Исследования в области создания аккумуляторов настолько сосредоточены на химии лития, что можно предположить, что будущее аккумуляторов зиждется исключительно на нем. Во многом так и есть. Li-ion аккумуляторы постепенно замещают свинцово-кислотные во многих областях применения.
Литий-ионные аккумуляторы еще не идеальны и продолжают совершенствоваться. Заметные успехи были достигнуты в долговечности и безопасности, в то время как емкость увеличивается постепенно. Именно литий-ионным аккумуляторам обязаны своей популярностью электровелосипеды и электросамокаты.
Что вызывает старение литий-ионных аккумуляторов?
Литий-ионный аккумулятор работает на движении ионов между положительным и отрицательным электродами. Теоретически такой механизм должен работать вечно, но цикличность, повышенная температура и старение снижают производительность с течением времени. Производители придерживаются консервативного подхода и указывают, что срок службы литий-ионных аккумуляторов используемых в большинстве потребительских товаров составляет от 300 до 500 циклов разряда/заряда.
Оценка срока службы батареи по циклам разряда/заряда далека от совершенства, потому что разряд может меняться по глубине и нет четких стандартов того, что составляет цикл. Вместо подсчета циклов некоторые производители устройств рекомендуют замену батареи после определенной даты, но этот метод не учитывает использование. Батарея может выйти из строя в течение отведенного времени из-за интенсивного использования или неблагоприятных температурных условий; однако, большинство аккумуляторов работает значительно дольше, чем указывают изготовители устройств, где они используются.
Производительность аккумулятора измеряется его емкостью — основным показателем «здоровья». Внутреннее сопротивление и саморазряд также играют роль, но они менее значимы в прогнозировании окончания срока службы литий-ионного аккумулятора.
На графике №1 показано падение емкости 11 литий-полимерных аккумуляторов, которые были исследованы в лаборатории Cadex. Ячейки емкостью 1500 mAh для мобильных телефонов сначала заряжались током от 1500 mA (1C) до 4,20 V/cell, затем до 0,05С (75 mA). После чего их разряжали при 1500 mA до 3,0 V/cell, после чего цикл повторяли. Ожидаемая потеря емкости литий-ионной батареи была равномерной в течение 250 циклов.
Несмотря на то, что батарея должна обеспечивать 100-процентную емкость в течение первого года службы, обычно наблюдается снижение емкости. Кроме того, производители, как правило, переоценивают свои батареи, зная, что очень немногие пользователи будут делать выборочные проверки и жаловаться.
На что способен 8-летний Li-ion аккумулятор.
Подобно механическому устройству, которое изнашивается быстрее при интенсивном использовании, глубина разряда (DoD) влияет на количество циклов батареи. Чем меньше разряд (низкий DoD), тем дольше будет работать батарея без заметной потери емкости. Если это вообще возможно, избегайте полной разрядки аккумуляторов и заряжайте батарею чаще. У Li-ion нет памяти и аккумуляторы не нуждаются в периодических циклах полной разрядки для продления срока службы.
В таблицах 2, 3 и 4 показаны общие тенденции старения обычных литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта в зависимости от глубины разряда, температуры и уровня заряда. В таблицах не рассматриваются сверхбыстрая зарядка и разряды с высокой нагрузкой, которые сокращают срок службы батареи. Не все батареи ведут себя одинаково.
Таблица №2 демонстрирует количество циклов разряда/заряда, которые литий-ионные аккумуляторы могут обеспечить при различных уровнях DoD, прежде чем емкость батареи упадет до 70%. Частичный разряд продлевает срок службы батареи, а также частичный заряд.
Литий-ионный аккумулятор подвергается стрессу при воздействии высоких температур. Температура выше 30 °C (86 °F) считается повышенной. Воздействие на батарею высоких температур и длительное время в состоянии полной зарядки может быть более вредным, чем ее эксплуатация. Таблица 3 демонстрирует потерю емкости в зависимости от температуры и состояния заряда (SoC).
Таб. №3
Емкость при хранении Li-ion в течение одного года при различных температурах. Повышенная температура ускоряет постоянную потерю емкости. Не все литий-ионные системы ведут себя одинаково.
С точки зрения долговечности, оптимальное зарядное напряжение составляет 3,92 V/cell. В таблице 4 приведены значения емкости в зависимости от уровня заряда.
Таб. №4
Повышение выше 4,20 V/cell повышает емкость, но приводит к сокращению срока службы батареи и снижает безопасность.
Технологический университет Чалмерса (Швеция), сообщает, что использование пониженного уровня заряда в 50% SоC увеличивает ожидаемый срок службы литий-ионного аккумулятора автомобиля на 44–130%.
Большинство зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и цифровых камер рассчитаны на 4,20 V/cell, потому что потребители, как правило хотят заряжать свои батареи под завязку. Промышленность, с другой стороны, больше заботится о сроке службы батарей. Спутники и электромобили, как правило не заряжают батареи до максимума, обычно ограничивая заряд 85% и разряжают до 25%, чтобы продлить срок службы батареи.
Обычные литий-ионные аккумуляторы не должны оставаться под воздействием напряжения 4,20 V/cell в течение длительного времени. Зарядное устройство должно отключать зарядный ток, после чего напряжение аккумулятора возвращается к более естественному уровню. Это похоже на расслабление мышц после напряженной тренировки.
На графике №6 показаны динамические стресс-тесты (DST), отражающие потерю емкости. Наибольшая потеря емкости происходит при разряде полностью заряженного аккумулятора до 25% SoC (черный); при полном разряде потеря будет выше. Цикл от 85 до 25% (зеленый) обеспечивает более длительный срок службы, чем зарядка до 100% и разрядка до 50% (темно-синий). Наименьшая потеря емкости достигается за счет зарядки Li-ion до 75% и разрядки до 65%. Что, к сожалению не позволяет использовать батарею в полной мере.
Существуют расхождения между таблицей №2 и графиком №6 по количеству циклов. Однозначных объяснений этому нет, кроме предположения о различиях в качестве аккумуляторов и методах испытаний. Различия между дешевыми потребительскими и долговечными промышленными элементами также могут играть заметную роль в результатах тестов. Сохранение емкости будет снижаться быстрее при температурах выше 20 ºC.
Ограничение диапазона зарядки продлевает срок службы батареи, но уменьшает количество потребляемой энергии. Что не лучшим образом отражается на увеличении веса и первоначальной стоимости батареи.
Ожидаемый срок службы литий-ионных батарей
Циклом зарядки называется процесс полной подзарядки батареи от 0% до 100%, а затем полная ее разрядка обратно до 0%. Получается, что около четверти цикла батарея находится в состоянии разрядки, а начиная от 75% и выше начинается стадия полной зарядки.
Большинство литий-ионных батарей имеют предполагаемый срок службы из порядка 500 рабочих циклов. Литий-железо-фосфатные батареи более долговечны и могут перезаряжаться несколько тысяч раз до того момента, как их энергоемкость серьезно снизится. Например, батарея новинки 2023 года — зарядной станции EcoFlow DELTA 2 Max — рассчитана на 3 000 циклов до снижения энергоемкости батареи станции до 80%. Однако это не значит, что вам придется тут же покупать замену. Нет, портативная зарядная станция будет и дальше функционировать, но просто на 20% снизится ее энергоемкость, т.е. станция будет работать на одном заряде не так долго, как раньше.
Как циклы зарядки влияют на емкость литий-ионной батареи
Циклы зарядки очень влияют на емкость литий-ионных батарей. Всякий раз, когда такой аккумулятор проходит через цикл зарядки, энергоемкость (т.е. общий объем энергии, которую способна удерживать в себе батарея) постепенно снижается. И этот процесс совершенно нормален, потому что отражает неизбежные физические и химические изменения, происходящие внутри батареи во время зарядки и разрядки.
У литий-ионных батарей, устанавливаемых в смартфонах или электротранспорте, имеется ограниченное число зарядных циклов, прежде чем такую батарею можно считать выработавшей свой жизненный цикл. Для литий-железо-фосфатных батарей срок эксплуатации обычно колеблется в пределах 2 000 — 10 000 полных зарядных циклов. Однако мгновенного полного выхода из строя такого аккумулятора не случится. Например, небольшая зарядная станция EcoFlow RIVER 2 Pro все еще будет иметь емкость порядка 80% по истечении заявленных производителем 3 000 полных зарядных циклов.
Срок службы АКБ для телефона и планшета
Большинство портативных мобильных устройств, которыми мы ежедневно пользуемся, также оснащены li-ion батареей. При правильной эксплуатации качественная емкость может прослужить 5 и более лет, практически не теряя первоначальных свойств.
Рекомендация по избеганию перегрева, также применима к такого рода аккумуляторным батареям. Что касается отрицательных температур, то мороз ниже -20 градусов такая батарея может и не пережить. При замерзании электролита с большой вероятностью восстановление будет невозможно.
Нередко встречаются подделки li-ion аккумуляторов, которые по своим свойствам значительно уступают оригинальным образцам. Чтобы не стать жертвой недобросовестных продавцов, совершайте покупки в сертифицированных торговых точках.
Срок службы аккумулятора для ноутбука
Обычно емкость ноутбука проектируется следующим образом: несколько элементов питания типа 18650 последовательно соединяются в единый кластер и собираются в герметичный корпус. Срок службы такой батареи без признаков износа 4-5 лет, а потом еще несколько лет, но уже с постепенной деградацией.
Если ноутбук, оснащенный li-ion аккумулятором, используется постоянно в режиме разрядки и зарядки, срок службы может несколько сократиться. Но обычно встроенный контролер при работе от сети полностью снимает всю нагрузку с батареи.
Не рекомендуется разбирать такие кластеры, не имея соответствующего опыта – это может оказаться опасным для окружающих и не привести к нужным результатам.
Производительность тройной литиевой батареи:
Материал с относительно сбалансированной емкостью и безопасностью имеет лучшие циклические характеристики, чем обычный кобальтат лития.Его номинальное напряжение на ранней стадии составляет всего 3,5-3,6В по техническим причинам.Тем не менее, существуют ограничения на сферу использования, но до сих пор благодаря формуле с постоянным улучшением и совершенной структурой номинальное напряжение батареи достигло 3,7 В, а емкость достигла или превысила уровень литий-кобальт-оксидной батареи. .
1. Платформа высокого напряжения.Платформа напряжения является важным показателем плотности энергии батареи, определяющим ее основные характеристики и стоимость, поэтому она имеет большое значение для выбора материалов батареи.Чем выше платформа напряжения, тем больше удельная емкость, тот же объем, вес и даже та же батарея, тем выше напряжение трехкомпонентной литиевой батареи, пробег батареи дальше.Платформа напряжения тройного материала значительно выше, чем у литий-железо-фосфата, высокая линия может достигать 4,2 В, а разрядная площадка — 3,6 или 3,7 В.
2. высокая плотность энергии
3. высокая плотность кранов
Условия для сохранности
Существуют несколько простых правил, соблюдение которых способны увеличивать работоспособность Li-ion:
- батарея и устройство должны быть от оригинального производителя;
- полная зарядка выполняется сразу после покупки, изготовитель наполовину заряжает аккумулятор, чтобы не было потерь при транспортировке;
- работают с прибором в ограниченном температурном режиме, не повышая + 30 град., не опускаясь до – 20 град. нельзя его переохлаждать или перегревать.
- не допускают полной разрядки, используют устройство при 10% — 90% заполненного объема емкости;
- если предстоит надолго оставить батарею, её заряжают на 50%.
От хранения тоже зависит продолжительность службы. Просто так вынуть и положить на полку элемент нельзя, емкость будет сжиматься от длительных простоев. Только после показателя не ниже 40% зарядки, устройство плотно упаковывают и помещают в холодное место.
Порядок для зарядки
В Li-ion комбинированный зарядка, она состоит из 2 циклов. Вначале идет непрерывно электрический ток до определенного значения в течение 40 мин., затем также поступает напряжение до 1.5 часов. В импульсном режиме накопитель заряжается быстрее.
Во время использования соблюдают ряд ограничительных условий:
- емкость аккумулятора в 2 раза меньше разрядного тока — при значении равном 2100 мАЧ, допускается ток в 4200 мА;
- нельзя отметку опускать ниже 2.3 вольт;
- перезаряд не должен быть больше напряжения 4.4 В.
Службу автономного режима продлевают подготовкой аккумуляторов к действиям. Его скорость и продолжительность обеспечивает контроллер с правильной калибровкой и модулем накопителя.
Он своевременно восстанавливает потерю энергии. Если производитель не установил этого элемента, АКБ создал из нескольких частей, а питающие компоненты во время разряда не сбалансированы, напряжение выровняется при полном заряде батареи. В литий-ионных устройствах балансир регулирует напряжение с током в отдельных сегментах.
На сколько циклов зарядки рассчитывать?
Опять же, ответ на этот вопрос во многом зависит от ряда переменных. Важную роль играют конфигурация и емкость аккумулятора, а также температура окружающей среды при хранении.
Поведение пользователя тоже влияет на то, сколько циклов зарядки может пройти аккумулятор, прежде чем он разрядится. Важно — действительно не стоит использовать аккумулятор вместо молотка. Травма от удара тупым предметом отрицательно скажется на сроке службы литий-ионных аккумуляторов.
Итак, с точки зрения циклов зарядки, на сколько хватит литий-ионных аккумуляторов? Несмотря на вышеупомянутые переменные, большинство наших производителей заявляют, что пользователи должны рассчитывать на более 1000 циклов зарядки.
Что такое цикл зарядки?
Отчасти это зависит от того, как сам производитель определяет цикл зарядки. Как правило, один цикл зарядки означает разрядку аккумулятора и его повторную зарядку. Однако большинство аккумуляторов рассчитывают один полный цикл зарядки каждый раз, когда вы кладете аккумулятор на зарядное устройство. Это происходит независимо от того, на сколько действительно нужно зарядить аккумулятор.
Макита говорит, что они используют «умную» систему, которая учитывает это. Их зарядные устройства и аккумуляторы используют систему связи, которая распознает текущий уровень заряда и температуру аккумулятора. Затем зарядное устройство регулирует оптимальный ток, напряжение и температуру для зарядки аккумулятора. Этот процесс продлевает срок службы батареи. Это также увеличивает количество циклов зарядки, которые может выдержать аккумулятор. Это лишь один из примеров того, почему стоит придерживаться оригинальных аккумуляторов и зарядных устройств производителя.
Что касается ожидаемого количества циклов зарядки, большинство производителей попадают в лагерь от 1000 до 2000 циклов зарядки. Это ежедневная зарядка аккумулятора в течение от 3 до 6 лет. Мы бы рекомендовали жить в рамках ожиданий, склоняясь к более короткой стороне этого уравнения.
Заключение
Понимание срока службы литиевых батарей имеет решающее значение для оптимизации их производительности и обеспечения их долговечности. Такие факторы, как температура, глубина разрядки, скорость зарядки и старение, могут значительно повлиять на срок службы этих батарей. Следуя передовым методам и развенчивая распространенные мифы, вы можете продлить срок службы своих литиевых батарей и обеспечить стабильную работу своих устройств.
At Тритек , мы являемся ведущим производителем интегрированных литий-ионных аккумуляторных батарей BMS, расположенных в Шэньчжэне, Китай. Обладая более чем 15-летним опытом исследований и разработок, производства и продаж, мы гордимся тем, что поставляем высококачественные решения для литиевых батарей. Наша компания может похвастаться командой из более чем 100 опытных сотрудников отдела исследований и разработок, занимающихся разработкой передовых аккумуляторных технологий.
Чтобы гарантировать высочайшее качество и безопасность, наши аккумуляторные блоки проходят тщательное тестирование и соответствуют международные сертификаты, такие как CE, FCC, UL2271 и EN15194 . Мы уделяем первостепенное внимание удовлетворенности клиентов и обеспечиваем отличное послепродажное обслуживание. В дополнение к нашему сервисные центры в Испании и Германия , мы расширяем нашу сеть обслуживания клиентов, открывая новые центры в США.
Выбирая Tritek в качестве партнера по литиевым батареям, вы можете рассчитывать на надежную работу, длительный срок службы и превосходную поддержку клиентов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как наши решения для литиевых батарей могут удовлетворить ваши конкретные потребности.
Часто задаваемые вопросы
В1: Могу ли я оставить литиевую батарею подключенной к сети на ночь?
A1: Да, современные устройства и зарядные устройства (например, Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов Tritek ) предназначены для решения этой ситуации и автоматически прекратят зарядку, как только аккумулятор достигнет полной емкости.
Q2: Можно ли использовать мое устройство во время зарядки?
A2: Да, как правило, безопасно использовать устройство во время зарядки. Однако рекомендуется избегать ресурсоемких задач, которые выделяют чрезмерное количество тепла, так как это может повлиять на срок службы батареи.
Q3: Как я могу оптимизировать срок службы литиевой батареи моего электромобиля?
A3: Чтобы продлить срок службы литиевой батареи вашего электромобиля, избегайте ее частой разрядки до очень низкого уровня, практикуйте умеренную скорость зарядки и держите батарею в рекомендуемом диапазоне температур.
Q4: Должен ли я извлечь аккумулятор из своего устройства, если я не использую его в течение длительного периода времени?
A4: Как правило, нет необходимости извлекать аккумулятор из устройства, если вы не используете его в течение длительного периода времени. Однако хранение устройства в прохладном и сухом месте может помочь замедлить процесс старения аккумулятора.
Q5: Как правильно утилизировать литиевую батарею?
A5: Крайне важно ответственно утилизировать литиевые батареи. Свяжитесь с местными центрами утилизации или предприятиями по утилизации электронных отходов, чтобы обеспечить безопасную и безвредную для окружающей среды утилизацию ваших литиевых батарей.
