Wie man Lithium-ansässige Batterien ausdehnt

Entdecken Sie, was Li-Ion veranlaßt zu altern und was der Batteriebenutzer tun kann, um sein Leben auszudehnen.

Batterieforschung konzentriert sich auf Lithiumchemie soviel, dass man sich vorstellen könnte, dass die Batteriezukunft nur im Lithium liegt. Es gibt triftige Gründe, zu sein, Lithiumion in vielerlei Hinsicht so optimistisch auch ist überlegen anderer Chemie. Anwendungen sind wachsend und greifen in Märkte ein, die vorher fest durch Bleisäure, wie Bereitschafts- und Lastsplanieren gehalten wurden. Viele Satelliten werden auch durch Li-Ion angetrieben.

Lithium-Ion hat nicht noch völlig gereift und verbessert noch. Bemerkenswerte Förderungen sind in der Langlebigkeit und in der Sicherheit gemacht worden, während die Kapazität sich Zuwachs- erhöht. Heute entspricht Li-Ion den Erwartungen der meisten Verbrauchergeräte aber -anwendungen für die weitere Entwicklung EV-Bedarfs, bevor diese Energiequelle die geltende Norm wird.

Was veranlaßt Lithium-Ion zu altern?

Die Lithium-Ionen-Batterie arbeitet an Ionenbewegung zwischen den positiven und negativen Elektroden. In der Theorie sollte solch ein Mechanismus für immer arbeiten, aber die Leistung im Laufe der Zeit radfahren, erhöhte Temperatur und alternde Abnahme. Hersteller wählen einen konservativen Ansatz und spezifizieren das Leben des Li-Ions in den meisten Konsumgütern als, seiend zwischen 300 und 500 Entladungs-/Vorwurfszyklen.

Bewertungsbatteriedauer auf der Zählung von Zyklen ist nicht entscheidend, weil eine Entladung möglicherweise ausführliches sich unterscheidet und es keine eindeutig definierten Standards gibt von, was einen Zyklus festsetzt. Anstelle der Gangzählung schlagen einige Geräthersteller Batterieersatz auf einem Datumstempel vor, aber diese Methode berücksichtigt nicht Verwendung. Eine Batterie fällt möglicherweise innerhalb der zugeteilten Zeit wegen der starken Nutzung oder der ungünstigen Temperaturbedingungen aus; jedoch dauern die meisten Sätze beträchtlich länger als, was der Stempel anzeigt.

Die Leistung einer Batterie wird in der Kapazität, ein führender Gesundheitsindikator gemessen. Innenwiderstand und Selbstentladung spielen auch Rollen, aber diese sind weniger bedeutend, wenn sie das Ende der Batteriedauer mit modernem Li-Ion voraussagen.

Abbildung 1 veranschaulicht den Kapazitätstropfen von 11 Li-Polymerbatterien, die an einem Cadex-Labor Rad gefahren worden sind. Die Zellen des Beutels 1,500mAh für Handys wurden zuerst an einem Strom von 1,500mA (1C) zu 4.20V/cell aufgeladen und lassen dann zu 0.05C (75mA) als Teil der vollen Vorwurfssättigungs sättigen. Die Körperverletzungen wurden dann an 1,500mA zu 3.0V/cell entladen, und der Zyklus wurde wiederholt. Der erwartete Kapazitätsverlust von Li-Ionenkörperverletzungen war- über den gelieferten 250 Zyklen einheitlich und die Körperverletzungen führten wie erwartet durch.

Wurden neues Li-Ion elf auf einem Batterieanalysator Cadex C7400 geprüft. Alle Sätze begannen an einer Kapazität von 88-94% und verringerten sich bis 73-84% nach 250 Zyklen der vollen Entlastung. Die Sätze des Beutels 1500mAh werden in den Handys benutzt.

Die folgenden Tabellen zeigen Druck bezogene Kapazitätsverluste auf Kobalt-ansässigem Lithiumion an. Die Spannungen des Lithiumeisenphosphats und des Lithiumtitanats sind niedriger und treffen nicht auf die gegebenen Referenzspannungen zu.
Obgleich eine Batterie 100 Prozent Kapazität während des ersten Dienstjahres liefern sollte, ist sie allgemein, die als spezifizierten Kapazitäten niedriger zu sehen, und Haltbarkeitsdauer trägt möglicherweise zu diesem Verlust bei. Darüber hinaus neigen Hersteller, ihre Batterien zu überschätzen und wissen, dass sich sehr wenige Benutzer Stichproben tun und wenn niedrig beschweren. Nicht müssend Einzelzellen in den Handys und in den Tabletten zusammenbringen angefordert wird, wie in den Multizellsätzen, öffnet die Schleusentoren für eine viel breitere Leistungsannahme. Zellen mit den niedrigeren Kapazitäten gleiten möglicherweise durch Sprünge ohne Verbraucherzu wissen.

Ähnlich einem mechanischen Gerät, das heraus schneller mit starker Nutzung trägt, bestimmt die Tiefe der Entladung (DoD) die Gangzählung der Batterie. Je kleiner die Entladung (niedriger DoD), desto länger die Batterie dauert. Wenn an allem möglichen, volle Entlastungen vermeiden Sie und die Batterie häufig zwischen Gebrauch aufladen Sie. Teil auf Li-Ion ist fein. Es gibt kein Gedächtnis und die Körperverletzung benötigt nicht periodische Zyklen der vollen Entlastung, das Leben auszudehnen. Die Ausnahme ist möglicherweise eine periodische Kalibrierung der Tankanzeige auf einer intelligenten Körperverletzung oder einem intelligenten Gerät.

Schätzungen der Tabelle 2 die Zahl des Entladungs-/Vorwurfszyklusc$li-ions können auf verschiedenen DoD-Niveaus vor den Körperverletzungskapazitätsrückgängen an 70 Prozent liefern. DoD setzt einen vollen Vorwurf fest, der von einer Entladung zum angezeigten Ladezustand(soc)-Niveau in der Tabelle gefolgt wird.

Lithium-Ion leidet unter Druck, wenn es Hitze herausgestellt wird, tut so das Halten einer Zelle an einer hohen Gebührenspannung. Eine Körperverletzungswohnung über 30°C (86°F) wird erhöhte Temperatur und für das meiste Li-Ion betrachtet, das für eine Spannung über 4.10V/cell als Hochspannung gehalten wird. Die Körperverletzung hoher Temperatur auszusetzen und das Bleiben in einem vollen Ladezustand während einer ausgedehnten Zeit können als radfahrend stressiger sein. Tabelle 3 zeigt Kapazitätsverlust als Funktion der Temperatur und Soc.

Die meisten Li-Ionen laden zu 4.20V/cell auf, und jede Reduzierung in der Höchstgebührenspannung von 0.10V/cell wird gesagt, um das Zyklusleben zu verdoppeln. Zum Beispiel liefert eine Lithiumionenzelle, die zu 4.20V/cell aufgeladen wird gewöhnlich, 300-500 Zyklen. Wenn es zu nur 4.10V/cell aufgeladen wird, kann das Leben zu 600-1,000 Zyklen ausgedehnt werden; 4.0V/cell sollte 1,200-2,000 liefern und 3.90V/cell sollte 2,400-4,000 Zyklen zur Verfügung stellen.

Auf der negativen Seite verringert eine niedrigere Höchstvorwurfsspannung die Kapazität, welche die Körperverletzung speichert. Als einfache Richtlinie senkt jede verantwortliche Spannung der Reduzierung 70mV die Gesamtkapazität durch 10 Prozent. Das Anwenden der Höchstvorwurfsspannung auf einem folgenden Vorwurf stellt die volle Kapazität wieder her.

Im Hinblick auf Langlebigkeit ist- die optimale Gebührenspannung 3.92V/cell. Körperverletzungsexperten glauben, dass diese Schwelle alle Spannung-bedingten Drücke beseitigt; auf LO gehen nicht weiteren Nutzen gewinnen aber verursacht möglicherweise andere Symptome. Tabelle 4 fasst die Kapazität als Funktion der Vorwurfsniveaus zusammen. (Alle Werte werden geschätzt; Energie-Zellen mit höheren Spannungsschwellen weichen möglicherweise.) ab

Experiment: Chalmers-technische Hochschule, Schweden, berichtet, dass die Anwendung eines Niveaus des verringerten Vorwurfs von 50% Soc die Lebenszeitdauer der Fahrzeugc$li-ionenkörperverletzung um 44-130% erhöht.

Die meisten Ladegeräte für Handys, Laptops, Tabletten und Digitalkameras laden Li-Ion zu 4.20V/cell auf. Dieses erlaubt die maximale Kapazität, weil der Verbraucher nichts weniger als optimale Laufzeit wünscht. Industrie andererseits ist betroffen mehr über Langlebigkeit und wählt möglicherweise Niederspannungsschwellen. Satelliten und Elektro-Mobile sind solche Beispiele.

Aus Sicherheitsgründen können viele Lithiumionen 4.20V/cell nicht übersteigen. (Einige NMC sind die Ausnahme.) Während eine höhere Spannung die Kapazität auflädt, verkürzt die Überschreitung der Spannung Nutzungsdauer und kompromittiert Sicherheit. Abbildung 5 zeigt Gangzählung als Funktion der Gebührenspannung. An 4.35V wird die Gangzählung eines regelmäßigen Li-Ions zur Hälfte geschnitten.

Außer dem Vorwählen der bestgeeigneten Spannungsschwellen für eine gegebene Anwendung, sollte ein regelmäßiges Li-Ion nicht an der Hochspannungsdecke von 4.20V/cell während einer ausgedehnten Zeit bleiben. Das Li-Ionenladegerät stellt den Vorwurfsstrom ab und die Körperverletzungsspannung schaltet zu einem natürlicheren Niveau um. Dieses ist wie die Entspannung der Muskeln nach einer fleißigen Übung.

Abbildung 6 veranschaulicht dynamischen reflektierenden Kapazitätsverlust Belastungsproben (DST), wenn es Li-Ion an der verschiedenen Gebühren- und Entladungsbandbreite radfährt. Der Verlust der größten Kapazität tritt auf, wenn er ein völlig belastetes Li-Ion zu 25 Prozent Soc (Schwarzes) entlädt; der Verlust würde höher sein, wenn er völlig entladen wird. Das Radfahren zwischen 85 und 25 Prozent (Grün) stellt eine längere Nutzungsdauer als zur Verfügung, aufladend zu 100 Prozent und entladend zu 50 Prozent (dunkelblau). Der kleinste Kapazitätsverlust wird erreicht, indem man Li-Ion zu 75 Prozent auflädt und zu 65 Prozent entlädt. Dieses jedoch nicht völlig verwendet die Körperverletzung. Hohe Spannungen und Aussetzung zu erhöhter Temperatur wird gesagt, um die Körperverletzung schneller zu vermindern als, radfahrend unter Normalbedingung.

^{Höflichkeit: ResearchGate – Modellieren der Lithium-Ionen-Batterie-Verminderung für Zellleben-Einschätzung.
https://www.researchgate.net/publication/303890624_Modeling_of_Lithium-Ion_Battery_Degradation_for_Cell_Life_Assessment}

Diskrepanzen existieren zwischen Tabelle 2 und Abbildung 6 auf Gangzählung. Keine klaren Erklärungen sind anders als annehmende Unterschiede in der Batteriequalität und -Prüfmethoden verfügbar. Abweichungen zwischen preiswertem Verbraucher und dauerhaften industriellen Graden spielen möglicherweise auch eine Rolle. Kapazitätszurückhalten sinkt schnell bei erhöhten Temperaturen als an 20ºC.

Nur ein voller Zyklus liefert die spezifizierte Energie einer Batterie. Mit einer modernen Energie-Zelle ist dieses 250Wh/kg, aber das Zyklusleben wird kompromittiert. Alles, das, der lebens-ausdehnende Mittelbereich von 85-25 Prozent linear ist, verringert die Energie auf 60 Prozent und dieses stimmt mit dem Mäßigen der spezifischen Energiedichte von 250Wh/kg zu 150Wh/kg überein. Handys sind Konsumgüter, die die volle Energie einer Batterie verwenden. Industrielle Geräte, wie das EV, begrenzen gewöhnlich den Vorwurf bis 85% und entladen bis 25%, um Batteriedauer auszudehnen.

Abbildung 7 extrapoliert die Daten vom Abbildung 6, um das vorausgesagte Zyklusleben des Li-Ions zu erweitern, indem es ein Extrapolationsprogramm verwendet, das linearen Zerfall der Batteriekapazität mit dem progressiven Radfahren annimmt. Wenn dieses wahr waren, dann würde eine Li-Ionenbatterie, die innerhalb 75%-25% Soc Rad gefahren wurde (blau) zu 74% Kapazität nach 14.000 Zyklen verblassen. Wenn diese Batterie bis 85% mit der gleichen Tiefe-vonentladung (Grün) aufgeladen wurden, würde die Kapazität auf 64% bei 14.000 Zyklen abfallen, und mit einem 100% Vorwurf mit dem gleichen DoD (Schwarzes), würde die Kapazität auf 48% abfallen. Aus unbekannten Gründen neigt aus dem wirklichem Leben Dauer, als im simuliertem Modellieren niedriger zu sein.

Li-Ionenbatterien werden zu drei verschiedenen Soc-Niveaus und zum modellierten Zyklusleben aufgeladen. Die Begrenzung der Vorwurfsstrecke dehnt Batteriedauer- aber Abnahmeenergie geliefert aus. Dieses reflektiert sich in erhöhtem Gewicht und im höheren Anlagekosteon.
^{Mit Erlaubnis zu verwenden. Interpolation/Extrapolation durch OriginLab.}

^{Batteriehersteller spezifizieren häufig das Zyklusleben einer Batterie mit 80 DoD. Dieses ist praktisch, weil Körperverletzungen irgendeine Reserve vor Vorwurf unter normalem Gebrauch behalten sollten. (Sehen Sie BU-501: Grundlagen über die Entladung,„wassetzteineAbklingzeit fest"), welchesdieGangzählungaufDST(dynamischeBelastungsprobe)mitKörperverletzungsartsichunterscheidet, Vorwurfszeit, ladendesProtokollundBetriebstemperatur. LaborversucheerhaltenhäufigZahlen, dienichtaufdemGebieterreichbarsind.}

Was kann der Benutzer tun?

Die Umweltbedingungen, nicht allein radfahrend, regeln die Langlebigkeit von Lithium-Ionen-Batterien. Die schlechteste Situation hält eine völlig aufgeladene Batterie bei erhöhten Temperaturen. Batteriesätze sterben nicht plötzlich, aber die Laufzeit verkürzt allmählich, während die Kapazität verblaßt.

Gebührengünstigere Spannungen dehnen Batteriedauer aus und Elektro-Mobile und Satelliten nutzen dieses. Ähnliche Vorkehrungen konnten auch getroffen werden für Verbrauchergeräte, aber diese werden selten angeboten; geplantes Veralten kümmert sich um diesem.

Eine Laptopkörperverletzung konnte ausgedehnt werden, indem man die Vorwurfsspannung senkte, als angeschlossen worden an das Wechselstrom-Gitter. Um diese Eigenschaft benutzerfreundlich zu machen, sollte ein Gerät einen Modus „des langen Lebens“ kennzeichnen der die Körperverletzung an 4.05V/cell hält und eine Soc von ungefähr 80 Prozent anbietet. Eine Stunde bevor dem Reisen, die Teilnehmeranforderungen der Modus „der vollen Kapazität“, den Vorwurf zu 4.20V/cell zu holen.

Die Frage wird gestellt, „sollte ich trenne meinen Laptop vom Stromnetz, wenn nicht verwendet?“ Unter normalen Umständen sollte dieses nicht weil die Aufladung notwendig sein, stoppt, wenn die Li-Ionenbatterie voll ist-. Ein Belagsvorwurf ist wenn der KörperverletzungsSpannungsabfall zu einem bestimmten Niveau nur angewandt. Die meisten Benutzer entfernen nicht den Wechselstrom, und diese Praxis ist sicher.

Moderne Laptops lassen Kühlvorrichtung laufen, als ältere Modelle und berichtete Feuer weniger sind. Halten Sie immer den Luftstrom reibungslos, wenn Sie elektrische Geräte mit Luftkühlung auf einem Bett oder einem Kissen laufen lassen. Ein kühler Laptop verlängert Batteriedauer und schützt die internen Komponenten. Energie-Zellen, die die meisten Konsumgüter aufgeladen werden an 1C oder weniger haben, sollten. Vermeiden Sie so genannte ultraschnelle Ladegeräte, die behaupten, Li-Ion in weniger als einer Stunde völlig aufzuladen.