Cosa hè u ciclu di scaricamentu?

Avia una chjamata marti scorsu cù una startup chì facia u so primu dispositivu portatile. PM mi dumanda quante volte i so utilizatori ponu carricà a bateria. Aghju dettu chì dipende. Ci vulia un numeru. L'aghju dettu 500, forsi, in cundizioni perfette chì ùn esisteranu mai in u campu.

Hè u prublema cù i ciculi di scaricamentu. U cuncettu hè assai simplice ma l'applicà à i prudutti veri si complica rapidamente.

A vostra bateria ùn conta micca i plug-ins. Cunta u throughput di capacità. Scuprite u 100% di a capacità di a targa è questu hè un ciclu. Fate in un colpu o sparghje in una settimana di scarichi parziali - listessu risultatu.

U 18650 pusatu in a vostra torcia avà pò esse nantu à u ciculu 47 o u ciculu 212. A menu chì ùn avete micca seguitu amp-ore religiosamente, ùn avete micca idea. A cellula di sicuru ùn sà micca. Ùn ci hè micca un pocu contatore dentru. U vostru BMS l'estima basatu annantu à u cunti di coulomb, è a deriva di cunti di coulomb. Aghju sguassatu i pacchetti induve u numeru di u ciculu rapportatu era off da 30% cumparatu cù l'anzianu di u calendariu attuale.

Samsung SDI hà publicatu alcune dati in u 2019 chì mostranu e so cellule 21700 chì ghjunghjenu à 83% di retenzioni di capacità à u ciclu 300 sottu u so protocolu di prova standard. E cellule NCR Panasonic di a listessa era eranu più cum'è 78% à 300 cicli. Questi numeri venenu da camere climatiche à 23 gradi cù CC-CV carica à 0.5C è scaricamentu à 1C à 2.5V cutoff. U vostru chilometru varierà perchè u vostru casu d'usu ùn hè micca una camera climatica.

Tutti in questa industria parlanu di a prufundità di scaricamentu cum'è una sorta di leva magica. I ciculi superficiali allunganu a vita, i ciculi profondi uccidenu e cellule più rapidamente. Abbastanza vera. Ma a relazione ùn hè micca ciò chì a maiò parte di a ghjente aspetta.

Aghju realizatu un prughjettu laterale in 2021 per pruvà à quantificà questu per un cliente di dispositi medichi. Avemu pigliatu 200 cellule da u listessu lottu di pruduzzione, li divisu in gruppi, è i ciculi in diversi livelli di DoD per ottu mesi. U gruppu 100% DoD cratered intornu à u ciculu 380. U gruppu 60% DoD era sempre à 88% capacità à l'equivalente di 900 cicli sanu. U gruppu di 30% DoD hà appena dimustratu alcuna degradazione dopu un annu.

Ma quì hè ciò chì i datasheets ùn vi diceranu micca. L'anziane di u calendariu manghjava in tutti i gruppi à pocu pressu à u listessu ritmu, indipendentemente da u ciclistu. Versu u mese dieci, ancu e cellule chì avemu appena toccu avianu persu 4-5% di capacità solu à pusà quì à u 50% di u statu di carica in una stanza di 25 gradi. E cellule ciclate duramente sò state colpite da e duie direzioni - l'invecchiamentu di u ciclu è l'invecchiamento di u calendariu impilate l'una sopra l'altru.

Allora, quandu u vostru cliente dumanda perchè u so dispositivu di dui -anni- ùn dura micca tantu ancu s'ellu "l'avete usatu appena" - hè per quessa.

Discharge Cycle

Aghju una scatula di cellule in u mo garage da un pacchettu di batterie di carri di golf chì hà passatu trè stati in un capannone in Tucson. U pruprietariu hà ghjuratu chì hà utilizatu solu u carrettu forse duie volte à u mese. U pacchettu hè statu valutatu per 2000 cicli. Hè mortu à 160. I celi parevanu bè esternamente. Cracked one open and the jelly roll had spots brown on the separator. L'elettroliti si sò parzialmente decomposti.

U calore uccide e cellule di lithium. Micca veloce cum'è un cortu mortu. Lentu, cum'è lascià u burro fora nantu à u bancu.

A relazione di Arrhenius vi dà circa 2x a rata di degradazione per ogni 10 gradi sopra 25 gradi. Ma questu hè una media in tutti i chimichi. E cellule NMC chì aghju pruvatu sò cascate più rapidamente. LFP hà tenutu megliu. E cellule di sacchetti chì usemu per i wearables sò più sensittivi cà e cellule cilindriche cù a listessa chimica perchè a massa termica hè più bassu è sò più calde sottu a carica.

A scarica di fretu hè fastidiosa ma micca distruttiva. Perdi a capacità temporaneamente. Torna quandu a cellula si riscalda. Aghju scaricatu e cellule à -15 gradi chì anu datu solu u 61% di a capacità nominale, poi lasciate calde à a temperatura di l'ambienti è uttene u pienu 3.2Ah in a prossima scarica. A carica fredda hè l'assassinu - lithium plating nantu à l'anodu. Ddu dannu hè permanente. A maiò parte di i BMS bloccanu a carica sottu à 0 gradi per esattamente questu mutivu.

Ogni scarica move i ioni di litiu da l'anodu di grafite à u catodu. Ogni carica li spinge in daretu. Fate questu abbastanza volte è e cose cumincianu à rompe.

A strata SEI nantu à l'anodu s'ingrossa. Ddu stratu hè suppostu esse quì - pruteghja u grafitu da l'elettrolitu. Ma cresce cù ogni ciculu, è a crescita significa chì cunsuma lithium chì altrimenti puderia almacenà energia. Hè per quessa chì a capacità svanisce ancu quandu nunda di drammaticu succede.

Le particelle di catodi si crepano. I catodi NMC è NCA anu una struttura cristallina chì si dilata è si cuntrate cum'è lithium si move in è fora. Forma di micro-cracks. A superficia aumenta. E reazzioni laterali acceleranu. Aghju vistu -sezzioni trasversali di particeddi catodichi da cellule di altu-ciclu chì parevanu vetru fracassatu sottu u microscopiu paragunatu à e cellule fresche da u stessu batch.

L'elettroliti si rompe. Trace acqua causa prublemi. L'alta tensione accelera l'ossidazione. Finite cù a generazione di gasu, l'impedenza aumentata, è eventualmente a cellula swells o venti.

Nimu di questu succede in modu uniforme. E cellule in a vostra stringa di serie chì funzionanu più calde o cumincianu cù una capacità ligeramente più bassa età più veloce. Dopu un annu o dui, u vostru pacchettu "matched" ùn hè più cumminatu. A cellula debule limita tutta a stringa nantu à a scaricata è s'impegna à pruvà à mantene. Spirale di morte da quì.

IEC 62660 è e diverse norme UL vi danu una basa. Passà quelli è pudete spedite u pruduttu. Ma aghju fighjatu e teste di certificazione di e cellule è dopu apparsu in u campu torna sei mesi dopu cù sacchetti gonfi.

I testi di certificazione sò pensati per esse ripetibili in i laboratori, micca per simulà l'usu reale. Nimu ùn usa u so telefunu à esattamente 0.5C currente constante. Nimu ùn carica u so strumentu à un perfettu CC-CV profile à 25 gradi.

Sè vo site seriu à capisce cumu u vostru pacchettu farà, avete bisognu di custruisce un protokollu di prova chì currisponde à u vostru utilizatore attuale. Profile u vostru currente di scaricamentu previstu. Includite i periodi di restu. Aghjunghje a temperatura estrema chì u vostru pruduttu vede. Eseguite abbastanza cellule per ottene una fiducia statistica - è questu significa almenu 15-20 per cundizione di prova, micca u 3-5 chì a maiò parte di i startups pruvate à scappà.

E cellule chì fallenu prima in a prova di a vita avianu quasi sempre difetti di fabricazione. Burrs nantu à l'elettrodu, contaminazione, saldature cattivi nantu à e tabulazioni. Quelli apparisceranu in i primi 50 cicli. E cellule chì fallenu tardu - sò quelli chì vi dicenu qualcosa di u vostru disignu.

Pudete calculà a vita di u ciclu previstu se cunnosci u vostru prufilu d'utilizatore. Un telefunu chì si carica ogni ghjornu, forse sguassate à 20% in media prima di cunnette - chì hè circa 0,8 cicli per ghjornu. Più di una vita prevista di dui-anni, vi vede 580 cicli. Se e vostre cellule sò valutate per 500 cicli à 80% di a capacità, avete da cumincià à vede lagnanze intornu à u mese 18.

Hè per quessa chì Apple è Samsung oversize i so pacchetti relative à a capacità annunziata. U "100%" chì vede nantu à u vostru telefunu ùn hè micca u 100% di ciò chì e cellule ponu veramente mantene. Mantene un buffer in cima è in fondu per riduce l'estresse nantu à e cellule. U vostru telefunu puderia avè 4500mAh di capacità fisica, ma u software vi permette solu di utilizà 4000mAh.

A stessa idea funziona per qualsiasi produttu di batterie. Pudete sia chjappà u vostru scopu di vita di u ciculu cù cellule megliu - chì costanu più - o pudete chjappà mettendu capacità extra è eseguendu e cellule più faciule. A seconda opzione generalmente vince nantu à u costu tutale quandu fate in riserve di garanzia.

Discharge Cycle

U ciclu di scaricamentu hè solu un modu per quantificà l'usura. Cum'è l'odometer miles in una vittura, ma a relazione trà miles è a vita restante hè più squishier. Dui pacchetti à 300 cicli ponu avè una capacità restante completamente diversa secondu cumu si sò ghjunti.

I pruduttori di cellule vi daranu i so numeri. U vostru travagliu hè di capisce cumu questi numeri traducenu à u vostru pruduttu specificu è i vostri utenti specifichi. Ùn ci hè micca una formula per quessa. Testate, spedite, fighjate i dati di u campu, è aghjustate.