Як продовжити термін служби літієвих акумуляторів
1. Деякі відомі базові знання
Як акумуляторна батарея, літій-іонні батареї мають багато переваг, таких як висока щільність енергії, і зараз широко використовуються в цифрових продуктах.
(1) Деякі ранні акумуляторні батареї, наприклад нікель-кадмієві, мають ефект пам'яті. Якщо акумулятор не розрядився і почав заряджатися, то при наступному розрядженні і розміщенні в цьому місці його вже не можна буде помістити, в результаті чого ємність акумулятора зменшиться; якщо акумулятор заряджений не повністю, він почне розряджатися, то наступного разу він буде заряджатися, а потім знову заряджатися до цього місця , Його не можна зарядити, що також призводить до зниження ємності. Тому для нікель-кадмієвих батарей та інших акумуляторів, які мають ефект пам’яті, найкращий спосіб їх використання — підзаряджати їх, коли вони вичерпані, і використовувати їх, коли вони заповнені.
Літієві батареї не мають такого ефекту. Навпаки, повне заряджання та розрядження літієвої батареї сильно пошкодить ємність літієвої батареї. Тому літієвий акумулятор не потрібно повністю заряджати.
(2) Літієві батареї надзвичайно шкідливі, незалежно від того, перезаряджені вони чи перерозряджені. Якщо він перезаряджений, це назавжди пошкодить ємність літієвої батареї; якщо він перезаряджений, виникнуть такі ризики, як вибух. Однак немає небезпеки перезаряджання, якщо пристрій літієвої батареї підключено до мережі на ніч, тому що, звичайно, ці пристрої припинять заряджання або зменшать струм до дуже низького рівня, коли вони повністю заряджені (лише щоб компенсувати невелику кількість споживання електроенергії протягом ночі). Насправді, десятидоларовий літієвий акумулятор 18650, який я зазвичай використовую в DIY, має вбудовану плату захисту, тому вона обов’язково буде на мобільних телефонах тощо.
Якщо він надмірно розряджений, літієва батарея більше не буде заряджатися і її не можна буде використовувати безпосередньо. Для спеціальної активації його потрібно розібрати; якщо він буде надмірно розряджений, він буде повністю"заморений голодом" і повністю непридатний для використання. Тому, оскільки сама літієва батарея має певний ступінь саморозряду, необхідно переконатися, що пристрій має певну кількість потужності, перш ніж зберігати пристрій літієвої батареї протягом тривалого часу, щоб запобігти голодуванню акумулятора; через певний період часу перевірте, чи потрібно його заряджати.
(3) Термін служби літієвої батареї дійсно залежить від зарядного струму (або швидкості зарядки). Тому можна сказати, що термін служби літієвої батареї пов’язаний з джерелом живлення. Взагалі кажучи, термін служби літієвих акумуляторів буде меншим, якщо використовується швидка зарядка. Однак до тих пір, поки струм не перевищує величину повного заряду за 1 годину, вплив швидкості зарядки на термін служби не є істотним.
Єдина"проблема" при використанні павербанків, USB-портів комп'ютера тощо, є те, що струм блоку живлення відносно малий, а зарядка дуже повільна; для терміну служби батареї це не шкідливо. За винятком надзвичайно низькоякісних зарядних пристроїв, сучасні пристрої' в основному не підтримують джерело живлення для зарядки, на відміну від перших днів, кожен акумулятор мобільного телефону повинен бути оснащений спеціальним зарядним пристроєм. Навпаки, повільний зарядний струм краще захищає акумулятор.
(4) Літієві батареї найкраще експлуатувати при кімнатній температурі. Використання літієвих батарей при високих температурах, їх заряджання або тривале зберігання призведе до постійного зниження ємності. Заряджання літієвої батареї при низькій температурі (& lt; 0°C) призведе до постійних пошкоджень, але лише її використання при низькій температурі в основному лише тимчасово зменшить ємність, і вона відновиться, коли повернеться до нормальної температури. Зберігати літієві батареї при нижчих температурах не є великою проблемою, але їх не можна зберігати при занадто низьких температурах занадто довго.
2. Більш детальні знання
Втрата ємності літієвих батарей є надзвичайно складним процесом, що включає багато факторів. Тут немає місця для пояснення конкретного механізму, за допомогою якого кожен фактор впливає, а лише короткий перелік цих факторів.
Втрату ємності літієвих батарей можна розділити на дві частини: втрата ємності з часом (календарне старіння) (літієва батарея залишається невикористаною, ємність буде зменшуватися протягом тривалого часу) і втрата ємності, спричинена використанням (циклове старіння). ).
Що стосується першого, то основними факторами є:
Заряджений стан. Це відноситься до місця, де потужність знаходиться в загальній потужності. Наприклад, це 40% або 60%;
Температура (Temperature);
Час зберігання (час).
Що стосується останнього, то основними факторами є:
Глибина розряду кожного разу. Наприклад, щоразу, коли ви заряджаєте від 0% до 100%, а потім заряджаєте до 0%, або починаєте заряджати, коли заряд акумулятора становить 20%, і відключаєте його, коли він досягає 80%. Це не те саме;
Стан заряду (State of Charge), який зазвичай називають електрикою. Для одного і того ж DoD середній SoC може бути різним. Наприклад, коли акумулятор підтримується від 40% до 100%, а акумулятор підтримується від 20% до 80%, хоча глибина заряду та розряду однакова, вплив на акумулятор різний через різний стан заряджання ;
Швидкість заряду (rate of Charge). Якщо зарядний струм може повністю зарядити акумулятор за 1 годину, ми говоримо, що швидкість зарядки в середньому становить 1С; якщо зарядний струм може повністю зарядити акумулятор за 2 години, ми говоримо, що швидкість зарядки в середньому становить 0,5С; і так далі;
Температура (Temperature);
Кількість циклів. Очевидно, що цикл протягом двохсот циклів більш втратний, ніж сто циклів...
Крім того, є деякі фактори, які майже поза нашим контролем. Наприклад, літієва батарея на початковій стадії використання буде проходити процес формування плівки розділу фаз твердого електроліту (SEI-плівка). Цей процес споживає певну кількість іонів літію. Поки акумулятор потрібно використовувати, цей процес не можна обійти, тому нам'не потрібно надто думати про це.
Календарне старіння і старіння циклу в основному незалежні. Таким чином, якщо пристрій може безпосередньо використовувати зовнішнє джерело живлення без заряджання та розрядки літієвої батареї, то можна уникнути циклічного старіння, що сприятливо впливає на термін служби літієвої батареї. Проте, в якому SoC нам залишитися? Ось про що йтиметься далі: якісний закон про вплив різних факторів на термін служби літієвих батарей.
(1) Держава
Дослідження показали, що коли SoC нижча, як календарне старіння, так і циклове старіння будуть відкладені. Тому, якщо ми хочемо звести до мінімуму руйнування літієвих батарей, ми повинні підтримувати низьку потужність. Наприклад, якщо ви хочете, щоб пристрій безпосередньо використовував зовнішнє джерело живлення без заряджання та розрядки літієвої батареї, краще підтримувати рівень живлення на рівні 40%, ніж на рівні 60%.
Отже, якщо для використання потрібен дозвіл, чим менше акумулятор, тим краще? Це залежить від того, чи дозволите ви літієвій батареї не брати участь у зарядці та розрядженні, наприклад, зберігати її на утриманні або використовувати лише зовнішнє джерело живлення (наразі старіння лише календаря), чи дозволите їй брати участь у зарядці та розрядженні (циклове старіння переважає на цього разу).
У першому випадку потужність дійсно мінімальна. Однак, якщо акумулятор занадто низький, ризик голодування, викликаний забуттям зарядити акумулятор, ще більше. За умови, що батарея не помре з голоду, ефект захисту кращий, якщо акумулятор розрядити до 5% або навіть близько 0%, а потім зберігати.
В останньому випадку ситуація трохи складніша. Коли акумулятор занадто низький, внутрішній опір батареї збільшується. Дозвольте'скласти крайню гіпотезу, щоб проілюструвати цю приховану проблему. Ємність певного акумулятора становить 10 Вт·год. Його внутрішній опір дуже високий, коли його потужність становить 0~10%, так що, коли ви зберігаєте 1 Вт-год енергії для зарядки від 0% до 10%, ви можете використовувати лише 0,1 Вт-год, коли виймаєте його, а інші 0,9 Що працює в пристрої. При включенні в тепло на батареї. Наразі ми отримали ефективне використання лише 0,1 Вт-год, але викликали цикл старіння батареї на 1 Вт-год. Внутрішній опір низький, коли його потужність становить від 98% до 100%. Хоча цикл старіння, викликаний батареєю з 98% до 100%, становить лише 0,2 Вт-год, вона виділяє менше тепла під час використання, а також може отримати ефективне значення 0,1 Вт-год. використовувати. Хоча старіння тієї самої батареї ємністю 0,2 Вт год при підвищеній потужності буде більше, ніж еквівалент 0,2 Вт год при низькому енергоспоживанні, вона також, ймовірно, буде меншою, ніж фактична 1 Вт год при низькій потужності.
Серед обмежених даних, які я можу знайти, я не можу сказати, чи рівень заряду акумулятора менше 20%, чи приносить більшу шкоду високий внутрішній опір, чи низький заряд батареї має більшу користь, тому я не можу відповісти тут. Невже батарея повинна бути настільки низькою? Але безсумнівним є те, що принаймні при рівні потужності вище 40% внутрішній опір батареї можна ігнорувати. Тому, наприклад, підтримувати потужність на рівні 40%±20% є більш вигідним, ніж підтримувати її на рівні 60%±20%.
(2) Температура
Яка температура є найбільш дружньою для літієвих батарей? Дані, отримані в результаті різних досліджень, не зовсім збігаються, але приблизно схожі на комфортну температуру людського тіла. Тому підтримуйте кімнатну температуру, щоб вам було комфортно.
При вищих температурах (майже вище, ніж у людини' нормальна температура ротової порожнини) процес старіння все одно відбувається набагато швидше.
При нижчій температурі (майже 0°C) зберігання в принципі не становить проблем, але якщо він заряджений, він завдасть більше шкоди, ніж зазвичай.
При надзвичайно низьких температурах (майже< 20°c)="" навіть="" зберігання="" не="">
(Вставка: дослідження вологості, здається, рідко зустрічаються, але, відповідно до здорового глузду, не думайте, що воно занадто вологе...)
(3) Глибина розряду кожного разу
Чим менше глибина заряду та розряду, тим краще. Набагато краще заряджати протягом короткого періоду часу кілька разів на день, ніж заряджати акумулятор майже повністю кожен день, а потім знову заряджати його вночі.
У вас може виникнути запитання: якщо заряд невеликий, чи'чи не збільшиться кількість циклів природним чином? Наприклад, якщо ми можемо використовувати 500 циклів відповідно до 100% глибини заряду та розряду, чи не' ми, звичайно, не очікуємо використовувати 1000 циклів відповідно до 50% глибини? Насправді це не так. Дослідники стверджують, що кожен цикл заснований на кумулятивній кількості заряду і розряду, досягнувши 100%. За цим визначенням ми все одно отримуємо висновок, що чим дрібніше заряд і розряд, тим краще, а це означає, що, наприклад, на глибині 50% можна розраховувати на 2000 разів заряду і розряду.
(4) Ставка збору
Нижча швидкість зарядки краще. Якщо ви не поспішаєте, рекомендується зменшити використання швидкої зарядки. Однак швидкість зарядки цифрових продуктів, таких як мобільні телефони та планшети, не перевищує 2 °C, що набагато менше, ніж 5 °C або навіть 15 °C, які дослідники виявили більш шкідливими під час дослідження. Тому швидкість зарядки цих пристроїв є відносно невеликим фактором.
(5) Час і кількість циклів
Це очевидно. Чим новіша батарея і чим менше вона використовується, тим меншою буде втрата ємності. Однак, якщо є новий пристрій, його менше використання означає, що час віднімає більший термін служби, замість того, щоб перетворити його на час використання, який супроводжує нас. Здається, це більше, ніж просто технічна проблема. Доброзичливі бачать доброзичливість, а мудрі бачать мудрість.
Підсумуючи вищесказане:
Намагайтеся використовувати та заряджати літієві батареї при кімнатній температурі;
Виберіть відносно низький рівень потужності, тримайте фактичний рівень потужності вище і нижче і уникайте постійного повного заряджання;
Злегка заряджайте і розряджайте, їжте менше і більше їжі;
