[Instrukcje] Kompleksowy przewodnik po życiu Baterii LifePo4

akumulator litowo-jonowy(Li-Ion) cieszy się coraz większą popularnością w miarę jak świat przechodzi na czystą i zrównoważoną energię. Akumulatory te charakteryzują się dużą gęstością energii i długą żywotnością, co zrewolucjonizowało branżę. Wielu użytkowników często zadaje sobie jednak pytanie: „Jak długo wytrzymują baterie litowo-jonowe? W tym artykule przyjrzymy się temu zagadnieniu i sprawdzimy, jak Akumulator LiFePO4, zaawansowany typ baterii litowo-jonowej pod względem trwałości.

spis treści

• Część 1. Czym jest akumulator litowo-jonowy?
• Część 2. Jak długo działają baterie litowo-jonowe?
• Część 3. Czynniki wpływające na żywotność baterii litowo-jonowych
• 3.1 Podczas przechowywania
• 3.2 Podczas jazdy na rowerze
• Część 4. Sposoby na wydłużenie żywotności baterii litowo-jonowych
• Część 5. Często zadawane pytania dotyczące baterii litowo-jonowych
• Część 6. Czy warto inwestować w baterie litowo-jonowe?

Część 1. Czym jest akumulator litowo-jonowy?

Akumulator litowo-jonowy, w tym akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy (LiFePO4), nadają się do ponownego ładowania, a głównym składnikiem elektrolitu są jony litu. Akumulatory LiFePO4 oferują szereg zalet w porównaniu z innymi typami akumulatorów, takich jak: B. dłuższa żywotność, wyższa wydajność i większa gęstość energii, mniejsze wymagania konserwacyjne, większe bezpieczeństwo i przyjazność dla środowiska. Dzięki tym cechom idealnie nadają się do systemów energetycznych niezależnych od sieci, zastosowań o dużej mocy i rozwiązań mobilnych.

Akumulatory litowo-jonowe są często stosowane jako akumulatory rozruchowe w pojazdach ze względu na ich wysoką gęstość energii i niewielką wagę. Są one doskonale przystosowane do tego zastosowania, ponieważ mogą dostarczać duży prąd przez krótki czas w celu uruchomienia silnika. Jednak akumulatory litowo-jonowe używane jako akumulatory rozruchowe mają zwykle małą pojemność i nie należy ich zbyt mocno rozładowywać, aby uniknąć uszkodzenia.

Z kolei akumulatory LiFePO4 idealnie sprawdzają się jako akumulatory głębokiego rozładowania. Akumulatory LiFePO4 charakteryzują się dłuższą żywotnością niż akumulatory litowo-jonowe i oferują wysoką wydajność przez dłuższy okres czasu.

Część 2. Jak długo działają baterie litowo-jonowe?

Standardowe baterie litowo-jonowe mają średnią żywotność 2-3 lat, w zależności od sposobu użytkowania. Przy odpowiedniej pielęgnacji i przestrzeganiu instrukcji producenta, żywotność można wydłużyć do pięciu lat. Akumulatory litowo-jonowe są wrażliwe na temperaturę, a wysokie temperatury mogą znacznie skrócić ich żywotność. Dlatego ważne jest, aby przechowywać akumulatory litowo-jonowe w chłodnym i suchym miejscu, aby uniknąć wysokich temperatur i przedłużyć ich żywotność.

Akumulatory LiFePO4 to bardziej zaawansowany i zrównoważony typ akumulatorów litowo-jonowych, który zyskuje coraz większą popularność w branży. Te baterie mają dłuższą żywotność niż standardowe baterie litowo-jonowe, nawet do 10 lat lub więcej. Ponadto akumulatory LiFePO4 są bardzo stabilne i bezpieczne, a także stanowią bardziej niezawodne i zrównoważone rozwiązanie dla źródeł zasilania niezależnych od sieci i zastosowań mobilnych.

Główną zaletą akumulatorów LiFePO4 jest ich zdolność do wytrzymywania większej liczby cykli ładowania i rozładowania. Podczas gdy standardowe baterie litowo-jonowe wytrzymują do 500-1000 cykli ładowania, baterie LiFePO4 wytrzymują do 2,5 cyklu ładowania.000 cykli, co sprawia, że ​​są rozwiązaniem trwalszym i bardziej ekonomicznym w dłuższej perspektywie. Akumulatory Timeusb LiFePO4 wytrzymują od 4000 do 15 000 cykli ładowania i mają żywotność ponad 10 lat, co sprawia, że ​​są idealnym zamiennikiem akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Żywotność akumulatorów wynosi od 4000 do 15 000 cykli, co sprawia, że ​​są one idealnym zamiennikiem dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Ponadto akumulatory LiFePO4 są bezpieczniejsze niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe, ponieważ ich skład chemiczny sprawia, że ​​są mniej narażone na przegrzanie lub wybuch.

Timeusb oferuje wysokiej jakości baterie LiFePO4 zaprojektowane z myślą o długiej żywotności, wydajności i zrównoważonym rozwoju. Oferujemy szeroki zakres rozmiarów i pojemności akumulatorów do różnych zastosowań mobilnych i poza siecią. Jesteśmy dumni z jakości i trwałości naszych akumulatorów i dokładnie je testujemy, aby zapewnić satysfakcję klienta.

Część 3. Czynniki wpływające na żywotność baterii litowo-jonowych

Na podstawie badania czynników wpływających na żywotność baterii litowo-jonowych można wymienić następujące czynniki, które mogą mieć wpływ na żywotność baterii litowo-jonowych.

3.1 Podczas przechowywania

1) Temperatura

Główną przyczyną utraty pojemności akumulatorów podczas przechowywania jest temperatura. Wyższa temperatura przyspiesza rozkład termiczny elektrod i elektrolitów.

W miarę rozkładu elektrolitu grubość warstwy na granicy faz stałego elektrolitu (SEI) na anodzie wzrasta, co powoduje zużycie jonów litu, wzrost oporu wewnętrznego i zmniejszenie pojemności akumulatora. W wyniku rozkładu powstają również gazy, które zwiększają ciśnienie wewnętrzne i stwarzają zagrożenie dla bezpieczeństwa. Jak pokazano w tabeli 3.1, akumulatory litowo-jonowe przechowywane przy takim samym stanie naładowania (40%) i w różnych temperaturach tracą różną ilość pojemności w ciągu roku.

Degradacja akumulatora wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, przy czym ekstremalne temperatury znacznie przyspieszają utratę pojemności. Na przykład wzrost temperatury z 0°C do 25°C powoduje utratę wydajności wynoszącą zaledwie 2%, podczas gdy wzrost temperatury o 20°C z 40°C do 60°C powoduje utratę wydajności wynoszącą 10%.

Tabela 3.1

Temperatury powyżej 30°C są bardzo szkodliwe dla akumulatorów litowo-jonowych i mogą znacznie skrócić ich żywotność. Aby wydłużyć żywotność baterii, zaleca się przechowywanie baterii litowo-jonowych w temperaturze od 5°C do 20°C.

2) Stan naładowania (SOC)

Jak pokazano na rysunku 3.2, napięcie w obwodzie otwartym (OCV) akumulatora litowo-jonowego wzrasta wraz ze wzrostem stanu naładowania (SOC). Im wyższy stopień naładowania akumulatora, tym wyższy wskaźnik OCV podczas przechowywania. Jednakże wzrost OCV powoduje wzrost granicy faz stałego elektrolitu (SEI) i utlenianie elektrolitu, co skutkuje utratą pojemności i wzrostem rezystancji wewnętrznej (IR).

Rysunek 3.2

Rysunek 3.3 przedstawia różną szybkość degradacji akumulatorów litowo-jonowych po dziesięciu latach przechowywania przy różnych wartościach SOC. Wraz ze wzrostem wartości SOC, pozostała pojemność akumulatora litowo-jonowego zmniejsza się szybciej.

Rysunek 3.3

Aby zminimalizować degradację akumulatora i wydłużyć jego żywotność, zaleca się przechowywanie akumulatorów litowo-jonowych przy średnim stopniu naładowania.Przed przechowywaniem zaleca się ładowanie lub rozładowywanie akumulatorów litowo-jonowych do poziomu około 50%.

3.2 Podczas jazdy na rowerze

1) Temperatura:

Choć eksploatacja akumulatora w wyższych temperaturach może tymczasowo poprawić jego wydajność, długotrwała jazda w wysokich temperaturach może skrócić jego żywotność. Na przykład akumulator pracujący w temperaturze 30 °C będzie miał o 20% krótszą żywotność, a w temperaturze 45 °C żywotność jest o połowę krótsza w porównaniu do akumulatora pracującego w temperaturze 20 °C.

Producent zaleca nominalną temperaturę pracy 27 °C w celu optymalizacji wydajności akumulatora. Z drugiej strony, bardzo niskie temperatury zwiększają opór wewnętrzny i zmniejszają pojemność rozładowczą. Akumulator o pojemności 100% w temperaturze 27 °C oferuje pojemność zaledwie 50% w temperaturze -18 °C.

Pojemność rozładowania akumulatora litowo-polimerowego zmienia się w zależności od temperatury i jest niższa w niskich temperaturach (0°C, -10°C, -20°C) niż w wysokich temperaturach (25°C, 40°C, 60°C). Ładowanie akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach (poniżej 15°C) może przyspieszyć pogarszanie się wydajności akumulatora, ponieważ spowalnia osadzanie jonów litu i powoduje osadzanie się litu, co zwiększa rezystancję wewnętrzną i dodatkowo zmniejsza pojemność rozładowania.

Rysunek 3.4

Aby maksymalnie wydłużyć żywotność i wydajność akumulatorów litowo-jonowych, zaleca się ich używanie w umiarkowanej temperaturze. Aby zapewnić maksymalną żywotność urządzenia, optymalna temperatura wynosi 20°C lub nieco poniżej. Jednak w celu zapewnienia maksymalnej żywotności baterii, producent zaleca nieco wyższą temperaturę, wynoszącą 27 °C.

2) Głębokość zrzutu

Głębokość rozładowania (DOD) ma istotny wpływ na żywotność akumulatorów litowo-jonowych. Głębsze rozładowanie powoduje wzrost ciśnienia wewnątrz akumulatora i uszkadza elektrodę ujemną, co przyspiesza utratę pojemności i zwiększa ryzyko uszkodzenia akumulatora. Jak pokazano na rysunku 3.5, głębsze cykle rozładowania skutkują krótszą żywotnością akumulatora.

Rysunek 3.5

Głębokość rozładowania większa niż 50% nazywana jest głębokim rozładowaniem. Gdy napięcie akumulatora litowo-jonowego spadnie z 4,2 V do 3,0 V, zużywa się około 95% jego energii, co skutkuje najkrótszą żywotnością akumulatora przy ciągłej pracy. Aby zminimalizować utratę pojemności, zaleca się użytkowanie akumulatorów w sposób zapobiegający ich całkowitemu rozładowaniu. Częściowe rozładowywanie i ładowanie akumulatorów litowo-jonowych może pomóc wydłużyć ich żywotność.

Producenci zazwyczaj oceniają akumulatory, stosując wzór 80% głębokości rozładowania (DOD), co oznacza, że ​​podczas pracy akumulatora zużywane jest tylko 80% dostępnej energii, a pozostałe 20% jest magazynowane w celu wydłużenia jego żywotności. Choć niski DOD może wydłużyć żywotność akumulatora, zbyt niski DOD może skutkować niewystarczającym czasem pracy i uniemożliwić akumulatorowi wykonywanie niektórych zadań. Aby zapewnić optymalną żywotność i wydajność, w przypadku akumulatorów litowo-jonowych zaleca się wartość DOD wynoszącą około 50%.

3) Napięcie ładowania

baterie litowo-jonowe można ładować wyższym napięciem, aby uzyskać większą pojemność i dłuższy czas pracy.Nie zaleca się jednak pełnego ładowania akumulatora, gdyż może to spowodować osadzanie się litu, co może skutkować utratą pojemności, możliwym uszkodzeniem akumulatora, a także zwiększonym ryzykiem pożaru lub wybuchu.

Rysunek 3.6

Rysunek 3.6 ilustruje utratę pojemności przy wysokich napięciach ładowania (4,2 V/ogniwo) i pokazuje, że im wyższe napięcie i krótsza żywotność, tym szybsza jest utrata pojemności. Aby zapewnić optymalną pojemność i bezpieczeństwo, zalecane napięcie ładowania wynosi 4,2 V. Obniżenie napięcia ładowania o 70 mV zmniejsza całkowitą pojemność o około 10%.

Z tabeli 3.2 wynika, że ​​najdłuższy cykl życia (2400–4000 cykli) osiągany jest przy napięciu ładowania 3,90 V i ulega zmniejszeniu o połowę przy każdym zwiększeniu napięcia ładowania o 0,10 V w zakresie od 3,90 V do 4,30 V.

Tabela 3.2

Aby uniknąć poważnego pogorszenia wydajności baterii litowo-jonowych Aby tego uniknąć należy je ładować napięciem niższym niż 4,10 V. Niższe napięcie ładowania może wydłużyć żywotność akumulatora, ale skróci czas pracy. Ponadto należy unikać napięć rozładowania poniżej 2,5 V na ogniwo, a napięcie ładowania wynoszące 3,92 V jest optymalne, aby zapewnić maksymalny czas cyklu. Z tego powodu firma Timeusb nie zaleca stosowania standardowej ładowarki kwasowo-ołowiowej do akumulatorów LiFePO4, gdyż nie zapewnia ona wystarczającego napięcia do prawidłowego ładowania.

Zalecane napięcia ładowania różnią się w zależności od rodzaju głębokiego cyklu system akumulatorowy. W przypadku urządzeń elektronicznych, takich jak laptopy i telefony komórkowe, w celu wydłużenia czasu pracy baterii stosuje się wyższy próg napięcia. Natomiast duże systemy magazynowania energii dla satelitów i pojazdów elektrycznych wykorzystują niższe progi napięcia, aby wydłużyć żywotność akumulatora. Niezależnie od zastosowania, przeładowanie akumulatorów litowo-jonowych może może znacznie skrócić ich żywotność i stwarzać zagrożenia dla bezpieczeństwa, np. pożar lub wybuch, dlatego należy się z nimi obchodzić ostrożnie.

4) Prąd ładowania/szybkość ładowania

Wysokie wskaźniki C powodują szereg negatywnych skutków w przypadku akumulatorów litowo-jonowych, w tym zwiększoną rezystancję wewnętrzną, mniejszą dostępną energię, problemy z bezpieczeństwem i nieodwracalną utratę pojemności.

Najważniejszą konsekwencją dużych prędkości ładowania jest osadzanie się litu. Ładowanie akumulatora litowo-jonowego dużym prądem powoduje szybką migrację jonów litu, które gromadzą się na powierzchni anody i tworzą lit metaliczny. Problem ten nasila się, gdy akumulator jest szybko ładowany w niskich temperaturach lub przy wysokim stanie naładowania (SOC).

Osadzony lit tworzy strukturę dendrytyczną, która przyspiesza samorozładowywanie akumulatora, a w poważnych przypadkach może prowadzić do zwarć i pożarów. Ponadto wysokie prądy ładowania i rozładowywania powodują większą utratę energii ze względu na opór wewnętrzny, który zamienia energię w ciepło. Jeżeli prąd ładowania przekroczy zalecane wartości dla danego akumulatora, podwyższona temperatura może obciążyć akumulator, powodując jego uszkodzenie i przyspieszoną utratę pojemności.

5) Częsta jazda na rowerze

Częste ładowanie i rozładowywanie akumulatorów litowo-jonowych, zwłaszcza cztery lub więcej razy dziennie, prowadzi do naprężeń mechanicznych i sprzyja tworzeniu się stałej warstwy elektrolitu (SEI).

Akumulatory litowo-jonowe tracą reaktywne miejsca litu na elektrodach zarówno przy katodzie, jak i anodzie z każdym cyklem, zmniejszając pojemność akumulatora. Nagromadzenie warstwy SEI zwiększa wewnętrzny opór akumulatora, zmniejszając przewodnictwo elektroniczne i pojemność ładowania.

Pogrubienie warstwy SEI, a także redukcja miejsc reagujących na lit i inne zmiany chemiczne w ogniwie, mogą prowadzić do utraty pojemności i ostatecznie do uszkodzenia ogniwa. Mimo że istnieje niewiele szczegółowych badań na ten temat, powszechnie uważa się, że wysoka częstotliwość cykli przyspiesza degradację akumulatora ze względu na wyższe temperatury spowodowane częstym użytkowaniem.

Ciągły cykl ładowania akumulatorów litowo-jonowych bez wystarczającego czasu chłodzenia może dojść do naprężenia chemicznego, co może skutkować rozkładem elektrolitu i elektrod.

Część 4. Sposoby na wydłużenie żywotności baterii litowo-jonowych

Aby wydłużyć żywotność baterii litowo-jonowych, należy postępować zgodnie z poniższymi wskazówkami:

1. Utrzymuj odpowiednią temperaturę: Wysokie temperatury mogą skrócić żywotność baterii. Zaleca się przechowywanie i użytkowanie akumulatorów litowo-jonowych w odpowiednim zakresie temperatur od 5°C do 20°C. 2. Częściowe rozładowanie i ładowanie: Zalecane jest częściowe rozładowanie i ładowanie.

2. Częściowe rozładowanie i ponowne ładowanie:Częściowe rozładowanie i ponowne naładowanie (zamiast pełnego cyklu) akumulatorów litowo-jonowych może wydłużyć ich żywotność. Aby wydłużyć żywotność akumulatora, należy unikać głębokiego rozładowania powyżej 50% DOD.
3. Utrzymuj umiarkowane wartości SOC: Ekstremalne wartości SOC mogą prowadzić do utraty pojemności i skrócenia żywotności baterii. Jeśli używasz baterii litowo-jonowych Utrzymując SOC na umiarkowanym poziomie, można zminimalizować degradację i wydłużyć żywotność baterii.

4. Unikaj wysokich temperatur: Wysokie temperatury występujące podczas użytkowania lub przechowywania mogą zwiększyć grubość warstwy SEI i spowodować utlenianie elektrolitu, co skutkuje utratą pojemności i skróceniem żywotności akumulatora.

5. Przechowuj baterie prawidłowo, gdy ich nie używasz: Utrzymuj SOC baterii litowo-jonowych na poziomie ok. 50%, gdy nie są używane, i chronić je przed ekstremalnymi temperaturami i wilgocią.

6. Unikaj szybkiego ładowania i rozładowywania: Szybkie ładowanie lub rozładowywanie powoduje wydzielanie się nadmiernego ciepła, które z czasem może uszkodzić wewnętrzne elementy akumulatora i skrócić jego żywotność.

7. Użyj ładowarki OEM: Stosowanie ładowarki OEM zaprojektowanej specjalnie do akumulatorów litowo-jonowych gwarantuje, że otrzymują one właściwe napięcie i natężenie prądu, co zapobiega uszkodzeniom i wydłuża ich żywotność. Timeusb oferuje odpowiednia ładowarka do akumulatorów LiFePO4aby mieć pewność, że baterie litowe LiFePO4 są ładowane prawidłowo.

Część 5. Często zadawane pytania dotyczące baterii litowo-jonowych

1.Jak długo działają akumulatory litowe w samochodach?

Żywotność akumulatorów litowych w pojazdach mechanicznych zależy od wielu czynników, m.in. jakości akumulatora, sposobu użytkowania i warunków środowiskowych. Ogólnie rzecz biorąc, dobrze utrzymany akumulator litowy w samochodzie może wytrzymać od 8 do 10 lat, a nawet dłużej.

Czas pracy akumulatora zależy jednak od takich czynników, jak częstotliwość użytkowania pojazdu, nawyki związane z ładowaniem, temperatura otoczenia i styl jazdy. Aby wydłużyć czas pracy akumulatora i jego wydajność, należy przestrzegać zaleceń producenta dotyczących konserwacji i ładowania akumulatora.

2. Jak długo można używać akumulatorów litowo-jonowych bez ładowania?

Czas użytkowania akumulatora litowo-jonowego bez ładowania zależy od takich czynników, jak pojemność akumulatora, urządzenie, które zasila, i pobór mocy przez urządzenie. Większość akumulatorów litowo-jonowych można używać średnio od 2 do 10 lat bez ładowania, w zależności od warunków przechowywania. Jednakże okres ten może się różnić w zależności od temperatury, sposobu użytkowania i warunków przechowywania. Aby wydłużyć ich żywotność, należy je prawidłowo przechowywać i utrzymywać zalecany stan naładowania (SOC). Nawet gdy nie są używane, akumulatory litowo-jonowe stopniowo tracą ładunek i przed ponownym użyciem może być konieczne ich naładowanie.

4. Czy akumulatory LiFePO4 są bezpieczniejsze od akumulatorów litowo-jonowych?

Tak, baterie litowo-jonowe (LiFePO4 lub LFP) są uważane za bezpieczniejsze niż konwencjonalne baterie litowo-jonowe (Li-Ion) ze względu na ich większą stabilność chemiczną. Dzięki tej stabilności są one mniej podatne na przegrzanie, niekontrolowane zmiany temperatury i inne problemy związane z bezpieczeństwem.

Akumulatory LiFePO4 są mniej narażone na niekontrolowane zmiany temperatury, ponieważ mają niższy opór wewnętrzny, co powoduje wydzielanie mniejszej ilości ciepła i zmniejsza prawdopodobieństwo uszkodzenia akumulatora lub wybuchu. Są również bardziej stabilne termicznie i wytrzymują wysokie temperatury bez degradacji lub utraty pojemności, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań wymagających ciągłego i niezawodnego źródła zasilania.

Część 6. Czy warto inwestować w baterie litowo-jonowe?

Baterie litowo-jonowe są przestarzałe akumulatory kwasowo-ołowiowe wyraźnie lepszy. Są lżejsze, mają większą pojemność i niższy współczynnik samorozładowania. Wymagają również mniej konserwacji i są trwalsze. Początkowy koszt może być wyższy, ale ogólne oszczędności są znaczące. Dlatego też akumulatory litowo-jonowe są uważane za cenną inwestycję, gdyż stanowią niezawodne i niewymagające częstej konserwacji rozwiązanie do magazynowania dużych ilości energii, co jest szczególnie korzystne wtedy, gdy jest ona najbardziej potrzebna.