Eine der Hauptattraktionen für den Umzug nach Lithiumbatterien ist die Akkulaufzeit ein Vielfaches dessen, was möglich ist? Blei-Säure-Batterien . Doch mit begrenzten Betriebsdaten in U PS-Anwendungen Da es heute verfügbar ist, fragen sich potenzielle Benutzer natürlich, wie lange Lithiumbatterien tatsächlich halten.
Um diese Frage zu beantworten, müssen Sie zuerst verstehen, wie Lithium-Akkus unter normalen Umständen abbauen. Sie haben zwei weitgehend unabhängige Abbaumodi: die kalendarische Lebensdauer und die Zykluslebensdauer.
Die Kalenderlebensdauer beschreibt, wie die Kapazität im Laufe der Zeit abnimmt und wie der Widerstand zunimmt. Für die kalendarische Lebensdauer ist die Betriebstemperatur der Batterie der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Lebensdauer. Hitze kann den Abbau beschleunigen und kühlere Temperaturen minimieren den Abbau.
Was die Zykluslebensdauer betrifft, so ist der Begriff selbst leicht zu verstehen, aber die Projektion der Zykluslebensdauer von a Lithiumzelle ist nicht so einfach, wie es scheint. Dies liegt daran, dass unterschiedliche Merkmale des Zyklus bestimmen, wie schädlich dieser Zyklus für die Batterie ist.
Ein Basistest in der Lithiumindustrie besteht darin, den Akku in einer Stunde vollständig zu entladen und dann in einer Stunde bei Raumtemperatur (25°C / 77°F) vollständig aufzuladen. Für hochwertige Zelldesigns ist dies ein einfacher Test, der Tausende von Zyklen erfordert, bevor die Zelle 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität erreicht. Die Zykluslebensdauer hängt jedoch typischerweise von den Lade- und Entladeraten und anderen Faktoren ab.
Eine Zusammenfassung der Schlüsselfaktoren, die die Zykluslebensdauer beeinflussen, ist in Abbildung 1 dargestellt.
Zyklusparameter | Einfluss auf die Zykluslebensdauer | Beschreibung |
Lade-/Entladerate | Von Bedeutung | Das Laden oder Entladen eines Akkus mit höheren Geschwindigkeiten, als er vorgesehen ist, verkürzt seine Zykluslebensdauer erheblich |
Entladungstiefe | Mäßig | Ein teilweises Entladen eines Akkus vor dem Aufladen ist weniger schädlich als ein vollständiges Entladen |
Temperatur | Mäßig | Während eine wärmere Batterie einen geringeren Widerstand und eine niedrigere Selbsterwärmungsrate aufweist, sind kühlere Betriebstemperaturen im Allgemeinen besser für die Lebensdauer. Viele Lithium-Ionen-Akkus reagieren auch empfindlich auf das Aufladen bei kalten Temperaturen (normalerweise unter dem Gefrierpunkt), aber dies ist für Rechenzentrumsanwendungen im Allgemeinen kein Problem |
Ladezustandsfenster (SOC) | Unerheblich | Bei Verwendung eines Akkus in Teilentladungstiefe ist es schädlicher, ihn fast vollständig (100% SOC) oder vollständig leer (0% SOC) zu laden, als ein Betriebsfenster bei teilweisem Ladezustand anzugeben |
Abbildung 1: Zusammenfassung der Schlüsselfaktoren, die die Lebensdauer von Lithiumbatterien beeinflussen.
In Rechenzentrumsanwendungen , ist die Kalenderlebensdauer in der Regel der Hauptfaktor, da die Batteriewechsel selten sind. Die Ausnahme hiervon wäre, wenn USV-Batterien werden zur Unterstützung des Energiemanagements am Standort oder zur Bereitstellung von Netzdienstleistungen für das lokale Stromverteilungsnetz verwendet. Diese Anwendungen sind nicht Gegenstand dieses Dokuments. In herkömmlichen Anwendungsfällen sind die Batterien die meiste Zeit ihrer Betriebsdauer im Leerlauf.
Um die kalendarische Lebensdauer zu beurteilen, lagern Zellenhersteller Batterien typischerweise über lange Zeiträume bei unterschiedlichen Temperaturen und überprüfen regelmäßig ihre Restkapazität. Die grafische Darstellung dieser Daten liefert eine Beziehung zwischen Zeit, Temperatur und verbleibender Kapazität. Nachdem genügend Daten gesammelt wurden, ist es möglich, die Daten an eine allgemein akzeptierte Gleichung für die Kalenderlebensdauer anzupassen, die sich in jahrzehntelanger Felderfahrung mit Lithium-Ionen-Batterien bewährt hat. Ein Beispiel für ein Kalenderlebensdauerdiagramm einer Lithiumbatterie (NCM) ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2 zeigt, dass 80 % der Anfangskapazität von a NCM-Batterie bleibt nach etwa zehn Jahren bei Temperaturen von 23°C (73°F) für die jeweilige getestete Lithiumbatterie erhalten. Unterschiedliche Lithiumbatterien wie Lithiumeisenphosphat haben unterschiedliche Abbauraten.
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