Optimumkan Julat Keadaan Cas untuk Mengurangkan Tekanan Elektrokimia

Menjaga kesihatan bateri litium dari semasa ke semasa bermakna menguruskan cara pengecasan dengan betul. Apabila kita mengekalkan pengecasan antara kira-kira 20% hingga 80%, bukannya membenarkannya habis sepenuhnya sebelum dicas penuh, elektrod di dalamnya mengalami tekanan yang kurang lebih 58% berdasarkan penyelidikan daripada Persatuan Elektrokimia pada tahun 2023. Strategi 'titik tengah' ini membantu mencegah masalah seperti pelapisan litium pada anod dan retakan pada bahan katod, iaitu punca utama kerosakan bateri dari semasa ke semasa. Sebagai contoh dunia nyata, telefon pintar yang memberhentikan pengecasan pada 80% kekal mempunyai kira-kira 92% daripada kapasiti asalnya walaupun telah melalui 500 kitaran pengecasan penuh. Berbanding telefon yang dicas penuh setiap kali, yang hanya mengekalkan kira-kira 78% daripada kapasiti awalnya selepas bilangan kitaran yang sama.

Mengapa Julat SoC 20%–80% Mengurangkan Kerosakan dan Memaksimumkan Jangka Hayat Kitaran Bateri Litium

Keadaan cas yang terlalu tinggi atau terlalu rendah secara berterusan mempercepatkan kehausan kimia:

• Di Atas 90% SoC : Pengoksidaan elektrolit menyebabkan kehilangan kapasiti sebanyak ~1.2% setiap bulan
• Di Bawah 15% SoC : Larutan anod menyebabkan penguraian sebanyak ~0.8% setiap bulan

Kajian oleh University of Michigan (2023) mengesahkan strategi pengecasan separa ini melipatgandakan empat kali ganda jangka hayat kitaran berbanding pelepasan dalam.

Kesan Kedalaman Pelepasan (DoD): Daripada 300 Kitaran pada 100% DoD kepada >1,200 pada 30% DoD

Pelepasan sesetengah secara mendalam memperpanjang jangka hayat guna pakai:

Menghadkan kedalaman descas sebanyak 30% mengurangkan kelesuan struktur, membolehkan lebih daripada 1,200 kitaran sambil mengekalkan kapasiti 90% ke atas—penting untuk aplikasi seperti EV dan sistem penyimpanan tenaga.

Kawal Pendedahan Suhu Untuk Mencegah Penuaan Terma yang Dipercepat

Kerosakan Akibat Panas: Bagaimana Setiap +10°C Melebihi 25°C Mengurangkan Jangka Hayat Kitar Bateri Litium sebanyak ~50%

Apabila suhu meningkat terlalu tinggi, ia mencetuskan tindak balas kimia di dalam bateri litium yang menyebabkan kerosakan kekal dari semasa ke semasa. Kajian menunjukkan bahawa jika suhu meningkat sebanyak 10 darjah Celsius melebihi paras piawai 25°C, nyahara bateri menjadi kira-kira separuh lebih cepat daripada biasa, yang bermaksud bilangan kitaran casan secara keseluruhan akan berkurang. Sebagai contoh, ambil bateri yang direka untuk 1,000 kitaran—jika ia beroperasi secara kerap pada suhu sekitar 35°C, ia mungkin hanya mampu mencapai kitaran sebanyak 500 sebelum kehilangan kapasiti secara ketara. Mengapa? Habuk memusnahkan larutan elektrolit, menyebabkan lapisan SEI pelindung menjadi lebih tebal daripada biasa, dan mengakibatkan logam dalam katod meresap ke dalam sistem. Malah apabila bateri tidak digunakan secara aktif, menyimpannya dalam keadaan terlalu panas tetap mempercepatkan kadar kerosakannya secara mendadak. Mengekalkan operasi di bawah 30°C melalui pengurusan haba yang sesuai kekal sangat penting untuk memaksimumkan prestasi bateri litium dalam aplikasi dunia sebenar yang serius di mana prestasi paling utama.

Risiko Pengecasan Sejuk: Pelapisan Litium dan Kehilangan Kapasiti Kekal Di Bawah 0°C

Apabila bateri litium dicas dalam keadaan beku, sesuatu yang buruk berlaku kepada ion litium tersebut. Daripada bergerak ke dalam bahan anod seperti mana sepatutnya, ion-ion ini mula membentuk hablur logam di permukaan. Kita menyebut keseluruhan masalah ini sebagai "pelapisan litium". Apa yang memburukkan keadaan ialah sekali proses ini bermula, kerosakan yang berlaku adalah hampir kekal. Setiap kali ia berlaku, kapasiti menurun antara 5% hingga 20%, dan pembentukan hablur ini tumbuh seperti cawangan kecil di dalam bateri yang boleh menyebabkan litar pintas yang berbahaya. Keadaan menjadi lebih rumit di bawah suhu sifar darjah Celsius kerana ion-ion tersebut tidak lagi bergerak dengan lancar. Rintangan di dalam bateri meningkat ketara, kadangkala mencapai tiga kali ganda nilai normal, dan ini menyebabkan lonjakan voltan yang mengganggu semasa pengecasan. Kajian menunjukkan bahawa jika bateri melalui hanya sepuluh kitaran pengecasan pada suhu minius sepuluh darjah Celsius, ia mengalami kerosakan yang hampir setara dengan seratus kitaran pada suhu bilik. Untuk mengelakkan semua masalah ini, kebanyakan pakar mencadangkan pemanasan awal bateri sehingga sekurang-kurangnya lima darjah Celsius sebelum memulakan proses pengecasan. Langkah mudah ini membantu mengekalkan jangka hayat bateri walaupun dalam keadaan musim sejuk yang keras yang dihadapi ramai orang.

Gunakan Sistem Pengurusan Bateri Pintar untuk Perlindungan Proaktif

Sistem Pengurusan Bateri (BMS) bertindak sebagai otak di sebalik bateri litium, sentiasa memantau perkara seperti aras voltan, aliran arus, perubahan suhu, dan jumlah cas yang masih tinggal di dalamnya. Sistem-sistem ini berfungsi keras untuk mengelakkan bateri daripada haus terlalu cepat. Apabila terdapat voltan atau haba yang terlalu tinggi, mereka secara automatik mengurangkan kelajuan pengecasan atau memutuskan bekalan kuasa sepenuhnya bagi melindungi daripada kerosakan. BMS yang baik juga memastikan bateri tidak dicas sepenuhnya sehingga kosong kerana ini boleh memendekkan jangka hayatnya secara mendadak — kadangkala mengurangkannya hampir tiga perempat berbanding hanya membenarkan mereka nyahcas separuh. Kawalan suhu merupakan ciri penting lain kerana peningkatan kecil sebanyak 10 darjah Celsius melebihi suhu bilik boleh mengurangkan jangka hayat bateri hampir separuh. Sesetengah model baharu dilengkapi dengan perisian pintar yang dapat mengesan masalah antara sel sebelum ia menjadi isu besar, kemudian mengalihkan tenaga untuk menyeimbangkan keadaan dan mengelakkan kawasan tertentu daripada menua lebih cepat daripada yang lain. Semua perlindungan ini digabungkan membantu memperpanjang tempoh hayat bateri litium dan secara ketara mengurangkan kegagalan berbahaya seperti larian terma yang kadangkala kita dengar dalam laporan berita.

Gunakan Amalan Penyimpanan dan Penjagaan yang Betul untuk Kestabilan Jangka Panjang

Penyimpanan Ideal pada 40%–60% SoC dalam Keadaan Sejuk dan Kering: Mengurangkan Penuaan Kalendar Sehingga 70%

Bateri litium tahan lebih lama apabila disimpan dengan betul kerana ini membantu mencegah penuaan kalendar, iaitu apabila bateri kehilangan kapasiti hanya dengan dibiarkan tidak digunakan. Menyimpannya dalam keadaan cas antara 40% hingga 60% mengurangkan tekanan pada komponen dalaman, dan menyimpannya di tempat yang sejuk, idealnya antara 15 hingga 25 darjah Celsius, memperlahankan tindak balas kimia yang akhirnya merosakkan bahagian dalam. Udara juga tidak seharusnya terlalu lembap, kelembapan di bawah 50% adalah yang terbaik kerana wap air boleh menyebabkan masalah seperti kakisan atau malah kebocoran dari bateri itu sendiri. Mengikuti panduan ini memberi perbezaan yang nyata, mengurangkan kehilangan kapasiti tahunan sehingga 70% berbanding membiarkan bateri dalam keadaan penuh cas di suhu yang lebih tinggi sekitar 35 darjah. Sesipapun yang merancang untuk menyimpan bateri untuk jangka masa panjang harus memeriksa voltannya secara berkala untuk memastikan ia kekal dalam julat optimum tersebut. Langkah mudah ini mengelakkan bateri daripada rosak akibat habis cas sepenuhnya selepas beberapa bulan atau tahun tidak digunakan.

Elakkan Keadaan Kadar Tinggi dan Cas Lebih Yang Mempercepatkan Penyahpejaluna

Kompromi Pengecasan Pantas: Pengurangan 20–30% Jangka Hayat Kitar Bateri Litium pada 2C berbanding Pengecasan Piawai 0.5C

Apabila kita bercakap mengenai kitaran pengecasan dan pelepasan pantas, sel litium-ion benar-benar mengalami tekanan dari segi elektrokimia. Pengecasan pada kadar 2C bermaksud bateri dicas penuh dalam tempoh hanya setengah jam, tetapi ini datang dengan kos. Kajian menunjukkan bahawa bateri yang dikenakan keadaan sedemikian biasanya hanya tahan sekitar 70 hingga 80% daripada jangka hayat bateri yang dicas pada kadar piawai 0.5C. Sebab di sebalik penguraian ini terletak pada apa yang berlaku di dalam sel semasa proses pantas ini. Ion yang bergerak pantas menyebabkan elektrolit terurai lebih cepat daripada biasa, serta mempercepatkan pembentukan lapisan SEI pada elektrod, yang akhirnya mengurangkan kapasiti keseluruhan dari masa ke masa. Dan jangan lupa juga mengenai pengecasan berlebihan. Amalan ini membawa kepada pelbagai tindak balas kimia merbahaya di dalam bateri yang boleh merosakkan komponen dalaman secara serius dan memendekkan jangka hayat gunanya secara ketara.

• Risiko lari panas terkawal : Voltan berlebihan menyebabkan kejadian haba (>60°C), mempercepatkan penguraian katod
• Pemlatingan litium : Munculnya enapan litium logam pada anod di bawah 0°C semasa pengecasan, menyebabkan kehilangan kapasiti tidak berbalik
• Kerosakan struktur : Pengecasan berlebihan mengembangkan anod grafit melebihi had rekabentuk, menyebabkan retakan pada bahan elektrod

Protokol pengecasan optimum menyeimbangkan kelajuan dan jangka hayat. Untuk jangka hayat kitaran bateri litium yang maksimum, hadkan pengecasan kepada ‹1C apabila mungkin dan gunakan pengecas pintar yang berhenti secara automatik pada voltan 100%. Aplikasi penggunaan tinggi (contohnya alat geraian kuasa) mendapat manfaat daripada sistem pengurusan haba untuk mengurangkan degradasi semasa kitaran pantas.

Soalan Lazim (FAQ)

Apakah julat Keadaan Cas (SoC) yang optimum untuk bateri litium?

Julat SoC yang optimum untuk bateri litium adalah antara 20% hingga 80%, kerana ini meminimumkan tekanan elektrokimia dan memperpanjang jangka hayat bateri.

Bagaimanakah suhu memberi kesan kepada jangka hayat kitaran bateri litium?

Peningkatan sebanyak 10°C melebihi suhu operasi piawai 25°C boleh mengurangkan jangka hayat kitaran bateri litium sebanyak kira-kira 50%, manakala pengendalian dalam keadaan beku boleh menyebabkan pelapisan litium dan kehilangan kapasiti yang kekal.

Apakah itu pelapisan litium?

Pelapisan litium berlaku apabila ion litium membentuk hablur logam pada permukaan anod bateri semasa pengecasan pada suhu beku, yang mengakibatkan kehilangan kapasiti secara ireversibel.

Bagaimanakah Sistem Pengurusan Bateri (BMS) melindungi bateri litium?

BMS melindungi bateri litium dengan memantau voltan, arus, suhu, dan tahap cas, serta menyesuaikan kelajuan pengecasan secara automatik atau memutuskan kuasa untuk mencegah kerosakan.