[Повний посібник] Як довго працюють літієві батареї?
Зміст
Частина 1. Що таке літій-іонні акумулятори?
Частина 2. Як довго служать літій-іонні акумулятори?
Частина 3. Фактори, що впливають на термін служби літій-іонних акумуляторів
Частина 5. Часті запитання про літій-іонні акумулятори
Частина 6. Чи варто інвестувати в літій-іонні акумулятори?
Частина 1. Що таке літій-іонні акумулятори?
Літій-іонні акумулятори, в тому числі Літій-залізофосфатні акумулятори (LiFePO4)LiFePO4 акумулятори є акумуляторними та використовують іони літію як основний компонент електроліту. Вони мають кілька переваг порівняно з іншими типами акумуляторів, таких як довший термін служби, вища ефективність та щільність енергії, менше потреби в обслуговуванні, більша безпека та екологічність. Ці характеристики роблять їх ідеальними для автономних систем живлення, високопродуктивних застосувань та мобільних рішень.
Літій-іонні акумулятори часто використовуються як стартерні акумулятори в транспортних засобах завдяки їхній високій щільності енергії та малій вазі. Вони добре підходять для цього застосування, оскільки можуть видавати короткий імпульс високого струму для запуску двигуна. Літій-іонні акумулятори, що використовуються як стартерні акумулятори, зазвичай мають меншу ємність і не повинні бути глибоко розряджені, щоб уникнути пошкодження.
На відміну від цього, LiFePO4-акумулятори надзвичайно добре підходять для використання в якості акумуляторів глибокого розряду. Вони можуть витримувати часті глибокі розряди і тому ідеально підходять для зберігання відновлюваної енергії та інших застосувань глибокого циклу. Маючи довший термін служби циклу, ніж літій-іонні акумулятори, LiFePO4-акумулятори можуть забезпечувати високопродуктивну роботу протягом тривалого часу. Дізнайтеся більше про відмінності між цими двома типами акумуляторів за адресою [посилання на відповідну сторінку]. Морський акумулятор глибокого циклу та стартерний акумулятор.
Частина 2. Як довго служать літій-іонні акумулятори?
Стандартний літій-іонний акумулятор зазвичай служить від двох до трьох років, залежно від використання. Однак, за належного обслуговування та дотримання інструкцій виробника, цей термін служби можна продовжити до п'яти років. Літій-іонні акумулятори чутливі до температури, а високі температури можуть значно скоротити термін їхньої служби. Тому важливо зберігати літій-іонний акумулятор у прохолодному, сухому місці, щоб уникнути впливу тепла та продовжити термін його служби.
LiFePO4 акумулятори – це більш просунутий та екологічний тип літій-іонних акумуляторів, які набувають популярності в галузі. Ці акумулятори мають довший термін служби, ніж звичайні літій-іонні акумулятори, і можуть служити до 10 років і більше.Крім того, акумулятори LiFePO4 надзвичайно стабільні та безпечні, що є більш надійним та сталим рішенням для автономного живлення та мобільних застосувань.
Ключовою перевагою LiFePO4-акумуляторів є їхня здатність витримувати більше циклів заряджання та розряджання. У той час як звичайні літій-іонні акумулятори можуть витримувати 500-1000 циклів, LiFePO4-акумулятори можуть витримувати до 2000 циклів, що робить їх довговічнішим та економічнішим рішенням у довгостроковій перспективі. LiFePO4-акумулятор від... Королева влади Вони можуть витримувати від 4000 до 15 000 циклів розрядки/зарядки та мають термін служби понад 10 років, що робить їх ідеальною альтернативою свинцево-кислотним акумуляторам. Крім того, акумулятори LiFePO4 набагато безпечніші за звичайні літій-іонні акумулятори, оскільки їхній хімічний склад робить їх менш схильними до перегріву або вибуху.
Power Queen пропонує високоякісні LiFePO4 акумулятори, розроблені для тривалого терміну служби, підвищеної ефективності та екологічності. Ми пропонуємо широкий асортимент акумуляторів різних розмірів та ємностей, що підходять для різних застосувань автономного живлення та мобільності. Power Queen пишається якістю та довговічністю своїх акумуляторів, які проходять ретельні випробування для забезпечення задоволення клієнтів.
Частина 3. Фактори, що впливають на термін служби літій-іонних акумуляторів
Згідно з дослідженням Дослідження факторів, що впливають на деградацію літій-іонних акумуляторів, тут перелічені фактори, які можуть вплинути на термін служби літій-іонних акумуляторів.
3.1 Під час зберігання
1) Температура
Основною причиною втрати ємності акумулятора під час зберігання є температура, причому вищі температури призводять до термічного розкладання електродів та електроліту.
Розкладання електроліту збільшує товщину плівки SEI («твердотільного електролітного інтерфейсу») на аноді, що споживає іони літію, збільшує внутрішній опір і зменшує ємність акумулятора. Це розкладання також утворює гази, які підвищують внутрішній тиск і становлять загрозу безпеці. Як показано в таблиці 3.1, літій-іонні акумулятори, що зберігаються в однаковому стані заряду (40%), втрачають різний відсоток своєї ємності протягом року за різних температур.
Ступінь деградації зростає з підвищенням температури, а екстремальні температури значно прискорюють втрату ємності. Наприклад, підвищення температури на 25 °C від 0 °C до 25 °C призводить до втрати ємності лише на 2%, тоді як підвищення температури на 20 °C від 40 °C до 60 °C призводить до втрати ємності на 10%.
Таблиця 3.1
Температура вище 30°C вважається стресовою для літій-іонних акумуляторів і може призвести до значного скорочення терміну служби. Щоб продовжити термін служби акумулятора, рекомендується зберігати літій-іонні акумулятори за температури від 5°C до 20°C.
2) Стан заряду (SOC)
У літій-іонних акумуляторах напруга холостого ходу (OCV) зростає зі збільшенням стану заряду (SOC), як показано на рисунку 3.2. Під час зберігання вищий рівень SOC акумулятора призводить до вищого OCV. Однак високий OCV може призвести до зростання поверхні твердого електроліту (SEI) та спровокувати окислення електроліту в літій-іонних акумуляторах, що призводить до втрати ємності та збільшення внутрішнього опору (IR).
Рисунок 3.2
Рисунок 3.На рисунку 3 показано різні швидкості деградації літій-іонних акумуляторів за різних значень стану заряду (SOC) протягом десятирічного періоду зберігання. Залишкова ємність літій-іонних акумуляторів зменшується швидше зі збільшенням значення SOC.
Рисунок 3.3
Щоб мінімізувати деградацію акумулятора та продовжити термін його служби, рекомендується підтримувати літій-іонні акумулятори в помірному стані заряду (SOC). Рекомендується заряджати або розряджати літій-іонні акумулятори приблизно до 50% SOC перед зберіганням.
3.2 Під час циклічної роботи
1) Температура
Хоча підвищена температура під час роботи від акумулятора може тимчасово покращити його продуктивність, тривале циклічне розряджання/розряджання за високих температур скорочує термін служби акумулятора. Наприклад, акумулятор, що працює при температурі 30°C, має на 20% менший термін служби циклів, тоді як при 45°C акумулятор працює лише вдвічі довше, ніж при 20°C.
Виробники вказують номінальну робочу температуру 27°C для оптимізації терміну служби акумулятора. І навпаки, надзвичайно низькі температури збільшують внутрішній опір і зменшують ємність розряду. Акумулятор, який забезпечує 100% ємності при 27°C, матиме лише 50% ємності при -18°C.
Розрядна ємність літій-полімерних елементів змінюється залежно від температури, причому нижча ємність спостерігається за низьких температур (0°C, -10°C, -20°C) порівняно з вищими температурами (25°C, 40°C, 60°C). Заряджання літій-іонних акумуляторів за низьких температур (нижче 15°C) може призвести до літієвого покриття через уповільнене включення іонів літію, що прискорює деградацію акумулятора, збільшуючи внутрішній опір та додатково зменшуючи розрядну ємність.
Рисунок 3.4
Щоб максимально збільшити термін служби та продуктивність літій-іонних акумуляторів, рекомендується експлуатувати їх за помірних температур. Оптимальна температура для досягнення максимального терміну служби становить 20°C або трохи нижче. Однак виробники рекомендують трохи вищу температуру – 27°C, коли потрібен максимальний час роботи від акумулятора.
2) Глибина розряду (DOD)
Глибина розряду (DOD) суттєво впливає на термін служби літій-іонних акумуляторів. Глибокі розряди створюють тиск усередині елементів і пошкоджують негативні електроди, прискорюючи втрату ємності та збільшуючи ризик пошкодження елементів. Як показано на рисунку 3.5, більша глибина розряду призводить до скорочення терміну служби акумулятора.
Рисунок 3.5
Глибина розряду, що перевищує 50%, називається глибоким розрядом. Коли напруга літій-іонного акумулятора падає з 4,2 В до 3,0 В, витрачається приблизно 95% його енергії, що призводить до максимально короткого терміну служби акумулятора при безперервному циклічному розряді/зарядці. Щоб уникнути втрати ємності, рекомендується уникати глибоких розрядів під час заміни акумуляторів. Часткові розряди та заряди літій-іонних акумуляторів сприяють подовженню терміну їхньої служби.
Виробники зазвичай оцінюють акумулятори за формулою 80% глибини нагріву (DOD), що означає, що лише 80% подається енергії використовується під час роботи, тоді як решта 20% резервуються для продовження терміну служби акумулятора. Хоча зменшення значення DOD може подовжити термін служби акумулятора, занадто низький DOD може призвести до недостатнього терміну служби акумулятора та перешкодити виконанню певних завдань.Для літій-іонних акумуляторів рекомендується значення глибини розряду приблизно 50% для досягнення максимального терміну служби та оптимального часу роботи.
3) Напруга заряджання
Літій-іонні акумулятори можуть досягати високої ємності та тривалішого часу роботи за високої напруги заряджання. Однак повністю їх заряджати не рекомендується, оскільки це може призвести до літієвого покриття, що, у свою чергу, призводить до втрати ємності та може пошкодити акумулятор, збільшуючи ризик пожежі або вибуху.
Рисунок 3.6
На рисунку 3.6 показано зниження ємності за високих зарядних напруг (&(gt; 4,2 В/елемент) і показує, що вища напруга призводить до швидшої втрати ємності та скорочення терміну служби. Рекомендована напруга заряджання для оптимальної ємності та безпеки становить 4,2 В. Зниження напруги заряджання на 70 мВ може зменшити загальну ємність приблизно на 10%.
У таблиці 3.2 показано, що тривалість циклів є найдовшою при напрузі зарядки 3,90 В (2400-4000 циклів) і зменшується вдвічі з кожним збільшенням напруги зарядки на 0,10 В у діапазоні від 3,90 В до 4,30 В.
Таблиця 3.2
Щоб уникнути значної деградації акумулятора, літій-іонні акумулятори слід заряджати за напруги нижче 4,10 В. Хоча нижча напруга заряджання подовжує термін служби акумулятора, вона призводить до скорочення часу роботи. Крім того, слід уникати розряджання нижче 2,5 В на елемент, а напруга заряджання 3,92 В є оптимальною для досягнення найдовшого терміну служби. З цієї причини Power Queen не рекомендує... Заряджання LiFePO4 акумулятора за допомогою свинцево-кислотного зарядного пристрою, оскільки його напруга недостатня для належної зарядки. Нижче ви знайдете рекомендований формат напруги зарядки для різних систем акумуляторів глибокого циклу розрядки/розрядки.
Рекомендована напруга заряджання залежить від типу системи акумуляторів глибокого циклу розрядки/розрядки. Для електронних пристроїв, таких як ноутбуки та мобільні телефони, використовується вищий поріг напруги для максимального збільшення терміну служби акумулятора. Натомість, великі системи накопичення енергії для супутників або електромобілів використовують нижчий поріг напруги для подовження терміну служби акумулятора. Незалежно від застосування, перезаряджання літій-іонних акумуляторів може значно скоротити термін їхньої служби та створювати ризики для безпеки, такі як пожежі чи вибухи, тому потребує ретельного поводження.
4) Струм зарядки/C-коефіцієнт
Літій-іонні акумулятори зазнають кількох негативних наслідків при високих значеннях C, включаючи підвищений внутрішній опір, втрату доступної енергії, проблеми безпеки та незворотну втрату ємності.
Істотним наслідком високих значень заряду C є літієве покриття. Коли літій-іонний акумулятор заряджається високим струмом, іони літію швидко мігрують, що призводить до накопичення літію на поверхні анода та утворення металевого літію. Цей процес ще більше посилюється, коли акумулятори швидко заряджаються за низьких температур або високих станів заряду (SOC).
Осаджений літій може утворювати дендритні структури під впливом сили тяжіння, збільшуючи швидкість саморозряду акумулятора. У важких випадках це може призвести до коротких замикань та потенційних пожеж. Крім того, високі струми зарядки та розрядки сприяють більшим втратам енергії через внутрішній опір, перетворюючи енергію на тепло. Якщо коефіцієнт саморозряду перевищує рекомендоване значення для акумулятора, підвищена температура може створювати навантаження на акумулятор, що призводить до пошкодження та прискорення втрати ємності.
5) Частота циклу
Часте циклічне перезаряджання/розряджання літій-іонних акумуляторів, особливо чотири або більше разів на день, може призвести до механічного напруження та сприяти росту міжфазного шару твердого електроліту (SEI).
Протягом циклу літій-іонні акумулятори втрачають як позитивні, так і негативні літієві реакційні центри на електродах, тим самим зменшуючи свою ємність. Накопичення шару SEI збільшує внутрішній опір акумулятора та зменшує його електронну провідність і зарядну здатність.
Потовщення шару SEI, зменшення кількості літієвих реакційних центрів та інші хімічні зміни в літій-іонних акумуляторах призводять до втрати ємності та, зрештою, до виходу акумулятора з ладу. Хоча немає конкретних досліджень, що безпосередньо стосуються цієї теми, вважається, що висока частота циклів розрядки-розрядки прискорює деградацію акумулятора через високі температури, що виникають внаслідок частого використання.
Постійне циклічне розряджання/заряджання літій-іонних акумуляторів без достатнього часу охолодження може спричинити хімічне навантаження, що призводить до розкладання електролітів та електродів.
Частина 4. Методи продовження терміну служби літій-іонних акумуляторів
Щоб продовжити термін служби літій-іонних акумуляторів, слід дотримуватися таких правил:
Зберігайте акумулятор за помірної температури: Високі температури можуть скоротити термін служби акумулятора. Рекомендується зберігати або використовувати літій-іонні акумулятори в діапазоні помірної температури від 5°C до 20°C.
Частковий розряд та перезаряд: Частковий розряд та перезаряд літій-іонних акумуляторів може подовжити термін їхньої служби. Уникайте глибоких розрядів понад 50% глибини розряду (DOD), щоб продовжити термін служби акумулятора.
Підтримуйте помірний рівень заряду (SOC): Екстремальні рівні SOC можуть призвести до втрати ємності та скорочення терміну служби акумулятора. Підтримка літій-іонних акумуляторів на помірному рівні SOC мінімізує деградацію та подовжує термін їхньої служби.
Уникайте впливу тепла: високі температури під час використання або зберігання можуть збільшити товщину SEI та спровокувати окислення електроліту, що призводить до втрати ємності та скорочення терміну служби.
Правильно зберігайте батарейкиКоли не використовуються: Зберігайте літій-іонні акумулятори зі ступенем заряду (SOC) приблизно 50% та захищайте їх від екстремальних температур і вологості, коли вони не використовуються.
Уникайте швидкого заряджання та розряджання: швидке заряджання та розряджання призводить до надмірного нагрівання, яке з часом може пошкодити внутрішні компоненти акумулятора та скоротити загальний термін служби акумулятора.
Використовуйте зарядні пристрої виробника оригінального обладнання (OEM): Використання зарядних пристроїв виробника оригінального обладнання, спеціально розроблених для літій-іонних акумуляторів, гарантує отримання ними правильної напруги та струму, запобігаючи пошкодженням та подовжуючи термін їх служби. Power Queen пропонує відповідні зарядні пристрої. Зарядні пристрої для акумуляторів LiFePO4 для зарядки літієвих акумуляторів LiFePO4.
Частина 5. Часті запитання про літій-іонний акумулятор
1. Як довго служать літієві акумулятори в автомобілях?
Термін служби літієвих акумуляторів в автомобілях залежить від кількох факторів, зокрема від якості акумулятора, особливостей використання та умов навколишнього середовища. Як правило, добре обслуговуваний літієвий акумулятор в автомобілі може прослужити від 8 до 10 років, або навіть довше.
Однак термін служби акумулятора може значно відрізнятися залежно від використання транспортного засобу, способу заряджання, температури навколишнього середовища та стилю водіння. Щоб забезпечити максимальний термін служби та продуктивність, важливо дотримуватися інструкцій виробника щодо обслуговування та заряджання акумулятора.
2. Як довго працюють літієві акумулятори в автофургоні?
Добре доглянутий Літієва батарея в автофургоніл Зазвичай вони служать від 5 до 7 років або довше. Літієві батареї Power Queen, термін служби яких становить до 4000-15 000 циклів, можуть прослужити понад 10 років.
3. Як довго може пропрацювати літієва батарея без підзарядки?
Тривалість роботи літій-іонного акумулятора без підзарядки залежить від кількох факторів, зокрема від ємності акумулятора, пристрою, в якому він знаходиться, та споживання енергії пристроєм. В середньому більшість літій-іонних акумуляторів можуть працювати від 2 до 10 років без підзарядки, залежно від умов зберігання. Однак цей термін може змінюватися залежно від температури, режиму використання та умов зберігання. Правильне зберігання та підтримка рекомендованого стану заряду (SOC) мають вирішальне значення для максимального збільшення терміну служби акумулятора. Навіть коли літій-іонні акумулятори не використовуються, вони можуть з часом втрачати заряд, і їх може знадобитися підзарядити перед використанням.
4. Чи безпечніший акумулятор LiFePO4, ніж літій-іонний?
Так, літій-залізофосфатні (LiFePO4 або LFP) акумулятори вважаються безпечнішими, ніж звичайні літій-іонні (Li-ion) акумулятори. Це пов'язано з їх стабільнішим хімічним складом, що робить їх менш схильними до перегріву, теплового виходу та інших проблем безпеки.
LiFePO4-акумулятори мають менший ризик теплового розгону, оскільки вони мають нижчий внутрішній опір, а це означає, що вони генерують менше тепла, що зменшує ймовірність пошкодження або вибуху елементів. Крім того, вони пропонують вищу термостабільність і можуть витримувати високі температури без втрати ємності, що робить їх ідеальними для застосувань, що потребують тривалого та надійного джерела живлення.
Частина 6. Варто того сам той/та/те інвестиції в Літій-іонні акумулятори?
Порівняно із застарілими свинцево-кислотними акумуляторами Літій-іонні акумулятори, безперечно, є кращим вибором. Вони легші, мають більшу ємність накопичення енергії та нижчий рівень саморозряду. Вони також потребують менше обслуговування та мають довший термін служби. Незважаючи на те, що вони спочатку дорожчі, загальна економія, яку вони забезпечують, є значною. Тому ми вважаємо літій-іонні акумулятори вигідною інвестицією. Вони пропонують надійний та простий спосіб зберігання великої кількості енергії, що може бути особливо корисним, коли це найбільше потрібно.
