Шта је циклус пражњења?

Имао је позив прошлог уторка са стартупом који ради свој први ручни уређај. ПМ ме пита колико пута њихови корисници могу да напуне батерију. Рекао сам да зависи. Желео је број. Рекао сам му 500, можда, под савршеним условима какви никада неће постојати на терену.

То је проблем са циклусима пражњења. Концепт је крајње једноставан, али примена на праве производе брзо постаје компликована.

Ваша батерија не броји прикључке-. Рачуна проток капацитета. Испразните 100% капацитета са натписне плочице и то је један циклус. Урадите то једним потезом или распоредите на недељу делимичних пражњења - исти резултат.

18650 који тренутно седи у вашој батеријској лампи може бити на циклусу 47 или циклусу 212. Осим ако нисте религиозно пратили -сате, немате појма. Ћелија сигурно не зна. Унутра нема малог пулта. Ваш БМС то процењује на основу бројања кулона и померања бројања кулона. Раздвојио сам пакете где је пријављени број циклуса мањи за 30% у поређењу са стварним старењем календара.

Самсунг СДИ је објавио неке податке још 2019. године који показују да њихове 21700 ћелије достижу 83% задржавања капацитета у циклусу 300 према њиховом стандардном протоколу тестирања. Панасониц НЦР ћелије из исте ере биле су више од 78% у 300 циклуса. Ови бројеви су дошли из климатских комора на 23 степена са ЦЦ-ЦВ пуњењем на 0,5Ц и пражњењем на 1Ц до 2,5В искључења. Ваша километража ће варирати јер ваш случај употребе није климатска комора.

Сви у овој индустрији говоре о дубини пражњења као да је то нека магична полуга. Плитки циклуси продужавају живот, дубоки циклуси брже убијају ћелије. Тачно довољно. Али веза није оно што већина људи очекује.

Водио сам споредни пројекат 2021. покушавајући да то квантификујем за купца медицинског уређаја. Узели смо 200 ћелија из исте производне серије, поделили их у групе и циклирали их на различитим нивоима ДоД осам месеци. Група са 100% ДоД кратерирала је око циклуса 380. Група са 60% ДоД је и даље била на 88% капацитета што је еквивалентно 900 пуних циклуса. Група ДоД са 30% једва је показала било какву деградацију након годину дана.

Али ево шта вам листови са подацима неће рећи. Календарско старење је јело у свим групама приближно истом брзином, без обзира на вожњу бициклом. До десетог месеца, чак и ћелије које смо једва додирнули су изгубиле 4-5% капацитета само седећи на 50% напуњености у просторији од 25 степени. Ћелије које су кружиле снажно су биле погођене из оба смера – циклусно старење плус календарско старење наслагано једна на другу.

Дакле, када ваш клијент пита зашто њихов уређај стар две-године-не траје толико дуго иако су га „једва користили“ -, то је разлог зашто.

Discharge Cycle

Имам кутију ћелија у својој гаражи од батерије за колица за голф која је провела три лета у шупи у Тусону. Власник се заклео да је користио колица само два пута месечно. Паковање је оцењено за 2000 циклуса. Умро је на 160. Ћелије су споља изгледале добро. Једна је напукла и желе ролна је имала браон флеке на сепаратору. Електролит се делимично распао.

Топлота убија литијумске ћелије. Не брзо као мртав кратки. Споро, као да остављате путер на тезги.

Аррхениус однос вам даје отприлике 2к стопу деградације за сваких 10 степени изнад 25 степени. Али то је просек у хемији. НМЦ ћелије које сам тестирао отпале су брже. ЛФП се боље држао. Ћелије кесице које користимо за носиве уређаје су осетљивије од цилиндричних ћелија са истом хемијом јер је термичка маса нижа и под оптерећењем постају топлије.

Хладно пражњење је досадно, али не и деструктивно. Привремено губите капацитет. Враћа се када се ћелија загреје. Испразнио сам ћелије на -15 степени што је дало само 61% номиналног капацитета, а затим сам их пустио да се загреју на собну температуру и добио пуних 3,2 Ах при следећем пражњењу. Хладно пуњење је убица - литијумска облога на аноди. Та штета је трајна. Већина БМС-а блокира пуњење испод 0 степени управо из овог разлога.

Свако пражњење помера литијумове јоне са графитне аноде на катоду. Сваки набој их гура назад. Урадите ово довољно пута и ствари ће почети да се кваре.

СЕИ слој на аноди се згушњава. Тај слој би требало да буде тамо - он штити графит од електролита. Али расте са сваким циклусом, а раст значи да троши литијум који би иначе могао да складишти енергију. Због тога капацитет бледи чак и када се ништа драматично не дешава.

Честице катоде пуцају. НМЦ и НЦА катоде имају кристалну структуру која се шири и скупља како литијум улази и излази. Настају микро{2}}пукотине. Површина се повећава. Нежељене реакције се убрзавају. Видео сам попречне-пресеке катодних честица из ћелија високог{7}}циклуса које изгледају као разбијено стакло под микроскопом у поређењу са свежим ћелијама из исте серије.

Електролит се распада. Вода у траговима изазива проблеме. Висок напон убрзава оксидацију. Завршите са стварањем гаса, повећаном импедансом и на крају ћелија набубри или отвори вентилацију.

Ништа од овога се не дешава равномерно. Ћелије у вашем низу серије које су топлије или су почеле са нешто мањим капацитетом брже старе. После годину или две, ваш "усклађени" пакет више није упарен. Слаба ћелија ограничава цео низ при пражњењу и преоптерећује се покушавајући да одржи корак. Одатле спирала смрти.

ИЕЦ 62660 и различити УЛ стандарди дају вам основу. Пренесите их и можете послати производ. Али гледао сам тестирање ћелија за сертификацију, а затим се појавио на терену шест месеци касније са натеченим кесама.

Тестови за сертификацију су дизајнирани да се могу поновити у лабораторијама, а не да симулирају стварну употребу. Нико не користи свој телефон на тачно 0,5Ц константне струје. Нико не пуни свој електрични алат на савршеном ЦЦ-ЦВ профилу на 25 степени.

Ако озбиљно желите да разумете како ће ваш пакет радити, потребно је да направите тестни протокол који одговара вашем стварном кориснику. Профилирајте очекивану струју пражњења. Укључите периоде одмора. Погодите температурне екстреме које ће ваш производ видети. Покрените довољно ћелија да добијете статистичку поузданост -, а то значи најмање 15-20 по тестном услову, а не 3-5 са којима већина стартапова покушава да се извуче.

Ћелије које не успеју у раном животном тестирању скоро увек су имале производне грешке. Неравнине на електроди, контаминација, лоши завари на језичцима. Они ће се појавити у првих 50 циклуса. Ћелије које не успеју касно - су оне које вам говоре нешто о вашем дизајну.

Можете израчунати очекивани животни век ако знате свој кориснички профил. Телефон који се пуни свакодневно, можда се у просеку троши до 20% пре него што прикључи -, што је отприлике 0,8 циклуса дневно. Током две-очекиваног века трајања, гледате на 580 циклуса. Ако су ваше ћелије оцењене за 500 циклуса до 80% капацитета, почећете да видите жалбе око 18. месеца.

Због тога Аппле и Самсунг повећавају своје пакете у односу на оглашени капацитет. „100%“ које видите на свом телефону није 100% онога што ћелије заправо могу да држе. Они држе тампон на врху и дну како би смањили стрес на ћелије. Ваш телефон може имати 4500 мАх физичког капацитета, али софтвер вам омогућава да користите само 4000 мАх.

Иста идеја ради за било који батеријски производ. Можете или да постигнете свој животни циљ са бољим ћелијама - које коштају више - или га можете постићи тако што ћете ставити додатни капацитет и лакше покренути ћелије. Друга опција обично добија на укупним трошковима када узмете у обзир резерве за гаранцију.

Discharge Cycle

Циклус пражњења је само начин да се квантификује хабање. Као километража на аутомобилу, али однос између миља и преосталог животног века је шљунковитији. Два паковања на 300 циклуса могу имати потпуно различит преостали капацитет у зависности од тога како су тамо стигла.

Произвођачи ћелија ће вам дати своје бројеве. Ваш посао је да откријете како се ти бројеви преводе на ваш одређени производ и ваше специфичне кориснике. Не постоји формула за то. Тестирате, шаљете, гледате податке на терену и прилагођавате се.