Литий-Иондық тартқыш батарея жинағының қызмет ету мерзімі

Өткен айда біз Нидерландыдағы логистикалық орталықтан қайтарылған 48V 400Ah жүк көтергіш жинағын жыртып тастадық. Тұтынушы оның 1400 циклде өлгеніне шағымданды. Зертханалық сынақ 2-модульдегі үш ұяшықта 2,6 В, ал көршілері 3,2 В кернеуде тұрғанын көрсетті. Пакет жөнелтілгенде, -600 мВ бос орын болмады. Біздің QC жазбалары жеткізу кезінде 8 мВ ауытқуды көрсетті. Роттердам мен 14 айдың үш{15}}ауысымының арасында бірдеңе бұрылып кетті.

Бұл техникалық парақтар ұсынғаннан жиі орын алады. Және неге екенін түсіну керек.

80% шекті мәселе

IEC 62620 стандарты өнеркәсіптік литий батареяларының қызмет ету мерзімінің аяқталуын-пайдаланылатын сыйымдылықтың номиналды сыйымдылықтың 80%-дан төмен түсуі нүктесі ретінде анықтайды. Жеткілікті қарапайым. 400Ah пакеті 320Ah кезінде «өледі». Көптеген сатып алу ерекшеліктері бұл анықтаманы сөзбе-сөз көшіреді.

Бірақ IEC 62620 сізге не айтпайды: бұл шек стандартталған зертханалық жағдайлар үшін белгіленген. Бақыланатын температура. Бекітілген тарифтер. Бірдей разряд профильдері мыңдаған рет қайталанады. Климаттық камерада 0,5С тұрақты ток разряды бар 25 градуста жүк көтергіштерді ешкім басқармайды.

Пакеттерді ерте өлтіретін нәрсе

Нидерланды оқиғасы жасушалардың сәйкессіздігінің күшейтілуіне тікелей нұсқады. Біз бұл үлгінің кездейсоқ емес екенін білу үшін бірнеше рет көрдік.

Әрбір пакет ұяшықтар арасындағы кейбір өзгерістермен жеткізіледі. Өндірістік төзімділік бар. Электрод жабынының қалыңдығы өндіріс желісі бойынша микроннан микронға дейін өзгереді. Электролиттерді толтыру көлемдері мүлдем бірдей емес. Бұл айырмашылықтар аз ғана-мүмкін, қатаң бақыланатын топтамадағы сыйымдылықтың ±1,5% ауытқуы болуы мүмкін, литий батареяларын жеткізушілер кіріс тексеру кезінде бұрыштарды кесіп тастағандықтан ±4% немесе одан да нашар.

Қатар жолда ең әлсіз ұяшық қарқынды орнатады. Күшті ұяшықтардағы қалған сыйымдылыққа қарамастан, бұл ұяшық өшіру кернеуіне жеткенде разряд тоқтайды. Зарядтау ең күшті ұяшық толтырылғанда тоқтатылады, әлсіз ұяшықтар аз зарядталады.

Әлсіз жасуша өзінің сыйымдылығына қатысты тереңірек цикл жасайды. Тереңірек айналу жұмыс кезінде табиғи түрде қалыптасатын, бірақ кернеу кезінде тезірек қалыңдайтын-қатты электролит интерфейсі графит анодында SEI өсуін жылдамдатады. Әр цикл сайын алшақтық кеңейеді. Әлсіз жасуша әлсірейді. Пакет сыйымдылығы ең нашар орындаушыны бақылайды, ол орташадан тезірек төмендейді.

2023 жылы зерттеушілер жариялаған деректер жинағы нақты жүк көтергіштің жұмыс профильдері бойынша литий{1}}иондық жасушаларды қартаюы дәл осы механизмді көрсетті. 45 градуста сыналған жасушалар балама жұмыс циклдерінде 35 градусқа қарағанда шамамен екі есе жылдам тозды. Орналасуға, ауа ағынына және мотор жетек электроникасына жақындығына байланысты-міндетті түрде болатын бума ішіндегі температура градиенттері-бірдей әсерді жасайды: біркелкі емес қартаю, сәйкессіздікті жеделдету.

Температура тек ерекшелік сызығы емес

Жүк көтергіш өнеркәсібі жұмыс температурасының диапазондарына сілтеме жасауды жақсы көреді. «-20 градустан 60 градусқа дейін жұмыс істейді.» Әрине, бума техникалық тұрғыдан осы спредте жұмыс істейтін болады. Бірақ «функционалды» және «тұрақты» арасында үлкен айырмашылық бар.

Аррениус қатынасы химиялық реакция жылдамдығын басқарады, ал SEI өсуі негізінен химиялық процесс болып табылады. 25 градустан жоғары әрбір 10 градус үшін деградация механизмдерінің жылдамдығы шамамен екі есеге артады. Орташа температура 35 градуста жұмыс істейтін қаптама 25 градус температурада ұсталғанға қарағанда шамамен екі есе жылдам қартаяды. Оны 45 градусқа -ыстық қоймаларда немесе нашар желдетумен тығыз шасси бөлімдеріне қысылған қаптамаларда жиі итеріңіз- және сіз 4 есе жылдам қартаюды көресіз.

Суық орта әртүрлі проблемаларды тудырады. Шамамен 10 градустан төмен, зарядтау кезінде литиймен қаптау қаупі артады. Литий графитке дұрыс араласпай, анодтың бетінде шөгеді. Бұл сыйымдылықтың қайтымсыз жоғалуы және қаптау жиналып қалса, ықтимал қауіпсіздік мәселесі.

Қайтарылған пакеттердегі тұрақты үлгілерді көргеннен кейін Оңтүстік-Шығыс Азия нарықтарындағы тұтынушыларға -қарапайым желдеткіш салқындату, экзотикалық емес-белсенді термиялық басқаруды ұсына бастадық. $300 салқындату жаңартуы әдетте қоршаған орта жағдайына байланысты циклдің қызмет ету мерзімін 800-1200 циклге ұзартады. Жыл сайын 400+ айналым жасайтын флот үшін бұл қосымша 2-3 жыл қызмет көрсетеді.

BMS нені түзете алады және түзете алмайды

Батареяны басқару жүйелері кернеуді, температураны және токты бақылайды. Жақсылары зарядтау кезінде жасушаларды теңестіреді. Бірақ BMS негізгі сәйкессіздіктерді түзете алмайды-ол симптомдарды уақытша ғана жасыра алады.

Пассивті теңгерім резисторлар арқылы жоғары ұяшықтардан артық зарядты шығарады. Белсенді теңестіру ұяшықтар арасындағы зарядты тиімдірек араластырады. Екі тәсіл де зарядтың соңында кернеуді теңестіреді. Ешқайсысы да негізгі мәселені шешпейді: егер бір ұяшық 380Ач болса, көршілер 400Ач ұстаса, теңгерімдеу олардың бірдей кернеуге жетуін қамтамасыз етеді, бірақ бұл 380Аh ұяшық әлі де жинақтың разрядтау қабілетін шектейді.

Нағыз сапаны бақылау пакетті жинамас бұрын-ұяшықтарды таңдау, сұрыптау және сәйкестендіру кезінде орындалады. Полиновелдің кіріс инспекциясы бір бумаға арналған ұяшықтардағы ±5мВ кернеу ауытқуын және ±1,5% сыйымдылықты сәйкестендіруге бағытталған. Бұл төзімділікке жету уақыт пен ақшаны талап етеді. Оларға соқпау тұтынушылардың қызмет ету мерзімін жоғалтады.

Зарядтау әдеттері зарядтау жылдамдығынан маңыздырақ

Операторлар жылдам зарядталатын зақымдалған батареялар туралы алаңдайды. Басқа факторлармен салыстырғанда, -айталық, LFP химиясы үшін зарядтау жылдамдығы -0,3С-тен 1С-қа дейін аз әсер етеді.

Неғұрлым маңыздырақ: зарядты өшіру кернеуі және разряд тереңдігі.

Литий кобальт оксиді жасушалары бойынша жүргізілген зерттеулер зарядтың үзілуін небәрі 100 мВ -толық қуаттан сәл аз қабылдау -әр зарядтың циклінің қызмет ету мерзімін 2-3 есе ұзартқанын көрсетті. LFP химиясы кешірімді, бірақ принцип сақталады. Абсолютті шегіне жеткен батареялар маржамен жұмыс істейтіндерге қарағанда тезірек ескіреді.

Ағызу тереңдігі бірдей үлгі бойынша жүреді. 20-80% SOC арасындағы айналымдағы бума химияға және температураға байланысты 0-100% циклдік бірдей пакеттен шамамен 3-5 есе артық болады. Пакеттерді әр ауысымда босату үшін емес, тиісті буфермен өлшей алатын флот операторлары қызмет ету мерзімінің айтарлықтай жақсырақ өнімділігін көреді.

Бұл теориялық емес. Бұл біздің кепілдік деректерімізде көрінеді. Климат бақыланатын нысандарда -таяз циклдармен жұмыс істейтін тұтынушылар әдеттегідей 3,000+ цикл алады. Ыстық орталарда терең циклдарды орындайтын тұтынушылар 1500-ді көруі мүмкін. Бірдей жасушалар, бірдей BMS, бірдей химия-әр түрлі жұмыс жағдайлары, күрт әртүрлі нәтижелер.

Архитектура саудасы-жеңілдіктер жинағы

Өнеркәсіптік тартқыш жинақтардың көпшілігі аралас сериялар{0}}параллель конфигурацияларын пайдаланады. Әдеттегі 48V 400Ah жүйесі 4P16S-төрт ұяшықты параллель етіп, топты, он алты топты сериясын құра алады. Параллельді топтау кейбір тән ағымды бөлісуді және ақауларға төзімділікті қамтамасыз етеді. Сериялық қосылымдар кернеуді құрастырады.

Жоғары параллельді сандар тұрақтылықты ұсынады. 4P тобындағы бір ұяшық ақаулығы топ сыйымдылығын 25%-ға төмендетеді, бірақ бума жұмысын сақтайды. 2P конфигурациясындағы дәл осындай сәтсіздік топты екі есе азайтады. Жоспарланбаған тоқтау уақыты сағатына 200-400 доллар тұратын жабдық үшін артықшылық маңызды.

Екінші жағы: жоғары параллельді санау даму проблемаларын ұзағырақ жасыруы мүмкін. Үш сау көршімен бөлісетін әлсіз ұяшық жалпы пулдан азырақ тартады, бұл анықтауды бірнеше ұяшықтар айтарлықтай нашарлағанша кешіктіруі мүмкін.

Сондықтан BMS арқылы ұяшық деңгейін бақылау-тек модуль-деңгейі ғана емес-сенімділігі жоғары-қолданбалар үшін барған сайын маңызды бола түсуде. Қосымша сенсорлық жабдық құнын арттырады, бірақ дамып келе жатқан мәселелер туралы ертерек ескерту береді.

Нақты үміттер

Қолайлы жағдайларда-жақсы жобаланған LFP тартқыш жинақтары үшін-25-35 градустық жұмыс, дұрыс ұяшықтарды сәйкестендіру, 80% DOD циклі - 80% сыйымдылық шегіне дейін 2500-3500 цикл күтеді. Қалыпты сақтау шарттарында күнтізбелік қызмет ету мерзімі әдетте 8-10 жылдан асады.

Агрессивті операция бұл сандарды айтарлықтай қысады. Нашар ұяшықтар сәйкестігі, жоғары{1}}температуралық орталар, дәйекті терең разряд немесе жеткіліксіз жылуды басқару нақты қызмет мерзімін 1200-1800 циклге дейін төмендетуі мүмкін. Біз екі экстремалды да көрдік.

Ең жақсы-жағдай мен ең нашар-жағдай арасындағы алшақтық өнеркәсіптік литий батареяларының жинақтарын бағалайтын сатып алу топтары неліктен тақырыптық сипаттамадан тыс қарау керектігін түсіндіреді. Салыстырмалы өрісті орналастырулардан деградация қисықтарын сұраңыз. Өндірістен ұяшық консистенциясы деректерін сұрау. Термиялық дизайн философиясын түсініңіз. Кез келген беделді литий батареясының OEM серіктесі бұл мәліметтерді - хеджирлеусіз бере алады.

Бұл тәжірибеде нені білдіреді

Қызмет мерзімінің болжамы иелік етудің жалпы құнын есептейді. 3 000 циклды жеткізетін $ 15 000 пакеті $ 5/цикл тұрады. 1500 циклды жеткізетін бірдей бума циклына $10 тұрады. Қорғасын қышқылынан{11}}қызметтік артықшылықтар кенет азаяды.

Жүк көтергіш литий аккумуляторларын жеткізушілерді салыстыратын флот менеджерлері бірліктің бағасымен тоқтамауы керек және циклдің қызмет ету мерзімі. Жасуша көздерін алу тәжірибесін зерттеңіз. Жинау кезінде кернеу мен сыйымдылыққа сәйкес келетін рұқсаттар туралы сұраңыз. Кепілдік шарттарын-нақтырақ түсініңіз, қандай тозу деңгейі қамтуды іске қосады және қандай жұмыс шарттары оны жарамсыз етеді.

Литий батареясының деградациясының физикасы жалпыға бірдей қолданылады. Жоспарланған қызмет мерзіміне жетпейтін пакеттерді әр кезеңдегі инженерлік тәртіпті ажырататын нәрсе: ұяшықтарды таңдау, жылу дизайны, BMS калибрлеу және жұмыс шектеулері туралы шынайы ақпарат.

Біз 2016 жылдан бері материалды өңдеуге арналған жабдыққа арналған LiFePO4 тартқыш аккумуляторларын жасап келеміз. Біз далалық қайтарымдарда көретін үлгілер айтарлықтай өзгерген жоқ: температура кернеуі, ұяшықтардың сәйкес келмеуін күшейту және дизайн шегінен тыс жұмыс жағдайлары ерте ақаулардың басым көпшілігін құрайды. Жақсы жұмыс істейтін бумалардың ортақ сипаттамалары-тұйық ұяшықтар сәйкестігі, сәйкес жылулық шекаралар және олардың шектеулерін түсінетін операторлар бар.

Бұл химияның серпінді хабарландыруларына қарағанда қызықтырақ емес. Бірақ бұл сіздің флотыңыз сіздің бизнес жағдайыңыздың қызмет ету мерзімін көретінін анықтайды.