Старые аккумуляторы в вашем аккумуляторном блоке заряжаются дольше, поскольку с возрастом их внутреннее сопротивление растёт, а передача заряда замедляется. Это можно назвать «синдромом старика». Исследования показывают, что по мере роста сопротивления скачки температуры и несоответствия напряжения Это приводит к увеличению времени зарядки. Численные данные подтверждают, почему старые литий-ионные аккумуляторы заряжаются дольше? Снижение эффективности передачи заряда и повышенное сопротивление означают, что даже при меньшей ёмкости старым аккумуляторам требуется больше времени для полной зарядки. Если вам интересно, почему старые литий-ионные аккумуляторы заряжаются дольше, помните, что старение изменяет внутреннюю структуру аккумулятора, делая каждый цикл зарядки более медленным, чем раньше. В аккумуляторных батареях этот эффект усиливается, влияя на производительность и надёжность.
Основные выводы
Старые литий-ионные аккумуляторы заряжаются дольше, потому что их внутреннее сопротивление увеличивается, что замедляет поток электроэнергии во время зарядки.
Накопление пассивных материалов на электродах аккумулятора уменьшает площадь поверхности для передачи заряда, что приводит к более медленной зарядке, особенно на последних этапах.
Потеря емкости в стареющих аккумуляторах означает, что они удерживают меньше энергии, но зарядка по-прежнему занимает больше времени из-за возросшего сопротивления и неравномерного старения аккумуляторных батарей.
Часть 1: Почему старые литий-ионные аккумуляторы долго заряжаются?
При эксплуатации аккумуляторных батарей в требовательных приложениях вы можете заметить, что время зарядки увеличивается по мере старения аккумуляторов. Это явление, часто называемое «синдромом старика», напрямую влияет на производительность и надежность аккумуляторов. Понимание технических причин этого изменения поможет вам оптимизировать срок службы аккумуляторов и поддерживать их эффективность.
1.1 Внутреннее сопротивление
Когда вы заряжаете новый аккумулятор, он эффективно принимает ток. Со временем процесс старения увеличивает внутреннее сопротивление, затрудняя прохождение тока. Представьте, что вы растягиваете новую резинку — она легко тянется. Старая резинка сопротивляется и быстро возвращается в исходное положение. Аналогично, старый аккумулятор препятствует потоку ионов и электронов, замедляя процесс зарядки.
Лабораторные исследования показывают, что по мере старения аккумуляторов импеданс на положительном электроде растёт. Это увеличение сопротивления снижает способность аккумулятора воспринимать высокие зарядные токи. Электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС) и сверхточная кулонометрия (СВПК) подтверждают, что окисление электролита ускоряет рост импеданса. В результате увеличивается время зарядки и снижается производительность аккумулятора.
Внутреннее сопротивление можно измерить несколькими методами:
Метод падения напряжения: подайте известную нагрузку и измерьте падение напряжения.
Спектроскопия импеданса переменного тока: анализ отклика импеданса на различных частотах.
Метод импульсного разряда: используйте короткий импульс сильного тока и измерьте падение напряжения.
Анализ данных и построение кривых: отслеживание изменений сопротивления с течением времени.
Высококачественные испытательные приборы: используйте специализированные приборы для точных измерений.
Эти методы помогают отслеживать рост сопротивления и прогнозировать срок службы аккумулятора. С ростом сопротивления увеличивается время зарядки, особенно в аккумуляторных батареях, где несоответствие характеристик ячеек усиливает этот эффект.
Наконечник: Регулярный мониторинг внутреннего сопротивления с помощью современных диагностических инструментов, таких как разработанные Cadex, позволяет обнаружить стареющие батареи до того, как они повлияют на вашу работу.
1.2 Формирование пассивного материала
По мере старения аккумуляторов на электродах накапливаются пассивные материалы. Это накопление уменьшает эффективную площадь поверхности для передачи заряда, подобно тому, как бляшки в артериях ограничивают кровоток. В аккумуляторной батарее это означает, что некоторые ячейки быстрее достигают предела напряжения, что приводит к замедлению зарядки всей батареи.
Микроскопические и ЭИС-исследования Показано, что старые элементы развивают проводящие подповерхностные структуры и увеличивают диффузионные ограничения. Эти изменения создают узкие места для транспорта литий-ионов, что ещё больше увеличивает время зарядки. В таблице ниже сравниваются новые и старые аккумуляторы, чтобы проиллюстрировать влияние образования пассивного материала:
Состояние батареи | Емкость (%) | Примерное общее время зарядки (минуты) | Время полной зарядки 1-го этапа (минуты) | Этап 2, время прохождения |
|---|---|---|---|---|
Новая батарея | 100 | ~ 150 | 90 | Короткий |
Старая батарея | 82 | ~ 150 | 60 | Длительный |
Видно, что хотя общее время зарядки может оставаться неизменным, изношенная батарея тратит меньше времени на быстром этапе зарядки 1 и гораздо больше на медленном этапе 2. Этот сдвиг является результатом возросшего сопротивления и накопления пассивного материала, которые являются ключевыми факторами снижения емкости и снижения емкости батареи.
1.3 Потеря мощности
Потеря ёмкости — характерный признак старения аккумулятора. По мере того, как аккумулятор циклируется, количество энергии, которое может хранить и отдавать каждая ячейка, снижается. Недавние исследования литиевых аккумуляторов LFP показывают, что после длительного использования аккумуляторы обычно теряют около 30% своей первоначальной емкости. Например, ёмкость коммерческих LFP-элементов, протестированных в течение сотен циклов, снизилась с 1.5 А·ч до примерно 1.0 А·ч.
Из-за снижения ёмкости аккумулятор быстрее достигает предельного напряжения во время зарядки, что снижает количество энергии, которое он может принять за каждый цикл. Несмотря на то, что аккумулятор сохраняет меньше заряда, повышенное сопротивление и образование пассивного материала замедляют зарядную систему, особенно на последних этапах. Это объясняет, почему старые литий-ионные аккумуляторы заряжаются долго, и почему время зарядки увеличивается даже при снижении ёмкости аккумулятора.
В аккумуляторных батареях неравномерность напряжения ячеек, вызванная неравномерным старением и потерей ёмкости, может дополнительно увеличить время зарядки. Некоторые ячейки достигают предельных значений напряжения раньше времени, что ограничивает общий заряд и снижает производительность аккумулятора. Этот эффект особенно важен в таких областях применения, как медицинские приборы, робототехника, Охранные системы, инфраструктура, бытовая электроника и промышленность оборудование, для которого важен надежный срок службы батареи.
Примечание: Мониторинг снижения емкости и внутреннего сопротивления помогает вам планировать графики технического обслуживания и замены, обеспечивая оптимальную производительность и безопасность аккумулятора.
Если вы хотите оптимизировать работу аккумуляторных батарей и продлить срок их службы, рассмотрите возможность консультации с нашими экспертами для индивидуальных решений в области аккумуляторов.
Часть 2: Время зарядки и старение аккумулятора
2.1 Этапы зарядки
Зарядка литий-ионного аккумулятора состоит из двух основных этапов: постоянного тока (CC) и постоянного напряжения (CV). На этапе CC аккумулятор получает постоянный ток до достижения заданного напряжения, обычно 4.2 В на ячейкуПо мере старения аккумулятора вы замечаете, что время, проведённое на этапе постоянного напряжения (CC), сокращается, поскольку аккумулятор быстрее достигает своего предела напряжения. Затем наступает этап постоянного напряжения (CV), где напряжение остаётся постоянным, а ток постепенно уменьшается. Старение увеличивает внутреннее сопротивление, поэтому этап постоянного напряжения (CV) становится значительно длиннее, несмотря на снижение ёмкости аккумулятора. Это изменение времени зарядки заметно как в лабораторных испытаниях, так и в реальных условиях эксплуатации аккумуляторов.
Стадия зарядки | Новое поведение батареи | Поведение старой батареи |
|---|---|---|
Постоянный ток (CC) | Длительный срок службы, высокая способность принимать заряд | Более короткая продолжительность, меньшее принятие заряда |
Постоянное напряжение (CV) | Короткая конечная фаза | Длительная фаза затухания, более медленное снижение тока |
Видно, что по мере старения аккумуляторов этап постоянного напряжения (CV) начинает доминировать в общем времени зарядки, из-за чего зарядка литий-ионных аккумуляторов становится менее эффективной.
2.2 Воздействие на аккумуляторные батареи
В аккумуляторных батареях старение затрагивает все ячейки неравномерно. Некоторые ячейки теряют ёмкость быстрее, в то время как другие развивают более высокое сопротивление. Этот дисбаланс приводит к тому, что некоторые ячейки преждевременно достигают предельных значений напряжения, что заставляет всю батарею замедлять зарядку. Для владельцев автопарков в таких отраслях, как медицина, робототехника, безопасность, инфраструктура, бытовая электроника и промышленность, более длительное время зарядки означает сокращение времени безотказной работы и более высокие расходы на обслуживание. Необходимо отслеживать эти изменения, чтобы поддерживать срок службы батареи и надёжность системы.
Время зарядки увеличивается по мере неравномерного старения ячеек.
Профили напряжения и тока смещаются, что свидетельствует о росте внутреннего сопротивления.
Полезная емкость аккумулятора уменьшается, что влияет на эффективность его работы.
2.3 Диагностика и интеллектуальная зарядка
Расширенная диагностика играет ключевую роль в управлении старением аккумулятора. Интеллектуальные системы зарядки, подобные разработанным Cadex, используют алгоритмы для анализа данных о напряжении и токе во время зарядки. Эти системы обнаруживают аномальные падения напряжения и прогнозируют неисправности до того, как они приведут к сбоям в работе. Адаптируя протоколы зарядки к состоянию аккумулятора, можно продлить срок его службы и сократить время простоя. Практические исследования подтверждают, что адаптивное управление и прогнозирование на основе нейронных сетей улучшают управление состоянием аккумулятора, особенно в крупных парках аккумуляторов.
Если вы хотите оптимизировать работу аккумуляторных батарей и продлить срок их службы, рассмотрите нестандартные решения для аккумуляторов от Large Power.
Старые аккумуляторы требуют больше времени зарядки из-за повышенного внутреннего сопротивления, накопления пассивного материала и потери ёмкости. В таблице ниже показано, как эти факторы влияют на производительность аккумулятора:
Параметр | Скорость разряда 1С | Скорость разряда 2С | Скорость разряда 3С |
|---|---|---|---|
9.5%. | 13.2%. | 16.9%. | |
Увеличение внутреннего сопротивления | ARCXNUMX | ARCXNUMX | 27.7%. |
Потеря углеродной емкости | ARCXNUMX | ARCXNUMX | 10.6%. |
Расширенная диагностика, такая как анализ DV и IC с использованием машинного обучения, позволяет вам контролировать состояние батареи с погрешностью менее 2%Эта точность помогает оптимизировать управление аккумуляторами, особенно для больших парков аккумуляторов. Распознавание режимов зарядки позволяет прогнозировать старение аккумуляторов и поддерживать их эффективность. Для индивидуальных решений по аккумуляторам проконсультируйтесь Large Power.
FAQ
1. Что приводит к увеличению времени зарядки стареющего аккумулятора?
Вы видите, что время зарядки увеличивается, поскольку каждый аккумулятор в комплекте развивает более высокое внутреннее сопротивление и накапливает пассивный материал. Это замедляет ток и увеличивает время зарядки.
2. Как можно контролировать состояние аккумуляторов в больших аккумуляторных батареях?
Вы можете использовать передовые системы диагностики и управления аккумуляторами. Эти инструменты отслеживают сопротивление, ёмкость и режимы зарядки аккумулятора, помогая эффективно планировать обслуживание и замену.
3. Почему вам стоит выбрать Large Power для индивидуальных решений по аккумуляторам?
Large Power предлагает индивидуальные решения в области аккумуляторных батарей для медицины, робототехники, безопасности, инфраструктуры, потребительской электроники и промышленного применения.
Для индивидуальной консультации по аккумуляторам посетите Large Power.
