¿A qué profundidad debemos descargar las baterías de litio para maximizar su vida útil?

9

Recientemente publiqué una respuesta mencionando las muy clásicas "baterías de litio como descargas parciales, así que diseña tu sistema para una profundidad de descarga limitada". Pero luego me pregunté: con las descargas parciales, el número de ciclos de carga / descarga también aumenta para la misma energía suministrada, por lo que la ganancia en la vida útil de los ciclos disponibles disminuirá. Por ejemplo, la batería de un teléfono celular descargada al 50% por la mañana, recargada, descargada al 50% por la tarde y recargada durante la noche requiere el doble de ciclos que un teléfono celular descargado al 100% y recargada una vez al día para que dure. Pensé que sería interesante estudiar eso.

Seguí adelante y, como de costumbre, presento mis conclusiones para la aprobación de cualquier usuario de SE y doy la bienvenida a cualquier persona que lo agregue.

Debo señalar que esto solo cubre las baterías usadas regularmente, no las que se sientan en un estante por períodos de más de unos pocos días. Aun así, tienden a envejecer independientemente en los ciclos pero no tengo datos sobre eso, tal vez los expertos podrían arrojar algo de luz sobre eso.

    
pregunta Mister Mystère

3 respuestas

11

Mi mirada rápida en ella:

La vida útil de las baterías de litio disminuye con la profundidad de la descarga, como se ve a continuación (esta curva es para baterías de plomo-ácido, pero el litio se indica como siguiendo una curva similar):

( fuente )

Si el valor de DoD del 100% se toma como referencia, se puede trazar lo que yo llamo la curva "isoenergía" (le di un pensamiento de 2 segundos) que es básicamente cuántos ciclos se requieren de la batería para entregar la misma cantidad de energía al 100% de descargas durante toda su vida útil: $$ isoenergy (DoD) = \ frac {100 \% DoDlifetimecycles} {DoD} $$ Por ejemplo, el 50% de DoD requiere el doble de ciclos que el 100% de DoD, el 25% cuatro veces, etc.

Los resultados con este ejemplo en particular:

Conclusión, aún se sostiene que la profundidad de la descarga se debe minimizar al máximo.

    
respondido por el Mister Mystère
5

Estoy de acuerdo en que obtienes una ganancia en toda la capacidad de vida con una DOD decreciente; de memoria, las cifras que he visto sugieren una ganancia mayor con una DOD decreciente en el rango de DOD del 10% -80%, pero no lo haré Garantizo que mis recuerdos sean correctos.

Sin embargo, hay varios otros factores que pueden ser más importantes y / o útiles.
Si está en condiciones de tolerar descargas de capacidad reducida y / o recargas múltiples por día, se pueden obtener mejores ganancias al limitar el extremo superior de la carga.
Las células de LiIon se cargan generalmente en un modo CC / CV con CC generalmente a una tasa de C / 1 y con Vmax (típicamente 4,2 V / celda) alcanzando alrededor del 70% -80% de la capacidad total, con el resto ingresado en el modo CV a la reducción de la corriente (establecido por la química de la batería). La terminación de carga se produce en algunos Imax x k seleccionados con (0.05 < = k < 1)
K = 1 corresponde a la carga de terminación en la transición CC / CV. Es bien sabido que los valores más pequeños de k dan capacidades de energía totales algo mayores pero un ciclo de vida desproporcionadamente reducido. k se establece a menudo en 0.25 o incluso 0.5, la carga agresiva puede establecer k en 0.1 o incluso 0.05.
Sus curvas sugieren que incluso con un DOD generalmente inaceptablemente bajo del 10% de la energía total de por vida almacenada en menos del 50% más que con el DOD del 100%. Actualmente no tengo tiempo para ubicar referencias, pero estoy (esencialmente :-)) seguro de que se obtienen ganancias de más del 50% mediante el uso de k = 1 (sin ciclo de CV) y esto tiene la ventaja de una carga muy rápida ( menos de 1 hora (p. ej., 48 minutos a C / 1 de vacío total si la transición CC / CV ocurrió a un nivel de energía del 80%). La descarga al 100% de DID también es "no útil" y establecer un mínimo de DOD con este tipo de esquema también es útil. Algo así como el 20% a 30% de la capacidad restante y el 80% de la capacidad máxima aún retorna entre el 50% y el 60% de la capacidad total, deja un 20% a 30% del búfer de emergencia cuando es necesario y es probable que sea superior al simple control DOD del extremo inferior.

Otro aspecto que proporciona una mayor vida útil del ciclo y un aumento general del almacenamiento de energía de toda la vida es el ajuste de Vmax a menos de 4.3V / celda a 25C. Los resultados publicados sugieren que incluso una disminución de 0.05V (a 4.15V) proporciona ganancias útiles, 4.1V más y 4.0V mucho más. Estos niveles reducidos están acompañados por disminuciones significativas en la capacidad almacenada por ciclo.

Esta útil página de Battery University analiza varios métodos de extensión de vida de LiIon.
La Tabla 4 sugiere un aumento de 4 veces en la vida del ciclo al disminuir Vmax a 4.0V de 4.2V con solo un 20% de disminución en la capacidad de energía por ciclo, una ganancia o más de 3 veces la capacidad habitual.

Las tablas a continuación se copian de la página anterior.

AlutilizarunacombinacióndereduccióndeVmax,larestricciónmáximadelDODylaminimizacióndelareduccióndelacorrienteenelmodoCVesprobablequeproduzcaunaumentomuyimportantedelacapacidaddevida.Paracualquierreducciónaceptableenlacapacidad,sepodríaestableceralgunacombinaciónóptima.Suenacomoundoctorado:-).

Tambiénvea:

BU - Baterías basadas en litio: por qué son mejores

BU - Lion de carga

Mejor aún: use LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

    
respondido por el Russell McMahon
1

Un problema con este tipo de análisis es la cuestión de qué constituye una batería "muerta". La mayoría de los usos implicarán una pérdida máxima permisible en la capacidad, que es diferente según el uso. Los VE generalmente dependen mucho del rango, por lo que se acepta muy poca pérdida de capacidad. El almacenamiento en el hogar continuará brindando ahorros significativos incluso si hay una gran pérdida de capacidad y es por esto que se sugiere que las baterías EV puedan reutilizarse como unidades de almacenamiento en el hogar después de ser retiradas de un vehículo.

    
respondido por el Erik Blakeley

Lea otras preguntas en las etiquetas