что такое жизненный цикл батареи

Метод LCR или реальная стоимость езды на батарейках

Жизненный цикл аккумуляторов

Цикл жизни аккумуляторов — это количество перезарядок, после которого ёмкость ячейки падает на определённую велечину. В современных аккумуляторах эта величина составляет 70-80%, т.е. после окончания жизненного цикла батарейка не перестаёт работать, но теряет определённый проецнт своей ёмкости.

Большинство батареек формата 18650, в том числе Samsung и LG, имеют цикл жизни от 300 до 1000 перезарядок. Призматические ячейки, специально спроектированные для электротранспорта, а также батареи на основе Lifepo4, имеют более продолжительный цикл жизни: от 1500 до 4000 перезарядок.

Сколько км можно проехать на ресурсе АКБ?

Для оценки пробега за всё время жизни батареи я пользуюсь методом LCR (Life Cycle Range). Он универсален и позволяет оценить пробег за жизненный цикл АКБ. Суть в следующем: за основу берётся заявленный жизненный цикл, т.е. падение ёмкости до 80%. Понятно, что батарею мы после этого не выбросим и будем использовать как минимум ещё столько же. Таким образом, средняя ёмкость за двойной жизненный цикл будет 80% от номинала.

Сколько стоит 1 км пробега на батарее?

Для того, чтобы получить реальную цену километра, нужно сложить стоимость электроэнергии и долю цены самой батареи, посчитанную по методу LCR.

Расход электроэнергии Втч/км

LCR батареи

Возьмем в качестве примера батарею Monster pack

Её жизненный цикл равен 1500 т.е. реальный срок жизни около 3000 перезарядок.
При ёмкости 1680 Втч и расходе 40 Вт/км ( при скорости 60-80 км/ч) получаем
LCR = 1680*0.8*3000/40 = 100800 км.

Далее делим стоимость батареи на пробег

44900/100800, получаем 0.45 руб/км

Стоимость электричества

1.68*5/40/0.85 = 0.25 руб/км

Результат

В бензиновом эквиваленте это 2 л / 100 км, что меньше скутеров с ДВС.

Также мы видим, что доля цены батареи примерно в 2 раза выше доли стоимости электроэнергии.

Источник

Как правильно заряжать аккумуляторы 18650?

В этой статье мы поговорим о максимальном сроке службы и о том, что можно сделать, чтобы продлить срок службы батареи.

1. Немного теории

Что такое жизненный цикл аккумулятора 18650?

Циклом называется одна зарядка и разрядка батареи. Литий-ионные батареи 18650 заряжаются до 4,2 В и разряжаются до значения от 2 до 3 В, в зависимости от технических характеристик элемента для напряжения разрядки.

Никогда не разряжайте батарею до напряжения ниже 3,0 В, если вы не знаете спецификации своего аккумулятора. Разряжать аккумулятор можно, как используя его для питания цепи, так и используя оборудование для тестирования аккумуляторов. Для зарядки 18650 следует использовать специальное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов.

Как рассчитать срок службы батареи?

Срок службы определяется разницей в емкости вашего элемента, взятой от ее значения при первом использовании до текущего. Представим, что элемент имел емкость 3000 мА*ч, но в данный момент имеет 2900 мА*ч, тогда элемент имеет 96% от первоначальной емкости.

Когда этот процент достигает 80%, мы говорим, что срок службы закончился (даже если вы можете провести еще несколько тысяч циклов).

Итак, если мы возьмем элемент на 3000 мА*ч, при какой емкости заканчивается срок службы батареи? 80% от 3000 – 2400, поэтому, когда емкость элемента достигает 2400 мА*ч, мы говорим, что его жизненный цикл закончился.

На нашем сайте есть удобный калькулятор, позволяющий вычислить время работы устройства от различных аккумуляторов.

Сколько циклов у стандартной батареи 18650?

Большинство современных аккумуляторов 18650 имеют типичный срок службы 300-500 циклов. В ситуациях с высоким током разряда или разряда это значение может снизиться до 200 циклов. Если вы превысите максимальный ток разряда (A), срок службы может уменьшиться до 50 циклов.

В оптимальных условиях элементы могут выдержать более 500 циклов. Некоторые химические элементы могут иметь запас в тысячи циклов, прежде чем достигнут 80% от своей емкости.

Источник

Ноутбуки-долгожители: в чем секрет аккумуляторов современных лэп топов

Одна из важнейших частей ноутбука – аккумуляторная батарея. Именно от нее зависит, насколько вы будете привязаны к розетке. Современные компьютеры PC 2.0 используют технологии, которые позволяют совместить, казалось бы, несовместимое: продолжительную автономную работу и мобильность.

Еще не так давно мощный ноутбук казался чем-то из области фантастики. Чтобы обеспечить ему хоть сколько-нибудь приемлемую продолжительность работы от батареи, приходилось использовать массивные аккумуляторы. Которые все равно при этом достаточно быстро разряжались, заставляя владельцев буквально перемещаться от розетки до розетки.

Но в настоящее время ситуация в корне изменилась. Удивительно, но современные ноутбуки вполне способны продержаться без подзарядки более 8 часов, то есть целый рабочий день. При этом функция «быстрой зарядки» позволяет серьезно восполнить заряд даже во время короткого обеденного перерыва в кафе.

Выбирая ноутбук, обратите внимание на тип используемого аккумулятора — это поможет сделать выбор, оптимально отвечающий вашим задачам. Самыми бюджетными батареями в настоящее время являются цилиндрические. На ступеньку выше стоят призматические батареи, а самые высокотехнологичные — полимерные. Чтобы помочь вам разобраться, давайте рассмотрим особенности всех трех типов батарей.

Цилиндрические батареи

В целом этот тип батарей обладает отличным соотношением срока жизни батареи и цены, но обладает большими габаритами и невозможностью менять конструкцию и форму.

Призматические батареи

Хорошее соотношение мобильности и цены батареи. Долгий сроки жизни — до 1000 циклов зарядки/разрядки. Заряжается быстрее, чем цилиндрическая батарея — время 90% зарядки — 90 минут.

Полимерные батареи

Самая компактная и невесомая из всех батарей. Так же, как и призматическая, выдерживает 1000 полных циклов зарядка/разрядка. Удобны, если требуется быстрая зарядка — 50% заряда за 30 минут.

Какие батареи используются в различных ноутбуках (на примере линейки HP)

Полимерные. EliteBook 700/800/1000 серий

Призматические. ProBook 400/600 Series and HP 300-х серий

Цилиндрические и призматические. 200-е серии

Технология «быстрой зарядки»

Долговечность и увеличение ресурса батареи — приоритет №1 у специалистов, разрабатывающих современные ноутбуки. Как упоминалось выше, большинство батарей позволяют осуществить 1000 полных циклов зарядки/разрядки. Но это «полные циклы», а ведь литий-ионные батареи совсем не стоит разряжать полностью.

Концепция быстрой зарядки создана для людей, которые регулярно работают на ходу. Полностью разряженная батарея в таких случаях означает только одно — работе конец. Но иногда лишь полчаса-час — это максимум, что активный пользователь ноутбука может позволить себе для подзарядки (быстрая остановка в аэропорту или на заправке). Именно этого времени должно хватить, чтобы зарядить ноутбук.

Батареи полимерного типа позволяют за эти полчаса зарядить ноутбук на 50%, и если вы разрядили его не полностью, то «сэкономили» еще один жизненный цикл — продлевая ресурс батареи вашего ноутбука. В зависимости от типа батареи он занимает разное время.

Необходимо помнить, что функция быстрой зарядки работает только при использовании оригинальных адаптеров питания соответствующей мощности.

В моделях HP ProBook функция быстрой зарядки позволяет за 90 мин. достичь 90% заряда, далее заряд происходит в стандартном режиме.

Модели EliteBook позволяют за 30 мин. достичь 50% заряда, что на некоторых моделях, например, HP EliteBook x360 1020 G2, означает более 8 часов работы.

Почему именно 1000 циклов полной разрядки?

На большинстве ноутбуков HP полный цикл позволяет работать в течение 8-10 часов. Среднестатистический пользователь использует примерно один цикл полной зарядки за рабочий день, так что за три года используется около 780 циклов.

Емкость батареи падает в процессе использования со временем. Но у качественных батарей емкость даже после 1000 циклов будет превышать 65% от изначальной.

Долгие часы жизни

Подводя итог нашему технологическому обзору, можно с уверенностью сказать — сегодня продолжительность работы ноутбука от аккумуляторной батареи крайне важно, поэтому производители ноутбуков уделяют этому самое серьезное внимание. Так что можете не сомневаться — ваш ноутбук никогда не выключится в неподходящий момент.

Индивидуальное предложение по ПК HP нового поколения можно получить по ссылке.

Источник

Сроки службы литиевых аккумуляторов

При выработке ресурса аккумуляторной батареи ее разрядная емкость падает до значения, установленного технической документацией, и АКБ подлежит замене. Но устанавливаемый производителями ресурс источника энергии – это приблизительное значение, которое на практике может отклоняться в сторону увеличения или уменьшения.

При правильном уходе химические источники энергии служат примерно в 15 раз дольше, чем при несоблюдении правил их использования. Ответ на вопрос, какой срок службы литий-ионных аккумуляторов, зависит от ряда факторов. В их числе:

Литий-ионные накопители энергии имеют малый саморазряд, высокий ресурс, большую удельную емкость. Их износ фиксируется при падении емкости до 80% от исходного значения. Но на практике приборы с емкостью ниже 80% успешно эксплуатируются, хотя длительность их работы значительно уменьшается. Ниже приведены рекомендации, позволяющие существенно продлить жизненный цикл Li-ion батареи и избежать дополнительных расходов на преждевременное приобретение новой АКБ.

Способы расширения ресурса литий-ионных батарей

Соблюдение этих простых правил поможет избежать преждевременного старения Li-ion батареи и надолго сохранить ее в нормальном работоспособном состоянии.

Эффективные приемы по продлению жизни Li-ion аккумулятора

Чтобы продлить срок службы литиевых аккумуляторов, производители электромобилей снижают рабочие пороги напряжения элементов батарей. В результате, уменьшается запасаемая емкость, но при этом значительно увеличивается ресурс. Еще один способ увеличить жизненный цикл аккумуляторной батареи – снизить нагрузку на нее путем увеличения емкости. Чем больше элементов в параллели АКБ, тем меньшая сила тока разряда приходится на каждый элемент. Третий способ – снижение управление температурой сборки элементов. Сборка АКБ в холдерах и получаемые проветриваемые полости вокруг элементов снижают тепловую нагрузку на АКБ и влияют на ресурс АКБ. Объединив данные подходы при сборке АКБ можно получить многократное увеличение ресурса (циклов заряд-разряд) АКБ при тех же равных элементах.

Также для увеличения длительности эксплуатации АКБ успешно используются программируемые платы управления BMS, или smart bms (PCB ), позволяющие с приложения под Android или ios настраивать требуемые (в нашем случае щадящие) пороги напряжения. «ВольтБайкс аккумуляторы» устанавливает программируемые платы управления аккумулятором по запросу заказчиков. Ответ на вопрос, сколько составит срок годности литий-ионного аккумулятора в конкретном случае, зависит и от характеристик самого ХИТ, и от особенностей его эксплуатации. Подробнее о правилах использования литиевых АКБ читайте здесь.

Источник

Почему литий-ионные батареи умирают так рано?

Смерть батареи: мы все видели, как это происходит. В телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, а теперь и электромобилях, процесс болезненный и — если повезет — медленный. С годами, литий-ионный аккумулятор, который когда-то питал ваши устройства в течение нескольких часов (и даже дней!) постепенно теряет свою способность удерживать заряд. В конце концов вы смиритесь, быть может, проклянёте Стива Джобса, а затем купите новую батарею, а то и вовсе новый гаджет.

Но почему это происходит? Что происходит в батарее, что заставляет её испустить дух? Короткий ответ заключается в том, что из-за ущерба от длительного воздействия высоких температур и большого числа циклов зарядки и разрядки в конце концов начинает нарушаться процесс перемещения ионов лития между электродами.

Более подробный ответ, который проведет нас через описание нежелательных химических реакций, коррозию, угрозу высоких температур и других факторов, влияющих на производительность, начинается с объяснения того, что происходит в литий-ионных аккумуляторах, когда всё работает хорошо.

Введение в литий-ионные аккумуляторы

В обычной литий-ионной батарее, мы найдем катод (или отрицательный электрод), сделанный из оксидов лития, таких как оксид лития с кобальтом. Мы также найдем анод или положительный электрод, который сегодня, как правило, изготавливается из графита. Тонкий пористый сепаратор удерживает два электрода друг от друга для предотвращения короткого замыкания. И электролит, изготовленный из органических растворителей и на основе солей лития, который позволяет ионам лития перемещаться внутри ячейки.

Во время зарядки электрический ток перемещает ионы лития от катода к аноду. Во время разрядки (другими словами, при использовании аккумулятора), ионы движутся обратно к катоду.

Даниэль Абрахам, ученый из Аргоннской национальной лаборатории, ведущей научные исследования деградации литий-ионных элементов, сравнил этот процесс с водой в системе гидроэнергетики. Движущаяся вверх вода требует энергии, но она очень легко течет вниз. Фактически, она поставляет кинетическую энергию, говорит Абрахам, похожим образом, литий-кобальтовый оксид в катоде «не хочет отдавать свой литий». Подобно движущейся вверх воде, необходима энергия, чтобы переместить атомы лития из оксида и переместить их в анод.

Во время зарядки ионы помещаются между листами графита, входящих в состав анода. Но, как выразился Абрахам, «они не хотят быть там, при первой возможности они будут двигаться назад», как вода течет вниз по склону. Это и есть разрядка. Долгоживущая батарея выдержит несколько тысяч таких циклов зарядки-разрядки.

Когда мёртвая батарея действительно мертва?

Когда мы говорим о «мёртвой» батарее, важно понять две метрики производительности: энергия и мощность. В некоторых случаях очень важна скорость, с которой вы можете получать энергию из батареи. Это мощность. В электромобилях высокая мощность делает возможным быстрое ускорение, а также торможение, при котором батарее требуется получить заряд в течение нескольких секунд.

В сотовых телефонах, с другой стороны, высокая мощность менее важна, чем ёмкость, или количество энергии, которое может вместить батарея. Батареи высокой ёмкости работают дольше от одного заряда.

Со временем батарея деградирует несколькими способами, которые могут влиять и на ёмкость, и на мощность, пока, в конце концов, она просто не сможет выполнять базовые функции.

Подумайте об этом по другой аналогии, связанной с водой: зарядка аккумулятора, как наполнение ведра водой из под крана. Объем ведра представляет собой вместительность аккумулятора, или ёмкость. Скорость, с которой вы можете наполнить его — повернув кран на полную мощность или тоненькой струйкой — это мощность. Но время, высокие температуры, множественные циклы и прочие факторы, в конечном итоге образуют дыру в ведре.

В аналогии с ведром вода просачивается. В батарее, ионы лития убираются, или «привязываются», говорит Абрахам. В итоге, они лишаются возможности перемещаться между электродами. Поэтому после нескольких месяцев мобильный телефон, который первоначально требовал зарядки раз в пару дней, теперь необходимо заряжать каждые сутки. Затем дважды в день. В конце концов, слишком много ионов лития «привяжутся», и аккумулятор не будет держать сколько-нибудь полезный заряд. Ведро прекратит держать воду.

Что ломается и почему

Активная часть катода (источника ионов лития в батарее) разработана с определенной атомной структурой для обеспечения стабильности и производительности. Когда ионы перемещаются к аноду, а затем возвращаются на обратно в катод, в идеале хотелось бы, чтобы они вернулись на прежнее место, чтобы сохранить стабильную кристаллическую структуру.

Проблема в том, что кристаллическая структура может меняться с каждой зарядкой и разрядкой. Ионы из квартиры А не обязательно вернутся домой, но могут вселиться в квартиру B по соседству. Тогда ион из квартиры B находит свое место занятым этим бродягой и, не вступая в конфронтацию, решает поселиться дальше по коридору. И так далее.

Постепенно эти «фазовые переходы» в веществе преобразовывают катод в новую кристаллическую структуру кристалла с иными электрохимическими свойствами. Точное расположение атомов, первоначально обеспечивающее необходимую производительность, изменяется.

В батареях гибридных автомобилей, которые необходимы только для подачи питания, когда транспортное средство ускоряется или тормозит, отмечает Абрахам, эти структурные изменения происходят гораздо медленнее, чем в электромобилях. Это связано с тем, что в каждом цикле в системе перемещается только небольшая часть ионов лития. В результате им легче возвращаться на свои исходные позиции.

Проблема коррозии

Деградация может происходить также и в других частях батареи. Каждый электрод соединен с коллектором тока, который является по сути куском металла (обычно медь для анода, алюминий для катода), которая собирает электроны и перемещает их во внешнюю цепь. Итак, у нас есть глина из такого «активного» материала, как литий-кобальтовый оксид (который представляет собой керамику и не является очень хорошим проводником), а также клееподобный связующий материал, нанесенный на кусок металла.

Если связующий материал разрушается, это приводит к «шелушению» поверхности коллектора тока. Если металл разъедается, он не может эффективно перемещать электроны.

Коррозия в батарее может возникнуть в результате взаимодействия электролита и электродов. Графитовый анод является «легкоотдающим», т.е. он легко «отдает» электроны в электролит. Это может привести к появлению нежелательного покрытия на поверхности графита. Катод, между тем, весьма «окисляемый», что означает, что он легко принимает электроны от электролита, что в некоторых случаях может разъедать алюминий коллектора тока или формировать покрытие на частях катода, говорит Абрахам.

Слишком много хорошего

Графит — материал, широко используемый для изготовления анодов — термодинамически неустойчив в органических электролитах. Это означает, что с самой первой зарядки нашей батареи, графит реагирует с электролитом. Это создает пористый слой (называемый твёрдым электролитным интерфейсом или ТЭИ), что в итоге защищает анод от дальнейших атак. Эта реакция также потребляет небольшое количество лития. В идеальном мире эта реакция происходила бы один раз, чтобы создать защитный слой, и на этом всё закончится.

В действительности, однако, ТЭИ является весьма нестабильным защитником. Он хорошо защищает графит при комнатной температуре, говорит Абрахам, но при высоких температурах или когда заряд батареи снижается до нуля («глубокий разряд»), ТЭИ может частично растворяться в электролите. При высоких температурах, электролиты также имеют тенденцию разлагаться и побочные реакции ускоряются.

Когда благоприятные условия вернутся, сформируется другой защитный слой, но это съест часть лития, приводя к тем же проблемам, что и у дырявого ведра. Нам придётся заряжать наш сотовый телефон чаще.

Итак, нам требуется ТЭИ для защиты графитового анода, и в таком случае хорошего может быть действительно слишком много. Если защитный слой слишком утолщается, он становится барьером для ионов лития, от которых требуется свободно перемещаться вперед-назад. Это влияет на мощность, которая, как подчеркивает Абрахам, «чрезвычайно важна» для электромобилей.

Создавая лучшие батареи

Так что же можно сделать, чтобы продлить жизнь наших батарей? Исследователи в лабораториях занимаются поиском электролитических добавок, которые бы функционировали подобно витаминам в нашем рационе, т.е. позволят батареи работать лучше и прожить дольше за счет уменьшения вредных реакций между электродами и электролитом, говорит Абрахам. Кроме того, они ищут новые, более стабильные кристаллические структуры для электродов, а также более стабильные связующие материалы и электролиты.

Тем временем, инженеры в компаниях, производящих батареи и электрические автомобили, работают над корпусами и термальными системами управления в попытке сохранять литий-ионные аккумуляторы в постоянном, здоровом диапазоне температур. Нам же, как потребителям, остается избегать экстремальных температур и глубокой разрядки, а также продолжать ворчать по поводу батарей, которые, кажется, всегда умирают слишком быстро.

Источник