כיצד להאריך את חיי השירות של סוללות ליתיום

כיצד להאריך את חיי השירות של סוללות ליתיום

1. קצת ידע בסיסי ידוע

כסוללה נטענת, לסוללות ליתיום-יון יש יתרונות רבים כמו צפיפות אנרגיה גבוהה, וכיום נעשה בהן שימוש נרחב במוצרים דיגיטליים.

(1) לכמה סוללות נטענות מוקדמות, כגון סוללות ניקל-קדמיום, יש אפקט זיכרון. אם הסוללה לא מנוצלת ותתחיל להטעין, אז בפעם הבאה שהיא תפרק ותמקם אותה במקום הזה, לא ניתן יותר למקם אותה, וכתוצאה מכך ירידה בקיבולת הסוללה; אם הסוללה לא טעונה במלואה, היא תתחיל להתרוקן, ואז בפעם הבאה שהיא תיטען ואז תיטען מחדש למקום הזה, היא לא ניתנת לטעינה, מה שמוביל גם לירידה בקיבולת. לכן, עבור סוללות ניקל קדמיום וסוללות אחרות בעלות אפקט זיכרון, הדרך הטובה ביותר להשתמש בהן היא להטעין אותן כשהן מנוצלות ולהשתמש בהן כשהן מלאות.

לסוללות ליתיום אין השפעה זו. להיפך, טעינה ופריקה מלאה של סוללת הליתיום תפגע מאוד בקיבולת סוללת הליתיום. לכן, אין צורך לטעון את סוללת הליתיום במלואה.

(2) סוללות ליתיום מזיקות ביותר בין אם הן טעונות יתר או פריקות יתר. אם הוא נטען יתר על המידה, הוא יפגע לצמיתות בקיבולת סוללת הליתיום; אם הוא נטען יתר על המידה, יהיו סיכונים כגון פיצוץ. עם זאת, אין סכנה של טעינת יתר אם מכשיר סוללת הליתיום מחובר לחשמל בן לילה, כי כמובן שמכשירים אלו יפסיקו להיטען או יפחיתו את הזרם לרמה נמוכה מאוד כשהם טעונים במלואם (רק כדי לפצות על כמות קטנה של צריכת חשמל בין לילה). למעשה, לסוללת הליתיום 18650 של עשרה דולר שאני משתמש בה בדרך כלל ב-DIY יש לוח הגנה מובנה, כך שבטוח יש אותה בטלפונים ניידים וכן הלאה.

אם היא פרוקת יתר על המידה, סוללת הליתיום לא תהיה טעונה יותר ולא ניתן להשתמש בה ישירות. זה צריך להיות מפורק עבור הפעלה מיוחדת; אם הוא מופרש יתר על המידה, הוא יהיה לגמרי" מורעב למוות" ובלתי שמיש לחלוטין. לכן, מכיוון שלסוללת הליתיום עצמה יש מידה מסוימת של פריקה עצמית, יש צורך לוודא שלמכשיר יש כמות מסוימת של כוח לפני אחסון מכשיר סוללת הליתיום למשך זמן רב כדי למנוע מהסוללה להרעב; לאחר פרק זמן מסוים, בדוק אם יש צורך להטעין אותו.

(3) אורך החיים של סוללת ליתיום אכן קשור לזרם הטעינה (או לקצב הטעינה). לכן, ניתן לומר כי אורך החיים של סוללת ליתיום קשור לאספקת החשמל. באופן כללי, חיי השירות של סוללות ליתיום יהיו נמוכים יותר אם נעשה שימוש בטעינה מהירה. עם זאת, כל עוד הזרם אינו עולה על כמות הטעינה המלאה בשעה, ההשפעה של קצב הטעינה על החיים אינה משמעותית.

הבעיה היחידה"בעיה" בעת שימוש בבנקי חשמל, יציאות USB למחשב וכו', הוא שזרם אספקת החשמל קטן יחסית והטעינה איטית מאוד; עבור חיי הסוללה, זה לא מזיק. למעט מטענים נחותים ביותר, כיום המכשירים של' בעצם לא קולטים את מקור הטעינה, בניגוד לימים הראשונים, כל סוללת טלפון נייד חייבת להיות מצוידת במטען מיוחד. להיפך, זרם הטעינה האיטי יותר מגן יותר על הסוללה.

(4) סוללות ליתיום מופעלות בצורה הטובה ביותר בטמפרטורת החדר. שימוש בסוללות ליתיום בטמפרטורות גבוהות, טעינתן או אחסוןן לפרקי זמן ארוכים יקטין לצמיתות את הקיבולת. טעינת סוללת הליתיום בטמפרטורה נמוכה (& lt;0°C) תגרום לנזק קבוע, אך רק שימוש בה בטמפרטורה נמוכה יחווה בעצם רק ירידה זמנית בקיבולת, והיא תתאושש כאשר תחזור לטמפרטורה רגילה. זו לא בעיה גדולה לאחסן סוללות ליתיום בטמפרטורות נמוכות יותר, אבל לא ניתן לאחסן אותן בטמפרטורות נמוכות מדי לאורך זמן.

2. ידע מפורט יותר

אובדן הקיבולת של סוללות ליתיום הוא תהליך מורכב ביותר המערב גורמים רבים. אין כאן מקום להסביר את המנגנון הספציפי שדרכו לכל גורם יש השפעה, אלא רשימה קצרה של גורמים אלו.

ניתן לחלק את אובדן הקיבולת של סוללות ליתיום לשני חלקים: אובדן הקיבולת לאורך זמן (הזדקנות בלוח השנה) (סוללת הליתיום נותרת ללא שימוש, הקיבולת תפחת לאורך זמן) ואובדן הקיבולת הנגרם כתוצאה מהשימוש (הזדקנות מחזורית ).

לגבי הראשונים, הגורמים העיקריים המעורבים הם:

מצב טעינה. הכוונה היא למקום שבו הכוח נמצא בקיבולת הכוללת. לדוגמה, זה 40% או 60%;

טמפרטורה (טמפרטורה);

זמן אחסון (זמן).

לגבי האחרון, הגורמים העיקריים המעורבים הם:

עומק פריקה בכל פעם. לדוגמה, בכל פעם שאתה מטעין מ-0% ל-100%, ואז מטעין ל-0%, או מתחילים בטעינה כשהסוללה ב-20%, ומנתקים אותה כשהיא מגיעה ל-80%. זה לא אותו דבר;

מצב טעינה (State of Charge), אשר מכונה בדרך כלל חשמל. עבור אותו DoD, ה-SoC הממוצע יכול להיות שונה. לדוגמה, כאשר הסוללה נשמרת בין 40% ל-100%, והסוללה נשמרת בין 20% ל-80%, למרות שעומק הטעינה והפריקה זהים, ההשפעה על הסוללה שונה עקב מצב הטעינה השונה ;

קצב טעינה (קצב טעינה). אם זרם הטעינה יכול לטעון את הסוללה במלואה תוך שעה, אנו אומרים שקצב הטעינה הוא 1C בממוצע; אם זרם הטעינה יכול לטעון את הסוללה במלואה תוך 2 שעות, אנו אומרים שקצב הטעינה הוא 0.5C בממוצע; וכן הלאה;

טמפרטורה (טמפרטורה);

מספר מחזורים. ברור שרכיבה על אופניים במשך מאתיים מחזורים היא יותר אובדנית ממאה מחזורים...

בנוסף, ישנם כמה גורמים שהם כמעט מעבר לשליטתנו. לדוגמה, סוללת ליתיום בשלב השימוש הראשוני תעבור תהליך של יצירת סרט ממשק פאזה אלקטרוליט מוצק (סרט SEI). תהליך זה צורך כמות מסוימת של יוני ליתיום. כל עוד צריך להשתמש בסוללה, לא ניתן לעקוף את התהליך הזה, אז אנחנו לא צריכים לחשוב על זה יותר מדי.

הזדקנות לוח שנה והזדקנות במחזוריות הן בעצם עצמאיות. לכן, אם המכשיר יכול להשתמש ישירות במקור מתח חיצוני מבלי לטעון ולפרוק את סוללת הליתיום, אזי ניתן להימנע מהזדקנות מחזורית, מה שמועיל לחיי סוללת הליתיום. עם זאת, באיזה SoC עלינו להישאר? זה מה שנדון להלן: החוק האיכותי על השפעתם של גורמים שונים על אובדן החיים של סוללות ליתיום.

(1) מצב טעינה

מחקרים הראו שכאשר ה-SoC נמוך יותר, גם ההזדקנות הקלנדרית וגם ההזדקנות המחזורית יתעכבו. לכן, אם ברצוננו למזער את ריקבון החיים של סוללות ליתיום, עלינו לשמור על הספק שלהן נמוך. לדוגמה, אם אתה רוצה שהמכשיר ישתמש ישירות במקור מתח חיצוני מבלי לטעון ולפרוק את סוללת הליתיום, עדיף לשמור על הספק ב-40% מאשר ב-60%.

אז כל עוד השימוש מצריך אישור, האם ככל שהסוללה נמוכה יותר, כך ייטב? זה תלוי אם אתה נותן לסוללת הליתיום לא להשתתף בטעינה ופריקה, כגון אחסון בהמתנה או שימוש במתח חיצוני בלבד (רק הזדקנות לוח שנה בשלב זה), או נותן לה להשתתף בטעינה ופריקה (הזדקנות המחזורית היא דומיננטית בשעה הפעם).

במקרה הראשון, ההספק אכן נמוך ככל האפשר. עם זאת, אם הסוללה חלשה מדי, הסיכון לרעב שנגרם כתוצאה משכחת הטעינה מחדש של הסוללה גדול עוד יותר. בנסיבות של הבטחת שהסוללה לא תמות ברעב, אפקט ההגנה טוב יותר אם הסוללה פרוקה ל-5% או אפילו קרוב ל-0% ואז מאוחסנת.

במקרה האחרון, המצב מעט יותר מסובך. כאשר הסוללה נמוכה מדי, ההתנגדות הפנימית של הסוללה תגדל. תן ל-& #39;s להעלות השערה קיצונית כדי להמחיש את הבעיה הנסתרת הזו. הקיבולת של סוללה מסוימת היא 10Wh. ההתנגדות הפנימית שלו גבוהה מאוד כאשר ההספק שלו הוא 0~10%, כך שכשאתה מאחסן 1Wh של חשמל כדי לטעון את הכוח מ-0% ל-10%, אתה יכול להשתמש רק ב-0.1Wh כשאתה מוציא אותו, והשני ב-0.9 Wh פועל במכשיר. כאשר הופכים לחום על הסוללה. בשלב זה, קיבלנו רק את השימוש היעיל של 0.1Wh, אבל גרמנו להזדקנות מחזורית של 1Wh לסוללה. ההתנגדות הפנימית נמוכה כאשר ההספק שלה הוא בין 98% ל-100%. למרות שהזדקנות המחזור הנגרמת על ידי הסוללה מ-98% ל-100% היא רק 0.2Wh, היא מייצרת פחות חום במהלך השימוש ויכולה גם לקבל ערך אפקטיבי של 0.1Wh. להשתמש. למרות שההזדקנות של אותה סוללה של 0.2 וואט בהספק גבוה תהיה גדולה יותר מההזדקנות המקבילה של 0.2 וואט בהספק נמוך, סביר להניח שהיא גם תהיה פחותה מ-1 וואט בפועל של הספק נמוך.

בין הנתונים המוגבלים שאני יכול למצוא, אני לא יכול לדעת אם רמת הסוללה נמוכה מ-20%, האם ההתנגדות הפנימית הגבוהה גורמת לנזק גדול יותר, או שלטעינת הסוללה הנמוכה יש יתרון גדול יותר, אז אני לא יכול לענות כאן. האם הסוללה צריכה להיות כל כך נמוכה? אבל מה שבטוח הוא שלפחות ברמת הספק מעל 40%, ניתן להתעלם מההתנגדות הפנימית של הסוללה. לכן, למשל, שמירה על הספק ב-40%±20% מועילה יותר מאשר שמירה על 60%±20%.

(2) טמפרטורה

איזו טמפרטורה הכי ידידותית לסוללות ליתיום? הנתונים המתקבלים ממחקרים שונים אינם זהים לחלוטין, אך הם דומים בערך לטמפרטורה הנוחה של גוף האדם. אז, שמרו על הטמפרטורה בטמפרטורת החדר שתעשה לכם נוח.

בטמפרטורות גבוהות יותר (כמעט גבוהות מטמפרטורת הפה הרגילה של אדם), תהליך ההזדקנות ממילא מהיר הרבה יותר.

בטמפרטורה נמוכה יותר (כמעט 0 מעלות צלזיוס), אחסון הוא בעצם לא בעיה, אבל אם הוא נטען, הוא יגרום לנזק רב מהרגיל.

בטמפרטורות נמוכות במיוחד (כמעט<20°c), אפילו="" אחסון="" אינו="">

(הוספה: נראה כי המחקר על הלחות נראה לעתים רחוקות, אבל לפי השכל הישר, אל תחשוב שהוא לח מדי...)

(3) עומק פריקה בכל פעם

ככל שעומק המטען והפריקה רדודים יותר, כך ייטב. הרבה יותר טוב להטעין לפרק זמן קצר עוד כמה פעמים ביום מאשר לטעון את הסוללה כמעט כל יום ואז להטעין אותה שוב בלילה.

אולי יש לך שאלה: אם המטען רדוד, האם מספר המחזורים לא יגדל באופן טבעי? לדוגמה, אם נוכל להשתמש ב-500 מחזורים לפי 100% מעומק הטעינה והפריקה, אל'אין אנו כמובן מצפים להשתמש ב-1000 מחזורים לפי 50% העומק? למעשה, זה לא המקרה. החוקרים אומרים שכל מחזור מבוסס על הכמות המצטברת של טעינה ופריקה שהגיעה ל-100%. לפי הגדרה זו, אנו עדיין מקבלים את המסקנה שככל שהטעינה והפריקה רדודה יותר, כך טוב יותר, כלומר, למשל, בעומק של 50%, ניתן לסמוך על 2000 זמני טעינה ופריקה.

(4) שיעור חיוב

קצב טעינה נמוך יותר עדיף. אם אינכם ממהרים, מומלץ לצמצם את השימוש בטעינה מהירה. עם זאת, קצב הטעינה המהיר של מוצרים דיגיטליים כמו טלפונים ניידים וטאבלטים הוא לכל היותר בערך 2C, שזה הרבה פחות מ-5C או אפילו 15C שחוקרים גילו כי הם מזיקים יותר במהלך המחקר. לכן, קצב הטעינה של מכשירים אלו הוא גורם קטן יחסית.

(5) זמן ומספר מחזורים

זה ברור מאליו. ככל שהסוללה חדשה יותר ופחות בשימוש, כך אובדן הקיבולת יהיה קטן יותר כמובן. עם זאת, אם יש מכשיר חדש, שימוש פחות פירושו שאורך חיים רב יותר יילקח על ידי הזמן, במקום להפוך אותו לזמן שימוש שילווה אותנו. נראה שזו יותר מסתם בעיה טכנית. הנדיבים רואים חסד, והחכמים רואים חכמה.

לסיכום האמור לעיל:

נסה להשתמש ולהטעין סוללות ליתיום בטמפרטורת החדר;

בחרו ברמת הספק נמוכה יחסית, שמרו על רמת הספק בפועל מעליה ומתחתיה, והימנעו תמיד מטעינה מלאה;

לטעון ולפרוק קלות, לאכול פחות ויותר ארוחות;