Оглавление:
C каждым годом долговечность, безопасность и мощность литиевых аккумуляторов постепенно увеличиваются, но полностью потенциал ещё не раскрыт. Так что мы имеем на сегодняшний день? И как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов? Производители обычно указывают срок службы лития в 300-800 циклов зарядки/разрядки. Наибольший прогресс был достигнут в производстве аккумуляторов для электромобилей, где срок службы батареи составляет 5000 циклов.
Глубина разряда
Вот таблица, показывающая, как глубина разряда влияет на количество циклов до падения емкости до 70%. Например, при 100% разряде аккумулятор держит около 300-600 циклов, а при 10% разряде — до 6000-15000 циклов.
Делаем вывод: чем меньше разряд — тем дольше прослужит аккумулятор. Значит просто нужно избегать его полной разрядки и чаще подзаряжать. Литий-ионные аккумуляторы не имеют памяти, поэтому им не требуются периодические циклы полной разрядки.
Влияние температуры
Высокая температура отрицательно влияет на срок службы литий-ионных аккумуляторов. Вот таблица, показывающая потерю емкости в зависимости от температуры хранения и уровня заряда: например, если батарея находится при температуре 40 С при полном 100% заряде, через год ее емкость составит 65%.
Напряжение зарядки
Снижение напряжения зарядки позволяет существенно продлить срок службы АКБ. Например, зарядка до 4,10 В на ячейку, вместо 4,20 В на ячейку, может удвоить количество циклов, но за счет немного меньшей емкости.
К сожалению, большинство зарядных устройств для сотовых телефонов, ноутбуков, планшетов и другой цифровой техники, заряжают литий-ионный аккумулятор до напряжения 4,20 В. Это обеспечивает максимум времени автономной работы, поскольку потребитель ожидает именно этого результата, а не время срока службы самой банки.
Помимо выбора наиболее подходящих порогов напряжения, обычный Li-ion не должен оставаться на пределе высокого напряжения 4,20 В на элемент в течение длительного времени. Правильное зарядное устройство отключает ток заряда, и напряжение батареи возвращается к более естественному уровню. Это похоже на расслабление мышц после напряженных упражнений.
Циклы зарядки
Циклическая зарядка на 85 % и разрядка на 25 % обеспечивает более длительный срок службы, чем зарядка на 100–50 %. Ещё лучший цикл 75-65%, но для пользователя это совершенно бессмысленно. Поэтому наибольшая полезность (использование 60% емкости) характеризуется циклом зарядки до 85% и разрядки до 25%.
Главные советы:
- Избегайте полной разрядки
- Нужна более частая зарядка между использованиями
- Избегайте хранения при высоких температурах.
- Рассмотрите возможность зарядки до более низкого уровня (например, 80 % вместо 100 %).
Между прочим, современные ноутбуки в этом плане очень хорошо распоряжаются батареей, некоторые, например MacBook, обнаруживают постоянное подключение к сети, заряжаются и поддерживают только до 80%.
Было бы замечательно, чтобы на устройствах был режим «медленной зарядки», который можно было бы включить при длительном подключении устройства к сети. И надо чтоб все системы с быстрой зарядкой спрашивали, хочет ли пользователь запустить медленную зарядку.
Вообще в настоящее время термин «литий-ион» относится к очень широкому спектру элементов с разным химическим составом, поэтому единого эффективного рецепта для всех подвидов не существует.
- Литий-кобальтовые (ICR)
- Литий-марганцевые (IMR или INR)
- Литий-титанатные аккумуляторы (LTO)
- Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный (NMC)
- Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный (NCA)
- Литий железофосфатные (LiFePO4, LiFe, LFP, IFR)
Разница между Li-ion и Li-Pos огромна, например, работа при более низких и более высоких уровнях заряда (SOC 0–10% и 90–100%) более разрушительна для Li-Po элементов. Между тем, сравнивая традиционные литий-ионные элементы с LFP, то в LFP как ток, так и работа на экстремальных SoC не представляет большой проблемы, перезарядка элемента в случае LFP не так разрушительна.
Конечно, мы пока игнорируем различия в плотности энергии и весе банок, потому что дело не в этом. Просто разные банки имеют разные применения. Ведь аналогично и в обычных свинцово-кислотных аккумуляторах. Автомобильные стартерные АКБ прекрасно обеспечивают временный высокий пусковой ток, но циклическая работа высадит их за несколько недель. Тяговые батареи не способны выдавать такие огромные по сравнению с их габаритами мгновенные токи, но циклическую работу переносят очень хорошо. И химия точно такая же, различия в структуре.
Итак, ячейки LFP очень хорошо переносят циклическую работу от 0 до 100% и наоборот. Они очень хорошо переносят работу с током до 1 С. Но их самый большой, и практически единственный враг — температура. Длительная эксплуатация элементов при температуре на 10 градусов выше идеальной (20-25 градусов) может сократить их срок службы наполовину.
Работа на большом токе повышает температуру элементов, но если мы контролировали температуру, то работа при токе 0,5 С при постоянной температуре 20 градусов гораздо менее разрушительна для данных элемента, чем работа при 0,2 С и температуре 35 градусов. Поэтому глупо устанавливать батареи на чердаках, где температура высокая, или в котельных. Гораздо лучше установить аккумулятор в сухом подвале или кладовой.
В случае с литий-ионными банками взаимосвязь аналогичная, но не такая огромная. Исследования некоторых производителей утверждают, что если поддерживать постоянную температуру элемента в 20 градусов независимо от нагрузки, то есть активно охлаждать его, то срок службы таких элементов заметно вырастет и телефоны и электромобили на одном комплекте аккумуляторов будут работать десятилетиями без значительных падений емкости и увеличения внутреннего сопротивления.
Подведем итог
- Не разряжать аккумулятор полностью. Пользователь имеет на это влияние и часто разряжает его почти до нуля, потому что считает это необходимым (привычка доставшаяся от NiCd аккумуляторов). Лучше оставить хотя-бы 1/4 заряда.
- Не заряжать до максимального напряжения. Пользователь на это не влияет, но если устройства оснащено цифровым индикатором — лучше по возможности отключить зарядку на 3/4 емкости.
То есть для продления срока службы аккумулятора не следует использовать его на пределе возможностей, избегать высоких температур и больших токов зарядки.
