Optimeerige laetuse taseme vahemikku elektrokeemilise koormuse vähendamiseks

Liitiumakude tervise säilitamine pikaks ajaks tähendab nende laadimise õige haldamist. Kui me piirdume laadimisega umbes 20% ja 80% vahel, mitte lubades neil täielikult tühjeneda ja täituda, siis elektroodid kogevad sisekülgi ligikaudu 58% vähem stressi, nagu näitas Elektrokeemilise Seltsi uuring 2023. aastal. Seda keskmist strateegiat nimetatakseki, mis aitab vältida probleeme, nagu liitiumplaatimine anoodil ja katoodmaterjalides pragunemine, mis on peamised põhjused, miks akud aja jooksul halvenevad. Võtke reaalne näide nutitelefonidest. Seadmed, mis peatavad laadimise jõudes 80%-ni, säilitavad umbes 92% oma algsest mahust isegi pärast 500 täielikku laadimistsüklit. Võrreldes seadmetega, mida laaditakse iga kord täielikult, säilitavad need ainult umbes 78% oma esialgsest mahust sama arvu tsüklite järel.

Miks 20–80% laetusummuse vahemik vähendab vananemist ja maksimeerib liitiumakutsükli eluiga

Pikaajaline kõrge või madal laetuse tase kiirendab keemilist kulumist:

• Üle 90% SoC : Elektrolüüdi oksüdatsioon põhjustab umbes 1,2% kuujaoks väheneva mahutavuse
• Alla 15% SoC : Anoodi lahustumine viib umbes 0,8% kuujaoks degradatsioonini

Michigani Ülikooli uuring (2023) kinnitas, et see osalise laadimise strateegia neljakordistab tsüklielu võrreldes sügavate tühjenemistega.

Tühjenemissügavuse (DoD) mõju: 300 tsüklit 100% DoD juures kuni üle 1200 tsükli 30% DoD juures

Pinnalised tühjenemised pikendavad kasutusiga dramaatiliselt:

Laadimissügavuse piiramine 30% peale vähendab struktuurset väsimust, võimaldades üle 1200 tsükli säilitades üle 90% mahutavuse – oluline rakendustes nagu EV-d ja energiasalvestusüsteemid.

Piirake temperatuuri mõju, et vältida soojuse kiirendatud vananemist

Kuumuskahjustus: kuidas iga +10°C üle 25°C lõikab liitiumakutsükli eluea ligikaudu 50% võrra

Kui temperatuur tõuseb liiga kõrgeks, käivituvad liitiumakude sees keemilised reaktsioonid, mis põhjustavad aja jooksul alaliselt kahjustust. Uuringud näitavad, et kui temperatuur tõuseb vaid 10 kraadi Celsiuse võrra üle tavapärase 25 °C taseme, vananeb aku umbes poole kiiremini kui normaalsetel tingimustel, mis tähendab kokku võetuna vähem laadimistsükleid. Võtke näiteks aku, mille jaoks on ettenähtud 1000 tsüklit – kui see töötab regulaarselt umbes 35 °C juures, siis võib see enne olulise mahutavuse kaotamist alles jõuda ligikaudu 500 tsüklisse. Millest see tuleneb? Kuumus lagundab elektrolüütlahust, teeb kaitsevakihi (SEI) tavalisest paksemaks ning põhjustab katoodi metallide süsteemi sattumise. Isegi siis, kui akusid ei kasutata aktiivselt, kiirendab nende liialine soojus ikkagi nende halvenemist märkimisväärselt. Seetõttu on oluline, et tõsistes reaalsetes rakendustes, kus jõudlus on kõige tähtsam, hoida sobiva soojushalduse abil töötetemperatuuri alla 30 °C, et maksimeerida liitiumakude kasutegurit.

Külma laadimise riskid: Liitiumi plaatimine ja püsiv võimsuse langus alla 0°C

Kui liitiumakusid laaditakse külmakraadides, juhtub liitiumioonidega midagi halba. Selle asemel, et liikuda anoodmaterjali sisse, kuhu nad peaksid minema, hakkavad nad moodustama metallkristalle pinnale. Me nimetame seda tervet segadust "liitiumpleegiks". Halvem on see, et kui see protsess algab, on kahjustus põhimõtteliselt pöördumatu. Igal sellisel korral väheneb mahutavus 5–20%, ja need kristallstruktuurid kasvavad akus nagu väikesed oksad, mis võivad põhjustada ohtlikke lühiseid. Olukord muutub eriti keeruliseks alla nulli kraadi Celsiuse, sest ioonid lihtsalt enam eriti ei liigu. Takistus akus tõuseb märkimisväärselt, mõnikord kuni kolmekordselt tavapärasele tasemele, mis omakorda põhjustab tüütuid pinge hüppeid laadimisel. Uuringud näitavad, et kui aku läbib ainult kümme laadimistsükkel miinus kümne kraadi Celsiuse juures, siis kulumine on umbes sama suur kui sada tsüklit toatemperatuuril. Kogu selle probleemi vältimiseks soovitavad enamik eksperte soojendada akud enne laadimist vähemalt viie kraadini Celsiuse sooja temperatuurini. See lihtne samm aitab säilitada aku eluiga isegi neis rasketes talvistes tingimustes, millega paljud inimesed silmitsi seisavad.

Kasutage nutikaid akude haldussüsteeme ennetavaks kaitseks

Akupangandusüsteemid (BMS) toimivad liitiumakude ajuks, jälgides pidevalt selliseid aspekte nagu pinge tasemed, voolutugevus, temperatuurimuutused ja laengutasemel jäänud mahukogus. Need süsteemid hoiavad ära akude liiga kiire kulumise. Kui tekib liiga suur pinge või kuumus, vähendavad nad automaatselt laadimiskiirusi või lõpetavad elektrivarustuse täielikult, et kaitsta kahjustuste eest. Hea BMS tagab ka seda, et akud ei tühjeneks täielikult, sest see võib nende eluea drastiliselt lühendada – mõnikord kuni umbes kolmveerandini võrreldes olukorraga, kus neid lastaks ainult osaliselt tühjeneda. Temperatuuri reguleerimine on veel üks oluline funktsioon, sest isegi väike 10 kraadi Celsiuse suurenemine toatemperatuurist üles võib pooleks vähendada aku elukestust. Mõned uuemad mudelid on varustatud nutikate tarkvaradega, mis tuvastavad probleeme rakute vahel enne, kui need suureks saavad, ning seejärel ümberjaotavad energiat tasakaalustamiseks ning takistavad teatud alade kiiremat vananemist teiste suhtes. Kõik need kaitsemeetmed koos aitavad pikendada liitiumakude kasutusiga ja vähendavad oluliselt ohtlikke rikkeolukordi, nagu soojuskatked, millest me vahel kuuleme uudistes.

Rakendage õigeid hoiustamis- ja hooldusmeetodeid pikaajalise stabiilsuse tagamiseks

Soovituslik hoiustamine 40–60% laetuse korral jahe, kuiva kliima tingimustes: kalendrivananemise vähendamine kuni 70%

Liitiumakud kestavad palju kauem, kui neid õigesti hoiustatakse, sest see aitab vältida nii nimetatud kalendriaegunemat, mis tähendab lihtsalt seda, et akud kaotavad oma mahukuse lihtsalt seistes kasutamata. Akude laadimine umbes 40–60% piires koormab vähem sisemisi komponente ning nende hoiustamine jahedas kohas, eelistatavalt temperatuuril 15 kuni 25 kraadi Celsiuse järgi, aeglustab keemilisi reaktsioone, mis lõpuks põhjustavad sisemise kahjustumise. Õhk ei tohiks olla liiga niiske – alla 50% niiskus on kõige parem, sest niiskus võib tekitada probleeme nagu korrosioon või isegi lekkimist akust endast. Nende juhiste järgimine annab tõeliselt märkimisväärse tulemuse, vähendades aastast mahu langust kuni 70% võrra võrreldes täiesti laetud akudega, mis hoitakse soojemas keskkonnas umbes 35 kraadil. Kõik, kes plaanivad akusid pikaks ajaks hoiustada, peaksid perioodiliselt kontrollima nende pinge, et veenduda, et need jääksid ikka sobivasse optimaalsesse vahemikku. See lihtne samm takistab nende kahjustumist täieliku tühjenemise tõttu kuude või aastate jooksul mittekasutamisel.

Vältige kõrge laadimisintensiivsuse ja ülelaadimise tingimusi, mis kiirendavad degradatsiooni

Kiirlaadi tagajärjed: 20–30% vähendatud liitiumakutsükli eluiga 2C juures võrreldes standardse 0.5C laadimisega

Kui rääkime kiirest laadimis- ja tühjenemistsüklitest, siis liitiumioonakud saavad elektrokeemiliselt tõeliselt koguda. Laadimine 2C kiirusel tähendab aku täielikku laadimist vaid poole tunniga, kuid selle eest tuleb maksta. Uuringud näitavad, et neile tingimustele alluvad akud kestavad tavaliselt umbes 70–80% nii kaua kui need, mis laaditakse tavapärasel 0,5C kiirusel. Selle vananemise põhjus peitub protsessides, mis toimuvad akus kiirete protsesside ajal. Kiiresti liikuvad ioonid põhjustavad elektrolüüdi tavapärasest kiirema lagunemise ning kiirendavad samuti SEI kihi moodustumist elektroodidel, mis lõpuks vähendab aku kogumahukust. Ka ülelaadimist ei tohi unustada. See tegevus viib akus mitmesuguste kahjulike keemiliste reaktsioonideni, mis võivad tõsiselt kahjustada aku sisemisi komponente ja märkimisväärselt lühendada selle kasulikku eluiga.

• Termilise läbitungimise oht : Üleliigne pinge tekitab soojuse kogunemise (>60°C), kiirendades katoodi degradatsiooni
• Liitiumplaatimine : Metallilise liitiumi sademed moodustuvad anoodidel alla 0°C laadimisel, põhjustades pöördmatu mahulanguse
• Konstruktsioonikahjustus : Ülelaadimine laiendab grafiidianoode loodud piiridest väljapoole, põhjustades elektroodmaterjalide pragunemise

Optimaalsed laadimisprotokollid tasakaalustavad kiirust ja elukest. Maksimaalse liitiumakuga akutsükli eluea saavutamiseks piirake laadimist ‹1C võimalusel ja kasutage nutikaid laadiureid, mis lõpetavad laadimise 100% pingel. Kõrge tarbimisvajadusega rakendused (nt toitevahendid) saavad kasu soojushaldussüsteemidest, et leevendada degradatsiooni kiiretsükkelise töö ajal.

Sageli küsitud küsimused

Mis on optimaalne laetuse seisund (SoC) vahemik liitiumakude jaoks?

Optimaalne laetuse seisund (SoC) vahemik liitiumakude jaoks on 20% ja 80% vahel, kuna see minimeerib elektrokeemilist koormust ja pikendab aku eluiga.

Kuidas mõjutab temperatuur liitiumakuga aku tsüklieluiga?

10°C temperatuuritõus standardse töötemperatuuri 25°C üle võib vähendada liitiumakude tsükelliiga ligikaudu 50%, samas kui töötamine külmumistemperatuuridel võib põhjustada liitiumkihiltumise ja alaliselt väheneda mahuta.

Mis on liitiumkihiltumine?

Liitiumkihiltumine toimub siis, kui laadimisel külmumistemperatuuridel liitiumioonid moodustavad metallkristalle aku anoodi pinnale, mis viib pöördmatu mahuvähendusele.

Kuidas akuhaldussüsteemid (BMS) kaitsevad liitiumakusid?

Akuhaldussüsteemid kaitsevad liitiumakusid, jälgides pinge, voolu, temperatuuri ja laadimistaseme näitu, ning kohandavad automaatselt laadimiskiirusi või lülitage toite välja kahjustuste vältimiseks.