我们应该将锂电池放电多深才能最大限度地延长其使用寿命?

电器工程 电池 电池充电 释放 寿命
2022-01-20 02:33:38

最近我发布了一个答案,提到了非常经典的“锂电池喜欢局部放电,所以设计你的系统以限制放电深度”。但后来我想知道:对于局部放电,充电/放电循环的数量也会增加,同样的能量传递,因此可用循环寿命的增益会减少。例如,手机电池在早上放电 50%,再充电,下午放电 50%,再充电过夜,所需要的循环次数是手机以 100% 放电并每天充电一次的循环次数的两倍。我认为对此进行研究会很有趣。

我继续前进,像往常一样,我将我的发现提交给任何 SE 用户的批准,并欢迎任何人添加它。

我应该指出,这只包括经常使用的电池,而不是那些放在架子上超过几天的电池。即便如此,它们确实倾向于在周期上独立老化,但我没有这方面的数据——也许专家可以对此有所了解。

3个回答

我快速浏览一下:

锂电池的寿命随着放电深度的增加而减少,如下图所示(此曲线适用于铅酸电池,但锂表示遵循类似曲线): 在此处输入图像描述

来源

如果以 100% DoD 值作为参考,可以绘制我所谓的“等能量”曲线(我考虑了 2 秒),这基本上是电池需要多少次循环才能提供与在其整个生命周期内 100% 放电: $$isoenergy(DoD)=\frac{100\%DoDlifetimecycles}{DoD}$$ 例如,50% DoD 需要的循环次数是 100% DoD 的两倍,25% 需要四次等。

这个特定示例的结果:

在此处输入图像描述

结论,仍然认为放电深度应尽可能地减小。

我同意,随着 DOD 的降低,你的整个生命能力都会得到提升——从记忆中,我看到的数据表明,在 DOD 降低 10%-80% 的范围内,你会获得更大的收益——但我不能保证我的回忆是正确的。

然而,还有一些其他因素可能更重要和/或更有用。
如果您能够容忍每天减少容量放电和/或多次充电,则可以通过限制充电上限来获得更好的收益。
锂离子电池通常以 CC/CV 模式充电,CC 通常以 C/1 倍率充电,并且在总容量的 70%-80% 左右达到 Vmax(通常为 4.2 V/cell),余额以 CV 模式输入在降低电流(由电池化学设置)。充电终止发生在某些选定的 Imax xk 处 (0.05 <= k < 1)
K = 1 对应于在 CC/CV 转换时终止充电。众所周知,较小的 k 值会在一定程度上增加总能量容量,但会不成比例地缩短生命周期。k 经常设置为 0.25 甚至 0.5,激进的充电可能会将 k 设置为 0.1 甚至 0.05。
您的曲线表明,即使在 10% 的总生命周期能量通常不可接受的低 DOD 下,存储的能量也比 100% DOD 多不到 50%。我目前没有时间找到参考资料,但我(基本上:-))确信使用 k=1(无 CV 周期)可以获得超过 50% 的增益,这具有非常快速充电的好处( 1 小时以下)(例如,如果 CC/CV 转换发生在 80% 能级,则在 C/1 处从完全排空开始需要 48 分钟)。放电到 100% DID 也“没有帮助”,使用这种方案设置一些最小 DOD 也是有用的。诸如 20% 到 30% 的剩余容量和 80% 的最大容量仍然返回总容量的 50% 到 60%,在需要时留下 20% 到 30% 的紧急缓冲区,并且可能优于简单的底端 DOD 控制。

提供增加的循环寿命和整个生命周期能量存储增加的另一个方面是将 Vmax 设置为低于 25C 时通常的 4.3V/cell。已发布的结果表明,即使降低 0.05V(至 4.15V)也会产生有用的增益,4.1V 更多,4.0V 更多。这些降低的水平伴随着每个周期存储容量的显着降低。

这个有用的电池大学页面讨论了各种锂离子电池寿命延长方法。
表 4 表明,通过将 Vmax 从 4.2V 降低到 4.0V,循环寿命增加 4 倍,每个循环的能量容量仅降低 20% - 增益或 3+ x 通常容量。

下面的表格是从上面的页面复制而来的。

在此处输入图像描述

在 CV 模式下使用 Vmax 降低、最大 DOD 限制和最小化电流降低的某种组合看起来可能会产生非常重要的全寿命容量增益。对于任何给定的可接受的容量减少,可以建立一些最佳组合。听起来像博士:-)。

另见:

BU - 锂电池 - 为什么它们更好

BU - 充电锂离子


更好的是 - 使用 LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

这类分析的一个问题是什么构成了“死”电池。大多数用途将涉及最大允许容量损失,具体取决于用途。电动汽车通常非常依赖续航里程,因此容量损失很小是可以接受的。即使容量损失很大,家庭存储也将继续提供显着的节省,这就是为什么建议将电动汽车电池从车辆中取出后作为家庭存储单元重新使用的原因。