عمر چرخه چیست؟

عمر چرخه عبارت است از تعداد دفعات شارژ{0}}تخلیه باتری قبل از اینکه به سطح ظرفیت از پیش تعریف شده تنزل یابد. معمولاً این 80٪ است، اگرچه من مشخصات را در همه جا دیده ام - 70٪ برای برخی از برنامه های خودرو، 85٪ برای برخی دیگر. آستانه به خودی خود نوعی دلخواه است و بیش از هر ویژگی اساسی شیمی باتری به محاسبات گارانتی مربوط می شود.

لایه SEI روی آندهای گرافیت احتمالاً بیشترین مکانیسم تخریب در باتری‌های لیتیوم{0} یونی است. هنگامی که برای اولین بار سلول را شارژ می کنید، الکترولیت در سطح آند تجزیه می شود و این لایه جامد را تشکیل می دهد-که عمدتاً کربنات لیتیوم، مقداری لیتیوم فلوراید، اگر از نمک LiPF6، گونه های مختلف آلی استفاده می کنید، تشکیل می دهد. این لایه باید پس از چند چرخه تثبیت شود. اینطور نیست. به آرامی به رشد خود ادامه می دهد و لیتیومی را که باید دوچرخه سواری کند می خورد. من چند سال پیش روی پروژه ای کار کردم که سعی کردم SEI را با افزودنی های الکترولیت تثبیت کنم. FEC (کربنات فلوئورواتیلن) کمک می کند، VC (کربنات وینیل) بیشتر کمک می کند. هیچ کدام آن را به طور کامل حل نمی کنند.

کاتدهای نیکل بالا-ترک می‌خورند. NMC811 که 80٪ نیکل، 10٪ منگنز، 10٪ کبالت است، در طول دوچرخه سواری بسیار بیشتر از ترکیبات قدیمی NMC111 یا NMC523 دچار تغییرات حجمی عظیم می شود. ذرات به معنای واقعی کلمه از هم جدا می شوند. بعد از چند صد چرخه می توانید آن را تحت SEM ببینید. CATL در حدود سال 2019 متوجه شد که اگر ذرات تک کریستالی{13}} را به‌جای توده‌های پلی‌کریستالی که همه می‌سازند سنتز کنید، بیشتر ترک‌خوردگی را از بین می‌برید زیرا مرز دانه‌ای وجود ندارد. اکنون واضح به نظر می رسد، اما دریافت پارامترهای سنتز درست در مقیاس سال ها طول کشید. من فکر می کنم BYD کاری مشابه با باتری Blade خود انجام می دهد، اما آنها اطلاعات زیادی در مورد پردازش کاتدی خود منتشر نمی کنند.

انصافاً دما بیش از هر چیز دیگری اهمیت دارد. به ازای هر 10 درجه افزایش، میزان پیری تقریباً دو برابر می شود. این دقیقاً نیست-مکانیسم‌های مختلف انرژی‌های فعال‌سازی متفاوتی دارند-اما برای برآوردهای مهندسی به اندازه کافی نزدیک است. بسته ای که در دمای متوسط 35 درجه کار می کند بسیار بیشتر از یک بسته در 45 درجه دوام می آورد. تسلا این را زود با رودستر یاد گرفت. ماشین‌های بعدی آن‌ها مدیریت حرارتی بسیار تهاجمی دارند، حتی اگر بسته خیلی داغ شود، حتی در زمان پارک نیز خنک می‌شوند.

سرما عجیب است شیمی تخریب کند می شود، که خوب است. اما شما مقاومت بسیار بیشتری دریافت می کنید و اگر بخواهید خیلی سریع شارژ کنید، لیتیوم را روی آند قرار می دهید که بسیار بد است. رسوبات لیتیوم از دست دادن ظرفیت غیرقابل برگشت هستند و اگر به دندریت تبدیل شوند، می توانید یک شورت داخلی داشته باشید. به همین دلیل اکثر خودروهای برقی به شما اجازه شارژ سریع DC را زیر صفر درجه نمی دهند.

cycle life

این اثر شناخته شده وجود دارد که در آن دوچرخه‌سواری کم عمق عمر را افزایش می‌دهد. اگر فقط از 40 درصد ظرفیت باتری به جای 100 درصد استفاده کنید، ممکن است عمر چرخه باتری را سه برابر کنید. شاید بیشتر. مکانیسم ها کاملاً مشخص نیستند. تغییرات حجمی کوچکتر در الکترودها احتمالا کمک کننده است. اجتناب از پتانسیل های الکترودی شدید که در آن واکنش های جانبی تسریع می شود قطعا کمک می کند. اما هیچ کس واقعاً سهم دقیق هر عامل را مشخص نکرده است.

هر EV مقداری ظرفیت را از شما پنهان می کند. وقتی داشبورد شما 0% می‌گوید، احتمالاً در 5% SOC واقعی هستید. وقتی می گوید 100٪ شما در 95٪ یا شاید 90٪ هستید. سازندگان این اعداد را منتشر نمی کنند. من سعی کردم با نگاه کردن به داده‌های BMS از طریق گذرگاه CAN،-آن را در پیچ قدیمی خود مهندسی معکوس کنم، اما جداول کالیبراسیون رمزگذاری شده‌اند.

هیچ کس نمی‌خواهد 3-4 سال صبر کند تا طراحی باتری را تأیید کند. بنابراین ما تست‌های سریع‌تری را انجام می‌دهیم - دماهای بالاتر، سرعت دوچرخه‌سواری سریع‌تر. مشکل این است که همه مکانیسم های تخریب به یک شکل تسریع نمی کنند. برخی انجام می دهند، برخی نمی کنند. شتاب دما برای اکثر فرآیندهای شیمیایی بسیار خوب عمل می کند. شتاب سرعت کلی است. و حالت‌های خرابی وجود دارد که فقط پس از زمان تقویم طولانی نشان داده می‌شوند که اصلاً نمی‌توانید سرعت آن‌ها را افزایش دهید.

مطالب اخیر پیش بینی ML جالب است. داده‌های چرخه اولیه را به یک مدل وارد می‌کنید و این مدل کاهش ظرفیت بلندمدت- را پیش‌بینی می‌کند. استنفورد در سال 2019 چند کار در این مورد منتشر کرد، کارنگی ملون کارهای مشابهی انجام داده است. این به طرز شگفت انگیزی روی سلول هایی که روی آن ها تمرین کرده اند خوب کار می کند. تعمیم مشکل است. ترکیب کاتد یا فرمول الکترولیت را تغییر دهید و باید با داده‌های جدید دوباره آموزش دهید، که اگر می‌خواهید طول عمر یک طرح جدید را پیش‌بینی کنید، هدف را شکست می‌دهد.

cycle life

LFP عمر چرخه بهتری نسبت به NMC، دوره دارد. می توانید 3000-5000 چرخه را به راحتی دریافت کنید، گاهی اوقات بیشتر. جریمه چگالی انرژی وحشیانه است، اگرچه-در مقایسه با NMC با نیکل بالا، 30 تا 40 درصد تسلیم می‌شوید. سازندگان چینی به این نتیجه رسیدند که این معاوضه برای خودروهای برقی ارزان‌تر که مردم به برد 300+ مایل نیاز ندارند، منطقی است. BYD، CATL، همه در آنجا LFP را برای وسایل نقلیه برد استاندارد انجام می دهند. OEM های غربی در پذیرش آن کندتر هستند. تفاوت فرهنگی یا تفاوت بازار یا هر دو، مطمئن نیستم.

براساس آنچه CATL و Natron ادعا می‌کنند، یون{0}}سدیم قرار است چرخه‌ای مشابه با LFP داشته باشد، اما فقط یک سال است که تولید می‌شود، بنابراین چه کسی می‌داند پس از 5+ سال در این زمینه چه اتفاقی می‌افتد.

حالت جامد همچنان عمر چرخه بهتری را نوید می دهد زیرا عدم وجود الکترولیت مایع به معنای رابط های پایدارتر است. اما آنها همچنان به صورت تجاری در دسترس نیستند. اکنون حدود شش سال است که QuantumScape «دو سال» است. مقاومت رابط، از دست دادن تماس در حین دوچرخه‌سواری، دندریت‌های لیتیوم در برخی طرح‌ها-این مشکلات سخت‌تر از آن چیزی است که هر کسی فکر می‌کرد. شاید الکترولیت های سولفید بهتر از اکسیدها عمل کنند. داده هایی که از ژاپن به دست می آید نشان می دهد که شاید.

cycle life

این بسیار نادیده گرفته می شود، اما برای وسایل نقلیه ای که زیاد رانندگی نمی کنند بسیار بزرگ است. باتری شما فقط با نشستن در آنجا تحلیل می رود. دمای ذخیره سازی و SOC هر دو مهم هستند. بدترین حالت شارژ 100٪ در دمای بالا است-در صورت انجام هیچ کاری چندین درصد در سال از دست خواهید داد. 40% SOC در دمای اتاق ذخیره سازی بهینه است اما بدیهی است که برای خودرویی که واقعاً استفاده می کنید عملی نیست.

ذخیره سازی شبکه ای یک حیوان کاملا متفاوت است. شما به طول عمر 20+ سال نیاز دارید که به معنای حداقل 7000+ چرخه، احتمالاً 10،000+ اگر چندین چرخه را روزانه انجام می‌دهید. اما می توانید چگالی انرژی کمتری را تحمل کنید و فضای بیشتری برای مدیریت حرارتی دارید. کارکرد اقتصادی متفاوت است-وقتی در طول دهه‌ها استهلاک می‌کنید، CAPEX نسبت به OPEX اهمیت بیشتری دارد.

من اطلاعات کافی در مورد انواع باتری های جدید ندارم که بتوانم چیزهای مفیدی را بگویم. لیتیوم-به دلیل شاتل پلی سولفید هنوز هم عمر چرخه ای وحشتناکی دارد، اگرچه برخی شرکت ها ادعا می کنند که آن را حل کرده اند. لیتیوم{3}}آندهای فلزی جفت شده با الکترولیت های جامد ممکن است مسیر پیش رو باشد اما مشکل دندریت برطرف نشده است. و حتی اگر مواد کار کنند، افزایش تولید هر چیز جدید حداقل 5-10 سال طول می‌کشد. بنابراین، هرچه در آینده بیاید، حداقل برای یک دهه دیگر درگیر تغییرات لیتیوم یونی هستیم.

باتری های لیتیوم پلیمریدر جایی بین -انعطاف پذیری بسته بندی بهتر از سلول های استوانه ای، چرخه عمر قابل مقایسه با یون لیتیوم- استاندارد اگر دما را معقول نگه دارید. گزینه مناسب برای فضاهای محدود اما هیچ چیز انقلابی نیست.