Мұндай болжау мүмкіндігі техниктердің проблемалар күрт сипатқа ие болғанша оларды шешуіне мүмкіндік береді. Практикада электр көліктерінде және электр желілері үшін үлкен масштабты энергия сақтау шешімдерінде аккумуляторлардың өмірін 20-30 пайызға дейін ұзарту мүмкіндігі дәлелденді.