Як підтримувати літій-іонний акумулятор для кращої продуктивності?

Керування станом заряду: уникання екстремальних значень для оптимального терміну служби

Ризики повного зарядження літій-іонного акумулятора до 100% та розряду до 0%

Заряджання літій-іонних акумуляторів повністю до 100% або повне їх розряджання прискорює деградацію з часом. Коли елементи досягають максимальної ємності, напруга стає настільки високою, що починає руйнувати електроліти всередині. Глибоке розряджання теж шкідливе, оскільки створює значне навантаження на матеріали анода акумулятора. Згідно з дослідженням, опублікованим минулого року компанією Bonnen Batteries, електромобілі, які підтримували заряд у межах від 85% до 25%, замість повного заряджання, показали приблизно на 40 відсотків меншу втрату ємності після 1000 циклів заряду. Це логічно, якщо подивитися на це так: підтримання акумуляторів у їх комфортній зоні значно подовжує термін їхньої служби.

Ідеальний діапазон заряду (40%-80%) для повсякденного використання

Підтримання рівня заряду літієвих акумуляторів на рівні приблизно 40–80 % у повсякденному використанні забезпечує як гару продуктивність, так і більш тривалий термін служби. Коли акумулятори перебувають у цьому оптимальному діапазоні, вони зазнають меншого напруження через напругу, що допомагає зберегти більшість їхньої ємності. Згідно з деякими тестами, проведеними компанією Large Power на промислових акумуляторних системах, акумулятори, які експлуатуються в цьому діапазоні, можуть зберігати близько 90 % своєї початкової ємності навіть після 500 циклів зарядки. Автомобільна галузь також фіксує схожі результати. Дослідження показують, що електромобілі, які переважно експлуатуються в межах 20–80 % заряду, втрачають за три роки лише половину здоров'я акумулятора порівняно з тими, що працюють у крайніх режимах. Це логічно, якщо враховувати, як працює хімія акумуляторів за різних умов заряджання.

Часткове заряджання проти повного заряджання для стану акумулятора: чому часті підзарядки корисні

Часте підзаряджання телефонів лише частково, наприклад від приблизно 30% до 70%, насправді менше шкодить стану акумулятора, ніж дозволити їм розрядитися повністю до 0%, перш ніж знову зарядити повністю. Коли ми говоримо про часткове заряджання, відбувається менше накопичення іонів літію на негативному електроді акумулятора, що є однією з основних причин, чому акумулятори з часом деградують. Люди, які підзаряджають свої телефони 2 або 3 рази протягом дня, отримують приблизно на 25% більший термін служби акумуляторів, ніж ті, хто чекає, поки телефон повністю вимкнеться перед підключенням. Велика телефонна компанія провела дослідження ще в 2022 році й виявила цю закономірність постійно серед різних моделей і сценаріїв використання.

Дослідження: користувачі смартфонів із звичкою заряджати від 20% до 80% демонструють на 30% довший термін циклу життя акумулятора

12-місячне спостереження за 1200 користувачами смартфонів, які підтримували рівень заряду від 20% до 80%. Пристрої з адаптивними системами зарядки зберегли 92% початкової ємності порівняно з 72% у тих, хто використовував повний цикл зарядки, що демонструє, як переваги неповного розряду поширюються на всі сфери застосування літієвих акумуляторів.

Тренд: виробники активують «адаптивну зарядку», щоб запобігти надмірному заряджанню вночі

Основні виробники тепер інтегрують алгоритми зарядки на основі штучного інтелекту, які аналізують звички використання. Ці системи затримують завершення зарядки вночі, щоб мінімізувати час перебування на рівні 100% заряду. Автомобільні автопарки, що використовують адаптивну зарядку, повідомляють про на 18% повільніше щорічне зниження ємності порівняно зі стандартними протоколами зарядки.

Практики зарядки: компроміси між швидкою та стандартною зарядкою

Вплив швидкості зарядки на термін служби акумулятора: нагрівання та напруження від швидкої зарядки

Зручність швидкої зарядки має приховані витрати для стану літій-іонних акумуляторів. Зарядка високою потужністю створює на 40% більше тепла, ніж стандартні методи, прискорюючи деградацію електродів та руйнування електроліту. Це теплове навантаження може назавжди зменшити ємність заряду до 12% протягом 300 циклів у смартфонах та електромобілях.

Правильні методи зарядки літій-іонних акумуляторів: коли використовувати повільну та швидку зарядку

Надавайте перевагу повільній зарядці (швидкість £1C) для повсякденного використання, залишаючи швидку зарядку (>2C) для надзвичайних ситуацій. Наприклад:

Дані: електромобілі, які регулярно використовують швидку зарядку постійним струмом, демонструють на 15% швидше зниження ємності

Трирічне дослідження 12 000 електромобілів показало, що акумулятори, які заряджаються на станціях швидкої зарядки постійним струмом 3 рази на тиждень, деградували на 15% швидше, ніж ті, що використовують зарядні пристрої другого рівня. Це узгоджується з лабораторними даними, які показують на 20% більше утворення літієвих відкладень при температурі 40°C під час швидкої зарядки.

Стратегія: використовуйте швидку зарядку лише в разі надзвичайних ситуацій, щодня користуйтеся стандартною зарядкою

Застосовуйте правило 80/20: обмежте кількість швидких зарядок до 20% від загальної кількості сеансів зарядки. Власники смартфонів, які дотримуються цього підходу, зберігали 95% початкової ємності через 2 роки проти 82% у тих, хто щодня користується швидкою зарядкою. Увімкніть функції адаптивної зарядки, які зменшують потужність після досягнення 80% заряду.

Керування температурою: захист акумуляторів літію від теплового напруження

Вплив температури на старіння літій-іонних акумуляторів: ідеальний поріг 25°C

Літієві акумулятори працюють з оптимальною продуктивністю та довговічністю при температурі близько 25°C (77°F). Відхилення від цієї температури прискорює старіння: кожне підвищення на 15°C понад 25°C може скоротити кількість циклів наполовину через прискорене розкладання електроліту. Сучасні системи управління акумуляторами (BMS) активно підтримують баланс температур за допомогою термісторів і систем охолодження.

Ризики високих температур: прискорене руйнування електроліту понад 35°C

Тривалий вплив температур, що перевищують 35°C, призводить до незворотних пошкоджень:

• Випаровування електроліту збільшує внутрішній опір на 40-60%
• Зростання шару SEI споживає активні літієві іони (0,5–1,2% на цикл при 40°C)
• Корозія алюмінієвого струмовідвідника прискорює втрату ємності

Ефекти низьких температур: утворення літієвого нальоту нижче 0°C під час заряджання

Заряджання літій-іонних акумуляторів нижче 0°C призводить до осадження металевого літію на графітових анодах, що зменшує ємність на 5-20% за кожним випадком. Це осадження утворює дендрити, які загрожують внутрішніми короткими замиканнями. Виробники електромобілів тепер вимагають попереднього нагріву акумуляторів до 15°C перед швидким постійним заряджанням у морозних умовах.

Найкращі практики: зберігання та експлуатація літій-іонних акумуляторів у безпечному температурному діапазоні

• Використовуйте активні системи охолодження, такі як рідинне охолодження, для застосувань потужністю понад 5 кВт
• Ізолюйте акумулятори, встановлені на вулиці, з одночасним забезпеченням повітряних проміжків 2–3 дюйми для вентиляції
• Уникайте прямого сонячного світла — температура поверхні може перевищувати 60°C
• Контролюйте різницю температур між елементами — підтримуйте коливання нижче 5°C

Глибина розряду та термін служби: оптимізація режимів використання

Термін служби літій-іонного акумулятора значною мірою залежить від контролю глибина розряду (DOD) відсотка загальної ємності, що використовується за один цикл. Останні дослідження підтверджують, що неглибокі розряди можуть більш ніж подвоїти корисний термін служби акумулятора порівняно з глибокими циклами.

Глибина розряду та її вплив на кількість циклів: поверхневі цикли подовжують термін служби

Кожен повний розряд створює навантаження на електроди та електроліт літійової батареї. Дослідження від звіту про старіння акумуляторів за 2024 рік показують:

Часткові розряди зменшують утворення кристалітів на аноді, зберігаючи рухомість літій-іонів. Наприклад, обмеження глибини розряду до 50% замість 100% збільшує загальну віддану енергію протягом життєвого циклу батареї на 300% (Міністерство енергетики, 2023).

Кількість циклів і збереження ємності з часом: 20% DoD подвоює термін служби порівняно з 80% DoD

Режим розряду на 20% значно подовжує термін служби літійової батареї порівняно навіть із помірними 80% розрядами. Випробування, проведені аналітиками галузі, виявили:

• 80% DOD = ~800 циклів до 80% ємності
• 20% DoD = ~3200 циклів на рівні 90% ємності

Ця різниця в 4 рази в терміні циклу життя пояснюється зниженим механічним навантаженням під час поверхневих розрядів.

Стратегія: Використовуйте пристрої на батарейках до повного розряду, щоб мінімізувати навантаження

Дотримуйтесь цих звичок, щоб оптимізувати глибину розряду (DoD):

1. Заряджайте пристрої при залишковому заряді 30-40%
2. Уникайте тривожних розрядів батареї нижче 10%
3. Використовуйте таймери або смарт-розетки, щоб запобігти перезарядці вночі

Виробники тепер рекомендують заряджання в середній частині циклу, а провідні системи управління батареями автоматично обмежують зарядку/розрядку межами 20–80%.

Тривале зберігання та обслуговування: збереження стану літієвих акумуляторів

Умови зберігання акумуляторів: ідеально — заряд 40–60% і прохолодна температура

Щоб літій-іонні акумулятори не втрачали здатність утримувати заряд із часом, їх потрібно зберігати за певних умов. Більшість експертів галузі рекомендує тримати їх зарядженими приблизно на 40–60 відсотків під час неактивного використання та зберігати в місцях, де температура тримається в межах близько 15–25 градусів Цельсія (приблизно 59–77 градусів за Фаренгейтом). Коли температура перевищує 35 градусів Цельсія, внутрішні процеси деградації в акумуляторах прискорюються. Деякі дослідження показують, що якщо температура буде на 10 градусів вищою за оптимальну, термін служби акумулятора може скоротитися вдвічі. Важливий також рівень вологості: вологість понад 60% може призвести до корозії. Якщо хтось планує зберігати акумулятори протягом кількох сезонів поспіль, доцільно кожні кілька місяців перевіряти напругу, щоб переконатися, що з елементами нічого не сталося.

Уникання глибокого розряду та бездіяльності під час тривалого зберігання

Коли літієві акумулятори довго перебувають із зарядом менше 20%, вони стикаються з серйозними проблемами, такими як утворення сульфатації, що може постійно зменшити їхню ємність. Ці акумулятори також природним чином втрачають заряд з часом — близько 1–5 відсотків щомісяця, просто перебуваючи в стані спокою, і згодом можуть повністю розрядитися. Доброю практикою для тривалого зберігання є підзарядка до приблизно половини ємності кожні три місяці, коли акумулятор не використовується. Приклад авіації показує, наскільки це важливо. Акумулятори літаків, залишені на нульовому відсотку протягом шести місяців, зазвичай назавжди втрачають близько 18% своєї загальної ємності, тоді як ті, що зберігалися на рівні близько 50%, втрачають лише близько 4%. Це робить всю різницю між отриманням років експлуатації акумулятора або його заміною значно раніше очікуваного.

Моніторинг стану акумулятора шляхом спостереження за часом роботи та програмними інструментами

Відстежуйте зміни продуктивності за допомогою двох методів:

1. Порівняння часу роботи : Звертайте увагу на скорочення часу використання між зарядками
2. Діагностичні інструменти : Використовуйте імпедансні трекери або програмне забезпечення виробника для вимірювання внутрішнього опору

Аналіз систем сонячного зберігання за 2023 рік показав, що користувачі, які відстежували метрики стану, зберегли 92% ємності після 1000 циклів, на відміну від 78% у системах без контролю.

Тренд: Розумна система управління батареєю (BMS) інтегрує штучний інтелект для прогнозування залишкового терміну служби

Системи управління акумуляторами сьогодні починають використовувати алгоритми машинного навчання для відстеження деградації акумуляторів з часом. Новіші системи аналізують такі фактори, як зміни напруги, коливання температури та попередні цикли зарядки, щоб передбачити термін служби акумулятора. Деякі тести показали, що ці розумні системи можуть передбачати термін служби з точністю близько 89 відсотків, що приблизно на 35 відсотків краще, ніж у старих методів, які враховували лише рівень напруги. Така передбачувальна здатність дозволяє технікам вирішувати проблеми до того, як вони стануть серйозними. На практиці встановлено, що такий підхід може продовжити термін служби акумуляторів від 20 до 30 відсотків як у електромобілях, так і в масштабних рішеннях для зберігання енергії в електромережах.