wrzesień 28, 2024

[Przewodnik] Obszerny przewodnik po żywotności baterii LiFePO4

[Anleitung ] Umfassender Leitfaden zur Lebensdauer von LiFePO4 Batterie

Bateria litowo-jonowa (Li Ion) staje się coraz bardziej popularny w miarę przechodzenia świata na czystą i zrównoważoną energię. Znane ze swojej wysokiej gęstości energii i długiej żywotności, akumulatory te zrewolucjonizowały branżę. Jednak wielu użytkowników często zadaje sobie pytanie: „Jak długo wytrzymują baterie litowo-jonowe?” W tym artykule badamy to pytanie i sprawdzamy, w jaki sposób Bateria LiFePO4 , zaawansowany typ baterii litowo-jonowej, charakteryzują się dobrą żywotnością.

Spis treści

Część 1. Co to jest bateria litowo-jonowa?

Bateria litowo-jonowa, w tym Bateria litowo-żelazowo-fosforanowa (LiFePO4) , można ładować i wykorzystują jony litu jako główny składnik elektrolitu. Akumulatory LiFePO4 mają kilka zalet w porównaniu z innymi typami akumulatorów, takich jak: B. dłuższa żywotność, wyższa wydajność i większa gęstość energii, mniej konserwacji, większe bezpieczeństwo i przyjazność dla środowiska. Te cechy sprawiają, że idealnie nadają się do systemów energetycznych poza siecią, zastosowań o wysokiej wydajności i rozwiązań mobilnych.

Ze względu na wysoką gęstość energii i niewielką wagę akumulatory litowo-jonowe są często stosowane jako akumulatory rozruchowe w pojazdach. Doskonale nadają się do tego zastosowania, ponieważ mogą dostarczać wysoki prąd przez krótki czas w celu uruchomienia silnika. Jednakże akumulatory litowo-jonowe stosowane jako akumulatory rozruchowe mają zwykle małą pojemność i nie należy ich nadmiernie rozładowywać, aby uniknąć uszkodzeń.

Natomiast akumulatory LiFePO4 idealnie nadają się jako akumulatory głębokiego rozładowania. Baterie LiFePO4 mają dłuższą żywotność cykliczną niż baterie litowo-jonowe i zapewniają wysoką wydajność przez dłuższy okres czasu.

Część 2. Jak długo wytrzymują baterie litowo-jonowe?

Standardowe akumulatory litowo-jonowe mają średnią żywotność 2-3 lat, w zależności od sposobu użytkowania. Przy odpowiedniej pielęgnacji i przestrzeganiu instrukcji producenta żywotność można przedłużyć do pięciu lat. Baterie 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 wydłużyć ich żywotność.

Baterie LiFePO4 to bardziej zaawansowany i zrównoważony typ baterii litowo-jonowych, który staje się coraz bardziej popularny w branży. Baterie te mają dłuższą żywotność niż standardowe baterie litowo-jonowe, do 10 lat lub dłużej. Ponadto akumulatory LiFePO4 są bardzo stabilne i bezpieczne oraz stanowią bardziej niezawodne i zrównoważone rozwiązanie do zasilania poza siecią i zastosowań mobilnych.

Kluczową zaletą akumulatorów LiFePO4 jest ich zdolność do wytrzymywania większej liczby cykli ładowania i rozładowania. Podczas gdy standardowe akumulatory litowo-jonowe wytrzymują do 500–1000 cykli, akumulatory LiFePO4 wytrzymują do 2.cykli, co czyni je bardziej trwałym i opłacalnym rozwiązaniem w dłuższej perspektywie. Akumulatory Timeusb LiFePO4 wytrzymują od 4 000 do 15 000 cykli i mają żywotność ponad 10 lat, co czyni je idealnym zamiennikiem akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Żywotność wynosi od 4 000 do 15 000 cykli, co czyni je idealnym zamiennikiem akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Ponadto akumulatory LiFePO4 są bezpieczniejsze niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe, ponieważ ich skład chemiczny oznacza mniejsze ryzyko przegrzania lub eksplozji.

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

Część 3. Czynniki wpływające na żywotność akumulatorów litowo-jonowych

Na podstawie badania czynników wpływających na żywotność akumulatorów litowo-jonowych, poniżej przedstawiono czynniki, które mogą mieć wpływ na żywotność akumulatorów litowo-jonowych.

3.1 Podczas przechowywania

1) Temperatura

Główną przyczyną utraty pojemności akumulatorów podczas ich przechowywania jest temperatura, przy czym wyższe temperatury przyspieszają rozkład termiczny elektrod i elektrolitów.

W miarę rozkładu elektrolitu grubość warstwy na granicy faz stałego elektrolitu (SEI) na anodzie wzrasta, powodując zużycie jonów litu, zwiększając opór wewnętrzny i zmniejszając pojemność akumulatora. W wyniku rozkładu powstają również gazy, które zwiększają ciśnienie wewnętrzne i stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa. Jak pokazano w Tabeli 3.1, akumulatory litowo-jonowe przechowywane w tym samym stanie naładowania (40%) i w różnych temperaturach tracą różną pojemność w ciągu roku.

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

Tabela 3.1

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

2) Stan naładowania (stan naładowania, SOC)

Jak pokazano na rysunku 3.2, napięcie obwodu otwartego (OCV) akumulatora litowo-jonowego rośnie wraz ze wzrostem stanu naładowania (SOC). Im wyższy SOC akumulatora, tym wyższy OCV podczas przechowywania. Jednakże wzrost OCV prowadzi do wzrostu granicy faz stałego elektrolitu (SEI) i utleniania elektrolitu, co skutkuje utratą pojemności i zwiększoną rezystancją wewnętrzną (IR).

Rysunek 3.2

Rysunek 3.3 pokazuje różne szybkości 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 baterii i wydłużyć jej żywotność, zaleca się przechowywanie baterii litowo-jonowych na średnim poziomie SOC.Zaleca się, aby przed przechowywaniem akumulatory litowo-jonowe były ładowane lub rozładowywane do około 50% SOC.

3.2 Podczas jazdy na rowerze

1) Temperatura:

Używanie akumulatora w wyższych temperaturach może tymczasowo poprawić jego wydajność, natomiast jazda przez dłuższy czas w wysokich temperaturach może skrócić żywotność akumulatora. Na przykład akumulator pracujący w temperaturze 30°C ma o 20% krótszą żywotność, a w temperaturze 45°C żywotność jest o połowę krótsza w porównaniu z akumulatorem pracującym w temperaturze 20°C.

Producent zaleca nominalną temperaturę pracy wynoszącą 27°C, aby zoptymalizować wydajność akumulatora. Z drugiej strony bardzo niskie temperatury zwiększają opór wewnętrzny i zmniejszają zdolność rozładowania. Akumulator o pojemności 100% w temperaturze 27°C ma pojemność 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 pogorszenie wydajności akumulatorów, spowalniając osadzanie się litowo-jonów i powodując osadzanie się litu, co zwiększa opór wewnętrzny i dodatkowo zmniejsza pojemność rozładowania.

Rysunek 3.4

Aby zmaksymalizować żywotność i wydajność akumulatorów litowo-jonowych, zaleca się ich używanie w umiarkowanych temperaturach. Optymalna temperatura dla maksymalnej żywotności wynosi 20°C lub nieco poniżej. Aby jednak zmaksymalizować żywotność baterii, producent zaleca nieco wyższą temperaturę 27°C.

2) Głębokość rozładowania

Głębokość rozładowania (DOD) ma znaczący wpływ na żywotność akumulatorów litowo-jonowych. Głębsze rozładowanie wytwarza ciśnienie wewnątrz akumulatora i uszkadza położenie elektrody ujemnej, przyspieszając utratę pojemności i zwiększając ryzyko uszkodzenia akumulatora. Jak pokazano na rysunku 3.5, głębsze cykle rozładowania powodują krótszą żywotność baterii.

Rysunek 3.5

Głębokość rozładowania przekraczająca 50% nazywana jest głębokim rozładowaniem. Kiedy napięcie akumulatora litowo-jonowego spadnie z 4,2 V do 3,0 V, zużyte zostanie około 95% jego energii, co skutkuje najkrótszą żywotnością akumulatora przy pracy ciągłej. Aby zminimalizować utratę pojemności, zaleca się używanie akumulatorów w celu uniknięcia całkowitego rozładowania. Częściowe rozładowywanie i ładowanie akumulatorów litowo-jonowych może pomóc przedłużyć ich żywotność.

Producenci zazwyczaj oceniają akumulatory, stosując formułę głębokości rozładowania 80% (DOD), co oznacza, że tylko 80% dostępnej energii jest wykorzystywane podczas pracy, a pozostałe 20% jest magazynowane w celu wydłużenia żywotności akumulatora. Podczas gdy niski DOD może wydłużyć żywotność, zbyt niski DOD może skutkować niewystarczającym czasem pracy i niezdolnością akumulatora do wykonywania określonych zadań. Aby zapewnić optymalną trwałość i wydajność, dla akumulatorów litowo-jonowych zaleca się wartość DOD wynoszącą około 50%.

3) Napięcie ładowania

Baterie litowo-jonowe można ładować wyższym napięciem, aby osiągnąć dużą pojemność i dłuższy czas pracy.Nie zaleca się jednak pełnego ładowania akumulatora, ponieważ może to spowodować osadzanie się litu, co może skutkować utratą pojemności, możliwym uszkodzeniem akumulatora i zwiększonym ryzykiem pożaru lub eksplozji.

Rysunek 3.6

Rysunek 3.6 ilustruje utratę pojemności przy wysokich napięciach ładowania (4,2 V/ogniwo) i pokazuje, że im wyższe napięcie i im krótszy okres użytkowania, tym szybciej następuje utrata pojemności. Aby zapewnić optymalną pojemność i bezpieczeństwo, zalecane napięcie ładowania wynosi 4,2 V. Zmniejszenie napięcia ładowania o 70 mV zmniejsza całkowitą pojemność o około 10%.

Z tabeli 3.2 wynika, że najdłuższy cykl życia (2400-4000 cykli) osiąga się przy napięciu ładowania 3,90 V i zmniejsza się o połowę przy każdym wzroście napięcia ładowania o 0,10 V w zakresie od 3,90 V do 4,30 V.

Tabela 3.2

Aby spowodować poważne pogorszenie wydajności akumulatorów litowo-jonowych Aby tego uniknąć, należy je ładować napięciem mniejszym niż 4,10 V. Chociaż niższe napięcie ładowania może wydłużyć żywotność akumulatora, skraca czas pracy. Dodatkowo należy unikać napięć rozładowania poniżej 2,5 V na ogniwo, a napięcie ładowania wynoszące 3,92 V jest optymalne dla maksymalnego czasu cyklu. Z tego powodu Timeusb nie zaleca używania standardowej ładowarki kwasowo-ołowiowej do akumulatorów LiFePO4, ponieważ nie zapewnia ona wystarczającego napięcia do prawidłowego ładowania.

Zalecane napięcia ładowania różnią się w zależności od rodzaju głębokiego cyklu układ akumulatorowy. W przypadku urządzeń elektronicznych, takich jak laptopy i telefony komórkowe, stosuje się wyższy próg napięcia, aby zmaksymalizować żywotność baterii. Z kolei duże systemy magazynowania energii dla satelitów lub pojazdów elektrycznych wykorzystują niższe progi napięcia, aby wydłużyć żywotność baterii. Niezależnie od zastosowania może wystąpić przeładowanie akumulatorów litowo-jonowych znacznie skracają ich żywotność i stwarzają zagrożenie dla bezpieczeństwa, takie jak pożar lub eksplozja, dlatego należy się z nimi obchodzić ostrożnie.

4) Prąd ładowania/szybkość ładowania

Baterie litowo-jonowe są narażone na szereg negatywnych skutków przy wysokich wartościach C, w tym zwiększoną rezystancję wewnętrzną, zmniejszoną dostępną energię, problemy związane 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 ładowany szybko w niskich temperaturach lub przy wysokim stanie naładowania (SOC).

Osadzony lit tworzy strukturę dendrytyczną, która zwiększa samorozładowanie akumulatora, a w ciężkich przypadkach może prowadzić do zwarć i możliwych pożarów. Ponadto wysokie prądy ładowania i rozładowywania powodują większe straty energii ze względu na rezystancję wewnętrzną, która przekształca energię w ciepło. Jeśli prądy ładowania przekraczają wartości zalecane dla akumulatora, podwyższona temperatura może obciążyć akumulator, powodując jego uszkodzenie i przyspieszając utratę pojemności.

5) Częsta jazda na rowerze

Częste przełączanie akumulatorów litowo-jonowych, szczególnie cztery lub więcej razy dziennie, powoduje naprężenia mechaniczne i sprzyja wzrostowi międzywarstwy stałego elektrolitu (SEI).

Akumulatory litowo-jonowe tracą reaktywne miejsca litu na elektrodach zarówno na katodzie, jak i anodzie z każdym cyklem, zmniejszając pojemność akumulatora. Nagromadzenie warstwy SEI zwiększa rezystancję wewnętrzną akumulatora, zmniejszając w ten sposób przewodność elektroniczną i redukcję ładowność.

Pogrubienie warstwy SEI, wraz ze zmniejszeniem liczby miejsc reagujących na lit i innymi zmianami chemicznymi w komórce, może prowadzić do utraty pojemności i ostatecznej awarii komórki. Chociaż niewiele jest szczegółowych badań na ten temat, powszechnie uważa się, że wysoka częstotliwość cykli przyspiesza degradację baterii ze względu na wyższe temperatury spowodowane częstym użytkowaniem.

Ciągła praca akumulatorów litowo-jonowych bez wystarczającego czasu chłodzenia może prowadzić do naprężeń chemicznych, które mogą skutkować rozkładem elektrolitu i elektrod.

Część 4. Sposoby przedłużenia żywotności akumulatorów litowo-jonowych

Aby przedłużyć żywotność baterii litowo-jonowych, postępuj zgodnie z poniższymi wskazówkami:

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

Częściowe rozładowywanie i ładowanie: Częściowe rozładowywanie i ładowanie (zamiast pełnego cyklu) akumulatorów litowo-jonowych może wydłużyć ich żywotność. Aby wydłużyć żywotność baterii, należy unikać głębokich rozładowań powyżej 50% DOD.
Utrzymuj umiarkowane poziomy SOC: Ekstremalne poziomy SOC mogą prowadzić do utraty pojemności i skrócenia żywotności baterii. Jeśli masz baterie litowo-jonowe Utrzymując SOC na umiarkowanym poziomie, możesz zminimalizować degradację i wydłużyć żywotność baterii.

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

Prawidłowo przechowuj baterie, gdy nie są używane: Utrzymuj SOC akumulatorów litowo-jonowych na poziomie około 50%, gdy nie jest używany i chronić przed ekstremalnymi temperaturami i wilgocią.

Unikaj szybkiego ładowania i rozładowywania: Szybkie ładowanie lub rozładowywanie generuje nadmierne ciepło, które z czasem może uszkodzić wewnętrzne elementy akumulatora i skrócić jego żywotność.

Użyj ładowarki OEM: Korzystanie z ładowarki OEM zaprojektowanej specjalnie dla akumulatorów litowo-jonowych zapewnia uzyskanie prawidłowego napięcia i prądu, zapobiegając uszkodzeniom i wydłużając ich żywotność. oferty Timeusb odpowiednią ładowarkę do akumulatorów LiFePO4 aby zapewnić prawidłowe ładowanie akumulatorów litowych LiFePO4.

Część 5. Często zadawane pytania dotyczące akumulatorów litowo-jonowych

1.Jak długo wytrzymują litowe akumulatory samochodowe?

Żywotność baterii litowych w samochodach zależy od wielu czynników, w tym od jakości baterii, sposobu użytkowania i warunków środowiskowych. Ogólnie rzecz biorąc, dobrze konserwowany litowy akumulator samochodowy może wytrzymać od 8 do 10 lat lub dłużej.

Jednakże żywotność baterii zależy od takich czynników, jak częstotliwość użytkowania pojazdu, zwyczaje dotyczące ładowania, temperatura otoczenia i styl jazdy. Aby zmaksymalizować żywotność i wydajność baterii, należy postępować zgodnie z wytycznymi producenta dotyczącymi konserwacji i ładowania baterii.

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

To, jak długo można używać akumulatora litowo-jonowego bez ładowania, zależy od takich czynników, jak pojemność akumulatora, zasilane urządzenie 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 zmaksymalizować żywotność, ważne jest ich prawidłowe przechowywanie i utrzymywanie zalecanego stanu naładowania (SOC). Nawet gdy nie są używane, akumulatory litowo-jonowe stopniowo tracą ładunek i może zaistnieć potrzeba ich ponownego naładowania przed użyciem.

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

Tak, akumulatory litowo-jonowe (LiFePO4 lub LFP) są uważane za bezpieczniejsze niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion) ze względu na ich większą stabilność chemiczną. Ta stabilność sprawia, że są mniej podatne na przegrzanie, niestabilność termiczną i inne problemy związane z bezpieczeństwem.

Akumulatory LiFePO4 charakteryzują się niższym ryzykiem ucieczki termicznej, ponieważ mają niższy opór wewnętrzny, co generuje mniej ciepła i zmniejsza ryzyko uszkodzenia lub eksplozji akumulatora. Są również bardziej stabilne termicznie i wytrzymują wysokie temperatury bez pogorszenia wydajności i pojemności, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających trwałego i niezawodnego źródła zasilania.

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

Baterie litowo-jonowe są przestarzałe Akumulatory kwasowo-ołowiowe wyraźnie lepszy. Są lżejsze, mają większą moc i niższy współczynnik samorozładowania. Wymagają również mniej konserwacji i działają dłużej. Koszt początkowy może być wyższy, ale ogólne oszczędności są znaczne. Dlatego akumulatory litowo-jonowe są uważane za cenną inwestycję, ponieważ stanowią niezawodne i niewymagające konserwacji rozwiązanie do magazynowania dużych ilości energii, co jest szczególnie korzystne, gdy jest ona najbardziej potrzebna.

Powrót do Aktualności

Subskrybuj i zaoszczędź 6%