Ce este ciclul de descărcare?

A avut un apel marțea trecută cu o întreprindere care își făcea primul dispozitiv portabil. PM mă întreabă de câte ori utilizatorii lor pot încărca bateria. am zis ca depinde. El a vrut un număr. I-am spus 500, poate, în condiții perfecte care nu vor exista niciodată în domeniu.

Asta e problema cu ciclurile de descărcare. Conceptul este foarte simplu, dar aplicarea lui la produse reale se complică rapid.

Bateria dvs. nu contează conexiunile. Conține capacitatea de transfer. Scurgeți 100% din capacitatea plăcuței de identificare și acesta este un ciclu. Faceți-o dintr-o singură lovitură sau împrăștiați-o pe o săptămână de descărcări parțiale - același rezultat.

18650 aflat în lanterna dvs. chiar acum ar putea fi pe ciclul 47 sau pe ciclul 212. Dacă nu ați urmărit am-ore în mod religios, habar nu aveți. Celula sigur nu știe. Nu există un tejghea mic înăuntru. BMS-ul dvs. îl estimează pe baza numărării coulombilor și a variațiilor de numărare a coulombilor. Am îndepărtat pachetele în care numărul de cicluri raportat a fost redus cu 30% în comparație cu îmbătrânirea reală a calendarului.

Samsung SDI a publicat câteva date în 2019, care arată că cele 21700 de celule ale lor ating 83% retenție a capacității la ciclul 300 conform protocolului lor standard de testare. Celulele Panasonic NCR din aceeași epocă erau mai mult ca 78% la 300 de cicluri. Aceste cifre provin din camerele climatice la 23 de grade cu CC-CV încărcat la 0,5C și descărcare la 1C până la 2,5V întrerupt. Kilometrajul dvs. va varia deoarece cazul dvs. de utilizare nu este o cameră climatică.

Toată lumea din această industrie vorbește despre adâncimea descărcării ca și cum ar fi un fel de pârghie magică. Ciclurile superficiale prelungesc viața, ciclurile profunde ucid celulele mai repede. Destul de adevărat. Dar relația nu este ceea ce se așteaptă majoritatea oamenilor.

Am derulat un proiect secundar în 2021, încercând să cuantific acest lucru pentru un client de dispozitive medicale. Am luat 200 de celule din același lot de producție, le-am împărțit în grupuri și le-am ciclat la diferite niveluri DoD timp de opt luni. Grupul 100% DoD a crapat în jurul ciclului 380. Grupul 60% DoD era încă la 88% capacitate la echivalentul a 900 de cicluri complete. Grupul de 30% DoD abia a arătat nicio degradare după un an.

Dar iată ce nu vă vor spune fișele tehnice. Îmbătrânirea calendaristică a mâncat în toate grupurile în aproximativ aceeași rată, indiferent de ciclism. Până la zecea lună, chiar și celulele pe care abia le-am atins au pierdut 4-5% din capacitate doar stând acolo la 50% stare de încărcare într-o cameră de 25 de grade. Celulele cu ciclu puternic au fost lovite din ambele direcții - îmbătrânirea ciclului plus îmbătrânirea calendaristică stivuită una peste alta.

Deci, atunci când clientul dvs. întreabă de ce dispozitivul său vechi de doi-ani-nu rezistă atât de mult, chiar dacă „abia l-a folosit” -, acesta este motivul.

Discharge Cycle

Am o cutie de celule în garaj dintr-un pachet de baterii pentru cărucioare de golf care a petrecut trei veri într-un șopron din Tucson. Proprietarul a jurat că a folosit căruciorul doar de două ori pe lună. Pachetul a fost evaluat pentru 2000 de cicluri. A murit la 160. Celulele arătau bine în exterior. S-a deschis unul, iar rulada de jeleu avea pete maronii pe separator. Electrolitul s-a descompus parțial.

Căldura ucide celulele cu litiu. Nu repede ca un scurt scurt. Încet, ca și cum ai lăsa untul pe blat.

Relația Arrhenius vă oferă o rată de degradare de aproximativ 2x pentru fiecare 10 grade peste 25 de grade. Dar aceasta este o medie pe toate domeniile chimice. Celulele NMC pe care le-am testat au căzut mai repede. LFP a rezistat mai bine. Celulele de pungă pe care le folosim pentru purtabile sunt mai sensibile decât celulele cilindrice cu aceeași chimie, deoarece masa termică este mai mică și se încinge mai mult sub sarcină.

Descărcarea rece este enervantă, dar nu distructivă. Pierzi capacitatea temporar. Se întoarce când celula se încălzește. Am descărcat celule la -15 grade care au oferit doar 61% din capacitatea nominală, apoi le-am lăsat să se încălzească la temperatura camerei și am primit cei 3,2 Ah la următoarea descărcare. Încărcarea la rece este ucigașul - placarea cu litiu pe anod. Acea daune este permanentă. Majoritatea BMS blochează încărcarea sub 0 grade tocmai din acest motiv.

Fiecare descărcare mută ionii de litiu de la anodul de grafit la catod. Fiecare încărcare îi împinge înapoi. Fă asta de multe ori și lucrurile încep să se destrame.

Stratul SEI de pe anod se îngroașă. Se presupune că acel strat ar trebui să fie acolo - protejează grafitul de electrolit. Dar crește cu fiecare ciclu, iar creșterea înseamnă că consumă litiu care altfel ar putea stoca energie. Acesta este motivul pentru care capacitatea scade chiar și atunci când nu se întâmplă nimic dramatic.

Particulele catodice se sparg. Catozii NMC și NCA au o structură cristalină care se extinde și se contractă pe măsură ce litiul intră și iese. Se formează micro-fisuri. Suprafața crește. Reacțiile secundare se accelerează. Am văzut secțiuni transversale-de particule catodice din celule cu ciclu înalt-care arată ca sticla spartă la microscop, în comparație cu celule proaspete din același lot.

Electrolitul se descompune. Urmele de apă provoacă probleme. Tensiunea înaltă accelerează oxidarea. Ajungi cu generarea de gaz, impedanța crescută și, în cele din urmă, celula se umflă sau se evacuează.

Nimic din toate acestea nu se întâmplă în mod egal. Celulele din șirul dvs. de serie care sunt mai fierbinți sau au început cu o capacitate puțin mai mică îmbătrânesc mai repede. După un an sau doi, pachetul tău „potrivit” nu mai este potrivit. Celula slabă limitează întregul șir la descărcare și devine suprasolicitat încercând să țină pasul. Spirala morții de acolo.

IEC 62660 și diferitele standarde UL vă oferă o bază de referință. Treceți-le și puteți expedia produsul. Dar am urmărit testele de certificare a celulelor și apoi am apărut pe teren șase luni mai târziu cu pungile umflate.

Testele de certificare sunt concepute pentru a fi repetabile în laboratoare, nu pentru a simula utilizarea reală. Nimeni nu își folosește telefonul la exact 0,5C curent constant. Nimeni nu își încarcă unealta electrică la un profil CC-CV perfect la 25 de grade .

Dacă sunteți serios să înțelegeți cum va funcționa pachetul dvs., trebuie să construiți un protocol de testare care să se potrivească cu utilizatorul dvs. real. Profilați curentul de descărcare așteptat. Includeți perioadele de odihnă. Atingeți temperaturile extreme pe care le va vedea produsul dvs. Rulați suficiente celule pentru a obține încredere statistică - și asta înseamnă cel puțin 15-20 per condiție de testare, nu cele 3-5 cu care încearcă să scape majoritatea startup-urilor.

Celulele care eșuează la începutul testării vieții au avut aproape întotdeauna defecte de fabricație. Bavuri pe electrod, contaminare, suduri proaste pe urechi. Acestea vor apărea în primele 50 de cicluri. Celulele care eșuează târziu - sunt cele care vă spun ceva despre designul dvs.

Puteți calcula durata de viață estimată dacă vă cunoașteți profilul de utilizator. Un telefon care se încarcă zilnic, poate ajunge la 20% în medie înainte de a conecta -, ceea ce înseamnă aproximativ 0,8 cicluri pe zi. Pe o durată de viață estimată de doi-ani, vă uitați la 580 de cicluri. Dacă celulele dvs. sunt evaluate pentru 500 de cicluri până la 80% capacitate, veți începe să vedeți reclamații în jurul lunii 18.

Acesta este motivul pentru care Apple și Samsung își supradimensionează pachetele în raport cu capacitatea anunțată. „100%” pe care îl vedeți pe telefonul dvs. nu este 100% din ceea ce celulele pot reține de fapt. Ei păstrează un tampon în partea de sus și de jos pentru a reduce stresul asupra celulelor. Telefonul dvs. poate avea o capacitate fizică de 4500 mAh, dar software-ul vă permite să utilizați doar 4000 mAh.

Aceeași idee funcționează pentru orice produs cu baterii. Puteți fie să vă atingeți obiectivul de viață al ciclului cu celule mai bune - care costă mai mult - sau îl puteți atinge prin creșterea capacității și rularea celulelor mai ușor. A doua opțiune câștigă de obicei din costul total atunci când luați în considerare rezervele de garanție.

Discharge Cycle

Ciclul de descărcare este doar o modalitate de a cuantifica uzura. La fel ca milele contorului de parcurs pe o mașină, dar relația dintre mile și viața rămasă este mai zdrobită. Două pachete la 300 de cicluri pot avea o capacitate rămasă complet diferită, în funcție de modul în care au ajuns acolo.

Producătorii de celule vă vor oferi numerele lor. Sarcina ta este să afli cum se traduc acele numere în produsul tău specific și utilizatorii tăi specifici. Nu există nicio formulă pentru asta. Testați, expediați, urmăriți datele de pe teren și ajustați.