срок жизни литий ионного аккумулятора

Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

Ранее тема обсуждалась в следующих постах:

Далее приведены данные, полученные по результатам экспериментов над аккумуляторами различных производителей.

Особенности тестирования

Тесты на количество циклов проводились при разрядке током 1С, для каждого аккумулятора проводились циклы разрядки/зарядки до достижения 80% емкости. Такое число было выбрано исходя из сроков тесто и для возможного сравнения результатов впоследствии. Число полных эквивалентных циклов — до 7500 в некоторых тестах.
Тесты на срок службы проводились при различных уровнях заряда и температуре, каждые 40-50 дней проводились измерения напряжения для контроля разряда, длительность тестов составляла 400-500 дней.

Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.

Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.

Немного терминов:
DoD — Depth of Discharge — глубина разряда.
SoC — State of Charge — уровень заряда.

Использование аккумуляторов

Количество циклов

На данный момент есть теория, что зависимость количества циклов, которые может выдержать аккумулятор от степени разряда аккумулятора в цикле имеет следующий вид (синим обозначены циклы разрядки, черным — эквивалентные полные циклы):

Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.

В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому целесообразным является зарядка аккумулятора при любой возможности.

Расчет суперпозиции циклов

При эксплуатации аккумуляторов возможна работа при одновременном наличии двух циклов (например, рекуперативное торможение в автомобиле):

Получается следующий комбинированный цикл:

Возникает вопрос, как это сказывается на эксплуатации аккумулятора, сильно ли уменьшается ресурс аккумулятора?

По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).

Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.

Эффект памяти

Эффект памяти литий-ионных аккумуляторов по результатам экспериментов отмечен не был. При различных режимах его полная емкость все равно впоследствии не изменялась. В то же время есть ряд работ, которые подтверждают наличие данного эффекта в литий-фосфатных и литий-титановых аккумуляторах.

Хранение аккумуляторов

Температуры хранения

Тут никаких необычных открытий не было сделано. Температуры 20-25°C являются оптимальными (в обычной жизни) для хранения аккумулятора, если его не использовать. При хранении аккумулятора при температуре в 50°C деградация емкость идет практически в 6 раз быстрее.
Естественно более низкие температуры лучше для хранения, но в быту это означает специальное охлаждение. Так как температура воздуха в квартире, как правило, 20-25°C, то и хранение скорее всего будет при такой температуре.

Уровень заряда

Как показали испытания, чем меньше заряд тем медленнее идет саморазряд аккумулятора. Измерялась емкость аккумулятора, какой бы она была при его дальнейшем использовании после длительного хранения. Наилучший результат показали аккумуляторы, которые хранились с зарядом близким к нулю.
В целом хорошие результаты показали аккумуляторы, которые хранились не более чем с 60% уровнем заряда на момент начала хранения. Цифры отличаются от приведенных ниже для 100% заряда в худшую сторону (т.е. аккумулятор придет в негодность ранее, чем указано на рисунке):

Рисунок взят из статьи 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
В то же время цифры для малого заряда более оптимистичны (94% после года при температуре 40°C для хранения при SOC 40%).
Так как 10% заряд непрактичен, так как время работы при таком уровне весьма маленькое, хранить аккумуляторы оптимально при SOC 60%, что позволит применить его в любой момент и не скажется критично на сроке его службы.

Основные проблемы результатов экспериментов

Никто не проводил тесты, которые можно считать на 100% достоверными. Выборка, как правило, не превышает пары тысяч аккумуляторов из миллионов произведенных. Большинство исследователей не могут представить достоверные сравнительные анализы по причинам недостаточной выборки. Также результаты этих экспериментов зачастую являются конфиденциальной информацией. Так что данные рекомендации не обязательно подходят к вашему аккумулятору, но могут считаться оптимальными.

Итоги экспериментов

Оптимальная частота зарядки — при каждой возможности.
Оптимальные условия хранения — 20-25°C при 60% заряде аккумулятора.

Источник

Срок службы литий ионного аккумулятора

Срок службы литиевого аккумулятора, который в настоящий момент значительно увеличен, одна из причин, почему элементы сразу покорили рынок. Li-ion имеют долгую историю, если её сравнивать со скоростью развития электроники.

Каков срок службы литий-ионных аккумуляторов и как его увеличить

Срок службы литий-ионных аккумуляторов создатели новых технологий продлили до 10 лет. Благодаря легкости обслуживания, компактности, пониженному саморазряду, уровню энергоемкости накопитель широко используют в электронных устройствах. Без мобильных телефонов, смартфонов ноутбуков невозможно представить жизнь, для которых Li-ion являются источниками питания. Любой элемент имеет эксплуатационный срок, положительные и отрицательные свойства. Эта батарейка тоже наделена рядом факторов. Владельцы следят за ними, продлевают работоспособность правильным содержанием.

Срок службы литий ионного аккумулятора, что представляет собой Li-ion

Li-ion находится в воздухонепроницаемом корпусе, содержимое состоит из 2 электродов – положительного катода и отрицательного катода. Их разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом из литиевой соли, который служит накопителем электроэнергии.

Появление электрического тока осуществляет ионный поток, они перемещаются из анода в катод.

Батареи выпускают разными по электрическим характеристикам, габаритам и размерам. Единого ГОСТа для них не существует.

Факторы воздействия

Когда ресурс батареи полностью вырабатывается, объем емкости снижается до положения равного техническим параметрам, элемент меняют. Уровень емкости источника энергии, установленный производителем при практическом использовании может уменьшаться или увеличиваться. Отклонения и служба зависят от правильного:

Что влияет на срок службы литий-ионных батарей?

Если батарея не держит заряд, нужно выяснить отчего элемент вышел из строя. Владелец должен следить за его режимом нагрева. Эксплуатация по инструкции продлит жизнь накопителя. Температура враг устройства, которая повышается от неправильного хранения, скорости и продолжительности зарядно-разрядных операций. Окружающая среда тоже действует на литий, аппарат с блоком питания нельзя забывать на солнечных площадках, внутри жаркого автомобиля.

Характерные особенности тепловых воздействий:

Чтобы исключить перегрев, ноутбук избавляют от лишних приложений, переходят в прохладное помещение. На холоде эксплуатация не вызывает проблем, если он не доходит до минусовых температур. Восстановить литиевый источник питания смартфона сможет карман, компьютера — любое теплое место.

Не стоит допускать глубокий разряд элемента. Производитель предусмотрел соблюдение циклов для 100 % уровня зарядки. В телефоне видно, когда загорается красная черта. Владельцу нужно следить и не допускать полного отключения питания.

Условия для сохранности

Существуют несколько простых правил, соблюдение которых способны увеличивать работоспособность Li-ion:

От хранения тоже зависит продолжительность службы. Просто так вынуть и положить на полку элемент нельзя, емкость будет сжиматься от длительных простоев. Только после показателя не ниже 40% зарядки, устройство плотно упаковывают и помещают в холодное место.

Порядок для зарядки

В Li-ion комбинированный зарядка, она состоит из 2 циклов. Вначале идет непрерывно электрический ток до определенного значения в течение 40 мин., затем также поступает напряжение до 1.5 часов. В импульсном режиме накопитель заряжается быстрее.

Во время использования соблюдают ряд ограничительных условий:

Каких ошибок нужно избежать?

Поврежденный внутренний сепаратор приведет к негативным последствиям:

Убережет Li-ion батарею от пожара исключение при эксплуатации недопустимых ошибок:

Чего нельзя делать:

Для вмешательства в сложную схему необходима специальная аппаратура.

Li-ion имеют долгую историю, если её сравнивать со скоростью развития электроники. Существует много причин, почему элементы сразу не покорили рынок, самая важная — это срок службы литиевых аккумуляторов, который в настоящий момент значительно увеличен.

Источник

Сроки службы литиевых аккумуляторов

При выработке ресурса аккумуляторной батареи ее разрядная емкость падает до значения, установленного технической документацией, и АКБ подлежит замене. Но устанавливаемый производителями ресурс источника энергии – это приблизительное значение, которое на практике может отклоняться в сторону увеличения или уменьшения.

При правильном уходе химические источники энергии служат примерно в 15 раз дольше, чем при несоблюдении правил их использования. Ответ на вопрос, какой срок службы литий-ионных аккумуляторов, зависит от ряда факторов. В их числе:

Литий-ионные накопители энергии имеют малый саморазряд, высокий ресурс, большую удельную емкость. Их износ фиксируется при падении емкости до 80% от исходного значения. Но на практике приборы с емкостью ниже 80% успешно эксплуатируются, хотя длительность их работы значительно уменьшается. Ниже приведены рекомендации, позволяющие существенно продлить жизненный цикл Li-ion батареи и избежать дополнительных расходов на преждевременное приобретение новой АКБ.

Способы расширения ресурса литий-ионных батарей

Соблюдение этих простых правил поможет избежать преждевременного старения Li-ion батареи и надолго сохранить ее в нормальном работоспособном состоянии.

Эффективные приемы по продлению жизни Li-ion аккумулятора

Чтобы продлить срок службы литиевых аккумуляторов, производители электромобилей снижают рабочие пороги напряжения элементов батарей. В результате, уменьшается запасаемая емкость, но при этом значительно увеличивается ресурс. Еще один способ увеличить жизненный цикл аккумуляторной батареи – снизить нагрузку на нее путем увеличения емкости. Чем больше элементов в параллели АКБ, тем меньшая сила тока разряда приходится на каждый элемент. Третий способ – снижение управление температурой сборки элементов. Сборка АКБ в холдерах и получаемые проветриваемые полости вокруг элементов снижают тепловую нагрузку на АКБ и влияют на ресурс АКБ. Объединив данные подходы при сборке АКБ можно получить многократное увеличение ресурса (циклов заряд-разряд) АКБ при тех же равных элементах.

Также для увеличения длительности эксплуатации АКБ успешно используются программируемые платы управления BMS, или smart bms (PCB ), позволяющие с приложения под Android или ios настраивать требуемые (в нашем случае щадящие) пороги напряжения. «ВольтБайкс аккумуляторы» устанавливает программируемые платы управления аккумулятором по запросу заказчиков. Ответ на вопрос, сколько составит срок годности литий-ионного аккумулятора в конкретном случае, зависит и от характеристик самого ХИТ, и от особенностей его эксплуатации. Подробнее о правилах использования литиевых АКБ читайте здесь.

Источник

Каков срок службы литий-ионных аккумуляторов и можно ли его продлить

Наверняка многим известны преимущества литиевых источников питания: не требующая обслуживания компактная батарея с пониженным саморазрядом и высокой энергоемкостью нашла широкое применение в ноутбуках, телефонах, смартфонах и прочих умных устройствах. Однако, как и прочие источники, литий-ионные батареи обладают своим рядом недостатков и все же нуждаются в особых условиях хранения. В этой статье пойдет речь о том, каков срок службы литий ионных аккумуляторов и как увеличить период их работоспособности.

Правила для долгой жизни Li-Ion батареи

Рассмотрим, как продлить срок службы аккумулятора телефона и любой другой цифровой техники, работающей на источнике этого типа.

Избегать тотальной разрядки

Используемые ранее в электронных девайсах батареи обладали «эффектом памяти», из-за которого было необходимо разряжать аккумуляторы до нуля, а после — заряжать полностью, чтобы они не разряжались слишком стремительно. Однако современных литий-ионных и литий-полимерных батарей это не касается.

Если устройство разряжается полностью лишь изредка, это не понесет за собой особых последствий. Однако постоянная глубокая разрядка для такого вида аккумуляторов губительна, поэтому не рекомендуется разряжать литий-ионные источники питания ниже, чем на 45%.

Зарядные циклы

На срок работоспособности телефонной батареи также влияют зарядные циклы, то есть количество зарядов на определенный процент.

Утверждают, что литий-ионные аккумуляторы в среднем могут «прожить» до 500 циклов, однако это при учете тотальной разрядки: чем выше процент оставшегося заряда перед началом процесса заряда, тем дольше будет работать девайс. Подробнее о том, как правильно заряжать Li-Ion аккумуляторы →

Избегать перегрева

Жара и мороз негативно влияют на литиевые источники питания, при этом жара губит их даже сильнее, чем мороз. Поэтому лучше всего держать их при температуре +15°С в темном месте.

Применение и долговечность

Литий-ионные аккумуляторы считаются самыми лучшими и, соответственно, самыми дорогими из всех существующих. Они, как уже было сказано ранее, широко используются в качестве аккумулятора ноутбука, смартфонов и многих других незаменимых в жизни гаджетов. Изъяны в аккумуляторной батарее такого типа найти действительно сложно, но они имеются.

Некоторые люди, полагая, что такой срок чрезмерно мал, идут на различного рода хитрости для продления жизни своего драгоценного девайса и увеличивают период работоспособности своих ноутбуков, смартфонов, телефонов и прочих гаджетов, продлевая длительность жизни самим литий- ионным приспособлениям.

Должное хранение и «рецепт» долгоживущих Li-Ion батарей

Если говорить не о продлении жизни устройства, когда максимальные десять лет уже истекли, а о надлежащем хранении приспособления, нужно помнить несколько значимых правил:

О жизни аккумуляторов ноутбуков

А как быть обладателям ноутбуков? Какими способами они могут сохранить важную деталь своего «помощника»?

Для них также существует ряд правил, чтобы приспособление исправно служило в течение долгого времени:

Наверно, каждый второй сравнивает аккумулятор ноутбука с обычным расходным материалом, из разряда «что-то не так с батареей — бегу покупать новую». Аккумуляторы способны менять свои свойства. Они могут потерять свои первичные качества под воздействием массы факторов — от высокой температуры хранения и использования до преклонного возраста самой АКБ.

На деле батарея может испортиться намного раньше положенного срока. Правда, везде бывают исключения: ноутбуки Apple MacBook оснащаются литиевыми аккумуляторами, рассчитанными на более чем 1000 циклов разряд/заряд, и работают без перебоя от 2 до 5 лет. Сравните: обычные Li-Ion АКБ для ноутбуков выдерживают лишь 300 циклов и служат максимум 2-3 года. А потом перед их владельцами стоит выбор — или заняться восстановлением аккумулятора ноутбука, или отправить его на утилизацию.

Как продлить срок службы Li-Ion батареи

На самом деле, продлить жизнь запчасти и, соответственно, ноутбуку, смартфону и прочим устройствам не представляет особой сложности. К примеру, в этом плане повезло обладателям смарфонов на Андроиде. Для них, пожалуй, будет легче всего провести подобную процедуру. Мало того, есть несколько таких способов.

Во-первых, обладатели Андроида могут произвести калибровку девайса. Проще всего эту процедуру можно запустить с помощью приложения «Battery Calibration» — донельзя легкого в использовании благодаря пошаговому руководству. Хотя сами разработчики приложения утверждают, что без root прав процедура не осуществима, к тому же, считается, что к калибровке как таковой «Battery Calibration» не имеет никакого отношения.

Но и тут нет смысла унывать, провести калибровку аккумулятора на Андроиде можно и без скачивания каких-либо приложений.

Нужно лишь следовать достаточно простому алгоритму:

Android обладает возможностями экономии энергии, которых с каждым разом становится все больше. Резким толчком в сторону прогресса в этой области послужил появившийся в Marshmallow инновационный алгоритм засыпания Doze Mode. Он начинает свою работу спустя полчаса-час нахождения устройства в состоянии покоя (при условии, что оно отключено от зарядного устройства и лежит неподвижно). Приложения на смартфоне отправляются в глубокий сон на 1, 2 и 4 часа.

Однако версия для Android Nougat 7.0 работает куда лучше: устройство «засыпает» раньше, и совершенно не важно, находится оно в движении (например, в кармане идущего человека) или нет. Также Doze Mode невозможно отключить, он постоянно будет включаться при случае.

Проще говоря, можно сделать элементарный вывод о том, что более новая версия Android увеличивает длительность работоспособности девайса, поэтому не стоит колебаться по поводу обновления операционной системы, если это возможно.

Во многом продолжительность жизни и качество работы литий-ионного аккумулятора зависит от вашего к нему бережного отношения и соблюдения условий хранения, правильной зарядки и эксплуатации. АКБ в состоянии глубокого разряда можно даже воскресить, но проработает после такого восстановления литий-ионный аккумулятор недолго.

Источник

Как продлить жизнь (ресурс) литий-ионной аккумуляторной батареи

Долго думал, как преподнести материал, и, в конце концов, решил, что его нужно подавать в виде отдельных фактов, касающихся жизни реальных литий-ионных батарей. Так что начнем…

Литий-ионные аккумуляторы больше страдают от процесса «старения» (ухудшение характеристик на протяжении времени), чем от циклирования. Это означает, что большинство аккумуляторов не может служить свыше 5 лет при обычных условиях эксплуатации (оптимистичный прогноз). Мораль такова — если покупаете литий-ионный аккумулятор, внимательно относитесь к дате изготовления — при полугодовой давности вы потеряете 10% от заявленого ресурса.

Старение батарей ускоряется при работе или хранении в жарких условиях – смотри таблицу для литий-кобальтовых аккумуляторов (для литий-марганцевых и литий-железных батарей результаты немного лучше)

Деградация характеристик литий-кобальтовых аккумуляторов всвязи с температурой хранения

Температура, °C	40% уровень заряда (рекомендуемый уровень заряда)	100% уровень заряда (поддерживается пользователями при работе)
0°C	98% через 1 год	94% через 1 год
25°C	96% через 1 год	80% через 1 год
40°C	85% через 1 год	65% через 1 год
60°C	75% через 1 год	60% через 3 месяца

Учитывая, что стандартом определения момента завершения жизни аккумулятора производителем является снижение его емкости до 80% от номинальной понятно, откуда появились 5 лет жизни (когда аккумулятор работает при температуре не выше 25°C и большинство времени находится в полуразряженном состоянии). Поэтому следует правильно огранизовывать охлаждение батарей при эксплуатации и заряжать аккумулятор непосредственно перед использованием, добиваясь среднего уровня заряда в процессе эксплуатации близкого к 40% (проверено на практике – при заряде батареи моего мобильного раз в 3-4 дня до 80-90% емкости и ношении его во внешнем кармане одежды – срок жизни уже достиг более 4х лет при сохранности емкости).

Количество циклов заряда-разряда не так сильно влияют на ресурс литий-ионной батареи, как возраст и температурный фактор – при коротком времени циклирования (непрерывные циклы заряда/разряда током 0,5C ) и хорошем охлаждении литий-ионная батарея может выдержать от 1000 циклов (для литий-кобальтовых) до 2000-3000 циклов (для литий-марганцевых).

Превышение конечного напряжения после заряда с 4,2В до 4,35В повышает емкость аккумулятора на 10-15% при снижении времени жизни в 4-6 раз.

BMS (Battery Manegement System) — система управления батареей — электронный прибор, который обязательно ставится на каждую аккумуляторную банку в батарее для контроля процесса заряда-разряда батареи, продвинутые BMS также имеют логику для определения температуры, количества зарядов/разрядов, оценку вероятности выхода из строя аккумулятора. В основном, задача BMS заключается в контроле напряжения на аккумуляторе и шунтировании токов при достижении граничных пределов, также может контролироваться температура элемента. Для избегания выхода из строя литий-ионного аккумулятора при полной его разрядке необходимо немедленно зарядить его, иначе BMS не позволит начаться заряду когда напряжение на элементе упадет ниже определенного порога из-за саморазряда батареи по соображениям безопасности (проверено на практике – я было оставил свой наладонник на 3 недели в почти разряженном состоянии и потом, несмотря на поздние реанимационные мероприятия, душа аккумулятора благополучно отошла в лучший мир (я на это искренне надеюсь:)).

Существующие продвинутые мониторы состояния батарей в своих расчетах, скорее всего, используют уравнения Пекерта (Peukert). Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора). Это особенно ярко видно на примере «цифрового эффекта памяти» в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект «цифровой памяти» нивелируется калибровкой батареи: полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки без встроенной в BIOS Setup системы калибровки, необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).

Литий-ионные батареи плохо переносят низкие токи заряда и высокие токи разряда (замечание про высокие токи разряда не относистя к LiFePO₄ аккумуляторам, которые могут переносить большие токи разряда, и, в меньшей степени для LiMnO₂ и LiMn₂O₄). Для достижения максимальной длительности жизни необходимо использовать токи 0,5C (половина номинальной емкости) для заряда и разряда аккумулятора. Для LiCoO₂ аккумуляторов нежелательно переходить предел в 1C для токов заряда и разряда (разряд при 2C приводит к сокращению жизни в 2 раза, при 3C – в 4 раза).

Cоблюдение всех указанных предосторожностей позволит достигнуть большого срока жизни (ресурса) вашего литий-ионного аккумулятора и он будет долго радовать вас своей емкостью и низким уровнем внутреннего сопротивления. Также каждые 6-12 месяцев появляются литий-ионные аккумуляторы на основе других химических соединений и внутренней конструкции – у них будут немножко (или множко) другие характеристики. К заявлениям производителей по поводу новых аккумуляторов нужно относиться с известной долей скептицизма, поскольку только опыт длительной эксплуатации может дать ответ на вопросы соответствия заявленных параметров реальным и проверить решения по поводу правильной экспуатации литий-ионных аккумуляторов.

Источник