RC Klub (Miskolc) Belépés
3D testek
dji Mavic Mini
FrSky Taranis 2.0.XX
Cheali töltők
Képek
.jpg)
Építés, Technológia
Turnigy 9X rádió archívum
Fejlesztéseim archívuma
Látogatóink:
Oldalainkat 65 vendég böngésziLipo akkuk pusztulása |
![]() |
![]() |
![]() |
Írta: Magi István | ||
2020. december 21. hétfő, 07:50 | ||
Mi okozza a lítium-ion akkuk pusztulását? A lítium-ion akkumulátorok működése közben, a pozitív és negatív elektródok között ionmozgások történnek. Elméletileg egy ilyen mechanizmusnak örökké működnie kellene, de a töltési ciklusok, az emelkedett hőmérséklet és az idővel csökken a teljesítmény. A gyártók konzervatív megközelítést alkalmaznak, és a legtöbb termékben a Li-ion akkuk élettartamát 300 és 500 kisütési / töltési ciklus között határozzák meg.
Forrás: https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries Az 1. ábra 11 Li-polimer akkumulátor kapacitáscsökkenését szemlélteti, melyeket egy Cadex laboratóriumban megfordultak. A mobiltelefonok 1500mAh tasakcelláit először 1500mA (1C) - 4,20V / cellatöltéssel töltötték fel, majd a teljes töltöttség részeként 0,05C (75mA) értékkel telítették (zárótöltés). Az akkukat ezután 1500 mA-rel 3,0 V / cellára lemerítették, és a ciklust megismételték. A Li-ion akkumulátorok várható kapacitásvesztése egyenletes volt a lemerítési 250 ciklus alatt, és az akkuk a várt módon teljesítettek. 1. ábra: Kapacitáscsökkenés a ciklus alatt. Tizenegy új Li-iont teszteltek egy Cadex C7400 akkumulátor analizátorral. Valamennyi csomag 88–94% -os kapacitással indult, és 250 teljes kisütési ciklus után 73–84% -ra csökkent. Az 1500mAh tasakokat mobiltelefonokban használják. Bár az akkumulátornak az első üzemévben 100 százalékos kapacitást kell biztosítania, gyakran látni a megadottnál alacsonyabb kapacitásokat, és az eltarthatóság hozzájárulhat ehhez a veszteséghez. Ezen kívül, a gyártók hajlamosak túlértékelni az akkumulátorokat, tudván, hogy nagyon kevés felhasználó végez szúrópróbaszerű ellenőrzést és panaszkodik, ha eltérnek. Ha nem kell egyetlen cellát összehangolnia a mobiltelefonokban és a táblagépekben, ahogyan azt a többcellás csomagokban megköveteli, az sokkal szélesebb körű teljesítmény-elfogadáshoz vezethet. Az alacsonyabb kapacitású cellák a fogyasztó észrevétele nélkül átcsúszhatnak.
Az alábbi táblázatok a kobalt-alapú lítium-ion feszültséggel kapcsolatos kapacitásveszteségeit mutatják be. A lítium-vas-foszfát és a lítium-titanát feszültségei alacsonyabbak, és nem vonatkoznak a megadott feszültségreferenciákra.
A 2. táblázat becslése szerint a Li-ion különféle DoD-szinteken képes leadni a töltési / kisütési ciklusokat, mielőtt az akkumulátor kapacitása 70 százalékra csökken. A DoD egy teljes töltést jelent, amelyet egy kisütés követ a táblázatban feltüntetett töltöttségi szint (SoC) szintjére. 2. táblázat: A ciklus élettartama a kisütés mélységének függvényében .
A lítium-ion hő hatására stresszt szenved, valamint ha a cellát magas töltőfeszültségen tartja. A 30 ° C (86 ° F) felett tartózkodó akkumulátort magas hőmérsékletnek tekintik, és a legtöbb Li-ion esetében a 4,10 V / cella feletti feszültséget tekintik magas feszültségnek . Ha az akkumulátort magas hőmérsékletnek tesszük ki, és hosszabb ideig teljes töltöttségi állapotban tartózkodunk, stresszesebb lehet. A 3. táblázat a kapacitásveszteséget mutatja be a hőmérséklet és az SoC függvényében. 3. táblázat: Becsült visszanyerhető kapacitás, ha a Li-iont egy évig különböző hőmérsékleteken tárolják. A megemelt hőmérséklet meggyorsítja a tartós kapacitásvesztést. Nem minden Li-ion rendszer viselkedik egyformán. A legtöbb Li-ion 4,20 V / cellára töltődik, és a csúcstöltési feszültség minden 0,10 V / cellás csökkenése megduplázza a ciklus élettartamát. Például egy 4,20 V / cellára feltöltött lítium-ion cella általában 300–500 ciklust bír. Ha csak 4,10 V / cellára töltik, akkor az élettartalma 600–1000 ciklusra meghosszabbítható. A 4,0 V / cella 1200–2000, a 3,90 V / cella pedig 2400–4000 ciklust biztosít. 4. táblázat: A kisütési ciklusok és a kapacitás a töltési feszültség határának függvényében. Minden 0,10 V-os 4,20 V / cella alá esés megduplázza a ciklust, de kevesebb kapacitással rendelkezik. A feszültség 4,20 V / cella fölé emelése lerövidíti az élettartamot. Az eredmények a rendszeres Li-ion töltést tükrözik 4,20 V / cellára vonatkoztatva. Irányelv: Minden 70 mV-os töltési feszültségesés 10% -kal csökkenti a hasznos kapacitást. Megjegyzés: A részleges töltés tagadja a Li-ion előnyét a magas fajlagos energia szempontjából. Kísérlet: A svéd Chalmers Műszaki Egyetem jelentése szerint a csökkentett 50% -os SOC töltöttségi szint használata 44–130% -kal növeli a jármű Li-ion akkumulátorának várható élettartamát. A mobiltelefonok, laptopok, táblagépek és digitális fényképezőgépek legtöbb töltője 4,20 V / cellás lítium-iont töltő. Ez lehetővé teszi a maximális kapacitást, mert a fogyasztó nem akar kevesebbet, mint a legtöbb futásidőt. Az ipar viszont jobban aggódik a hosszú élettartam miatt, és választhat alacsonyabb feszültségküszöböt. Ilyenek például a műholdak és az elektromos járművek. 5. ábra: A ciklus élettartamára gyakorolt hatás magas emelt feszültség mellett. Forrás: Choi et al. (2002) Amellett, hogy kiválasztja a legmegfelelőbb feszültségküszöböket egy adott alkalmazáshoz, a szabályos Li-ion nem maradhat hosszabb ideig a 4,20 V / cella magas feszültségű plafonon. A Li-ion töltő kikapcsolja a töltőáramot, és az akkumulátor feszültsége természetesebb szintre áll vissza. Ez olyan, mint az izmok ellazítása egy megerőltető gyakorlat után. A 6. ábra a dinamikus stresszteszteket (DST) szemlélteti, amelyek tükrözik a kapacitásveszteséget, amikor a Li-iont különféle töltési és kisütési sávszélességeken végezzük. A legnagyobb kapacitásveszteség akkor fordul elő, ha egy teljesen feltöltött Li-iont 25% SoC-ig (fekete) ürítenek; a veszteség nagyobb lenne, ha teljesen lemerítenénk. A 85 és 25 százalék közötti (zöld) ciklusok hosszabb élettartamot biztosít, mint a 100 százalékos és 50 százalékos (sötétkék) töltés. A legkisebb kapacitásveszteséget akkor érik el, ha a Li-iont 75% -ig töltik, és 65% -ig merítik le. Ez azonban nem használja ki teljesen az akkumulátort. A magas feszültségek és a magas hőmérsékletnek való kitettség állítólag gyorsabban károsítják az akkumulátort, mint normál körülmények közötti ciklusok.
Eltérések vannak a 2. táblázat és a 6. ábra között a ciklusok számával kapcsolatban. Az akku minőségének és a vizsgálati módszerek különbségének feltételezésén kívül nincsenek egyértelmű magyarázatok. Az alacsony költségű fogyasztói és tartós ipari minőségek közötti eltérések szintén szerepet játszhatnak. A kapacitás megtartása gyorsabban csökken magas hőmérsékleten, mint 20 ° C-on. Csak egy teljes ciklus biztosítja az akkumulátor meghatározott energiáját. Egy modern energiacellával ez körülbelül 250Wh / kg, de a ciklus élettartama veszélybe kerül. Bár lineáris, az életet meghosszabbító 85-25 százalékos középtartomány 60 százalékra csökkenti az energiát, és ez egyenértékű a fajlagos energiasűrűség mérséklésével 250Wh / kg-ról 150Wh / kg-ra. A mobiltelefonok olyan fogyasztási cikkek, amelyek az akkumulátor teljes energiáját felhasználják. Az ipari eszközök, mint például az EV, általában az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása érdekében a töltést 85% -ra, a lemerülést pedig 25% -ra, vagyis 60% -os energiafelhasználásra korlátozzák. A ciklusmélység növelése emeli a Li-ion cellák belső ellenállását is. A 7. ábra a DC ellenállási módszerrel mérve 61 százalékos ciklusmélységben mutatott éles emelkedést szemlélteti. Az ellenállás növekedése tartós. 7. ábra: A belső ellenállás éles növekedése a Li-ion ciklusmélységének növelésével. A 8. ábra extrapolálja a 6. ábra adatait a Li-ion várható ciklusának kitágítására egy extrapolációs program alkalmazásával, amely az akkumulátor kapacitásának lineáris bomlását feltételezi progresszív ciklus mellett. Ha ez igaz lenne, akkor a 75% –25% SoC (kék) tartományba eső Li-ion akkumulátor 14 000 ciklus után 74% -os kapacitássá válna. Ha ezt az akkumulátort 85% -ra töltenék ugyanolyan kisütési mélységgel (zöld), akkor a kapacitás 14 000 ciklusnál 64% -ra csökken, és 100% -os töltéssel ugyanezzel a DoD-val (fekete) a kapacitás 48% -ra csökken . Ismeretlen okokból kifolyólag a valós élet várható élettartama alacsonyabb, mint a szimulált modellezésnél. 8. ábra: Az akkumulátor élettartamának prediktív modellezése extrapolációval. Az akkumulátorgyártók gyakran meghatározzák az akkumulátor ciklus idejét egy 80% DoD-vel. Ez praktikus, mert az akkumulátoroknak a normál használat során fel kell tölteniük bizonyos tartalékot, mielőtt feltöltődnének. A laboratóriumi tesztek gyakran olyan számokat kapnak, amelyek nem érhetők el a terepen. Mit tehet a felhasználó?A lítium-ion akkumulátorok hosszú élettartamát a környezeti viszonyok szabják meg. A legrosszabb helyzet a teljesen feltöltött akkumulátor magas hőmérsékleten tartása. Az akkumulátorok nem halnak meg hirtelen, de az üzemidő fokozatosan lerövidül, ahogy a kapacitás csökken.
|