Apakah Pelepasan Dalam?

Nyahcas dalam berlaku apabila bateri menggunakan 80% atau lebih daripada jumlah kapasitinya sebelum mengecas semula. Ini berbeza daripada corak nyahcas biasa di mana bateri biasanya beroperasi dalam 20-50% daripada kapasitinya. Apabila bateri dinyahcas secara mendalam, tindak balas kimia yang tidak dapat dipulihkan bermula yang mengurangkan keupayaannya untuk menyimpan dan menghantar tenaga secara kekal.

Kedalaman Nyahcas mengukur peratusan kapasiti bateri yang telah digunakan berbanding dengan jumlah kapasiti yang tersedia. Jika bateri 100 amp-jam (Ah) menyahcas 80 Ah, ia mencapai 80% DoD.

Pengiraan adalah mudah:

DoD (%)=(Kapasiti Digunakan / Jumlah Kapasiti) × 100

DoD secara langsung menentang State of Charge (SoC). Apabila DoD ialah 80%, SoC ialah 20%. Kedua-dua metrik ini berfungsi bersama-sama untuk memberikan gambaran lengkap status bateri-DoD memberitahu anda perkara yang telah digunakan, manakala SoC menunjukkan perkara yang tinggal.

Pengeluar bateri menetapkan had DoD khusus untuk kimia yang berbeza. Bateri asid plumbum-biasanya tidak boleh melebihi 50% DoD untuk kegunaan biasa, manakala bateri-ion litium boleh mengendalikan 80-90% DoD dengan selamat. Had ini wujud kerana pelepasan yang lebih dalam mempercepatkan haus pada komponen dalaman.

Deep Discharge

Apabila bateri mengalami nyahcas dalam, proses kimia yang berbeza menyebabkan kerosakan kekal bergantung pada kimia bateri.

Dalam bateri asid plumbum-, proses nyahcas menukar plumbum dioksida dan plumbum span kepada plumbum sulfat melalui tindak balas dengan asid sulfurik. Semasa nyahcas biasa, hablur sulfat plumbum ini kekal kecil dan mudah ditukar semula semasa pengecasan semula. Walau bagaimanapun, pelepasan dalam menyebabkan pengumpulan plumbum sulfat yang berlebihan.

Hablur sulfat ini mengeras dan membesar melalui proses yang dipanggil sulfation. Apabila kristal mencapai saiz tertentu, ia menjadi degil dan enggan menukar semula menjadi bahan aktif semasa pengecasan semula. Penyelidikan daripada Midtronics menunjukkan bahawa bateri asid plumbum 12-volt yang jatuh di bawah 10.5 volt di bawah beban memasuki wilayah nyahcas dalam di mana sulfatasi memecut dengan pantas.

Semakin lama bateri berada dalam keadaan yang sangat nyahcas, semakin kekal sulfat ini. Dalam kes yang teruk, ketulan bahan aktif terputus daripada plat dalam proses yang dipanggil penumpahan plat, membawa kepada litar pintas dan kegagalan bateri sepenuhnya.

Bateri litium-menghadapi masalah yang berbeza tetapi sama seriusnya. Apabila dilepaskan di bawah ambang voltan selamatnya (biasanya 2.5V setiap sel), kuprum daripada pengumpul arus anod mula melarut ke dalam elektrolit.

Semasa pengecasan seterusnya, ion kuprum terlarut ini boleh memendap semula ke anod, membentuk dendrit-misai logam kecil yang tumbuh di dalam bateri. Kajian 2016 dalam Laporan Saintifik mendapati bahawa pelepasan berlebihan yang teruk melebihi keadaan cas -12% menyebabkan litar pintas dalaman melalui mekanisme pemendapan kuprum ini.

Selain itu, nyahcas dalam merosakkan lapisan Solid Electrolyte Interphase (SEI), filem pelindung pada anod. Lapisan ini biasanya menghalang tindak balas kimia yang tidak diingini. Sebaik sahaja rosak, bateri mengalami peningkatan rintangan dalaman dan pengurangan kapasiti. Data IEEE menunjukkan bahawa bateri yang tertakluk kepada kitaran nyahcas dalam biasa kehilangan kapasiti 40% lebih cepat daripada bateri yang disimpan dalam had yang disyorkan.

Kimia bateri yang berbeza mempunyai potongan voltan yang berbeza yang mentakrifkan nyahcas dalam:

Plumbum-Bateri Asid:

Dicas penuh: 12.6-12.8V (untuk bateri 12V)

50% dinyahcas: 12.2V

Ambang pelepasan dalam: 10.5V

Tahap kerosakan kritikal: Di bawah 10.5V

Bateri Litium-Ion:

Dicas penuh: 4.2V setiap sel

Julat operasi biasa: 3.7-4.0V setiap sel

Ambang nyahcas dalam: 3.0V setiap sel

Risiko kerosakan kekal: Di bawah 2.5V setiap sel

Bateri LiFePO4:

Dicas penuh: 3.65V setiap sel

Julat operasi biasa: 3.2-3.4V setiap sel

Lantai pelepasan selamat: 2.5V setiap sel

Ambang kerosakan: Di bawah 2.0V setiap sel

Apabila voltan bateri jatuh di bawah ambang ini, rintangan dalaman meningkat secara mendadak. Ini menjadikan pengecasan semula lebih sukar dan menghasilkan haba yang berlebihan semasa proses pengecasan, menambahkan kerosakan.

Hubungan antara kedalaman nyahcas dan hayat kitaran didokumenkan dengan baik-tetapi sering disalahfahamkan.

Bateri asid plumbum-yang dinyahcas kepada 50% DoD mungkin menghantar 800 kitaran sebelum mencapai 80% daripada kapasiti asal. Bateri yang sama yang dinyahcaskan kepada 80% DoD hanya akan menyediakan kira-kira 350 kitaran. Matematik nampaknya berlawanan dengan intuisi-bukankah pelepasan yang lebih dalam memberikan lebih banyak tenaga sepanjang hayat bateri?

Realitinya lebih bernuansa. Walaupun setiap kitaran nyahcas dalam mengekstrak lebih banyak tenaga, degradasi yang dipercepatkan mengurangkan jumlah penghantaran tenaga sepanjang hayat. Untuk contoh asid plumbum-di atas:

50% DoD: 800 kitaran × 50%=400 jumlah setara pelepasan

80% DoD: 350 kitaran × 80%=280 jumlah pelepasan setara

Corak nyahcas yang lebih cetek memberikan 43% lebih jumlah tenaga sepanjang hayat bateri.

Bateri litium-menunjukkan daya tahan yang lebih baik. Bateri LiFePO4 yang berkualiti boleh mengendalikan 2,000+ kitaran pada 80% DoD berbanding 200-300 kitaran untuk asid-plumbum pada kedalaman yang sama. Toleransi pelepasan dalam yang unggul ini menjadikan teknologi litium lebih disukai untuk aplikasi yang memerlukan kitaran dalam yang kerap.

Deep Discharge

Pelepasan cetek melibatkan penggunaan hanya 10-30% daripada kapasiti bateri sebelum mengecas semula. Pendekatan ini mengurangkan tekanan pada komponen bateri dengan ketara.

Penyelidikan daripada pelbagai pengeluar bateri mengesahkan bahawa berbasikal cetek pada kadar cas rendah menghasilkan degradasi yang boleh diukur yang minimum. Kajian ke atas bateri LiFePO4 mendapati bahawa pada 50% keadaan cas dan suhu penyimpanan 25 darjah, bateri mengekalkan kira-kira 80% kapasiti selama 23.8 tahun-jauh melebihi jaminan biasa.

Pelepasan dalam menawarkan kapasiti boleh guna segera yang lebih tinggi tetapi mempercepatkan penuaan. Tekanan mekanikal pada bahan aktif semasa kitaran nyahcas dalam meningkatkan kadar pudar kapasiti. Untuk kenderaan elektrik dan elektronik mudah alih, corak nyahcas cetek biasanya memberikan nilai jangka panjang-yang lebih baik walaupun memerlukan pengecasan yang lebih kerap.

Walau bagaimanapun, konteks penting. Sistem storan tenaga suria selalunya memerlukan keupayaan nyahcas dalam untuk memaksimumkan ketersediaan kuasa semalaman apabila matahari tidak bersinar. Dalam aplikasi ini, keupayaan untuk mengakses 80-90% kapasiti bateri membenarkan hayat kitaran yang berkurangan sedikit.

Pek bateri moden termasuk Sistem Pengurusan Bateri (BMS) yang direka khusus untuk mengelakkan kerosakan nyahcas dalam.

BMS sentiasa memantau beberapa parameter kritikal:

Pemantauan Voltan:BMS menjejaki voltan sel individu dan memutuskan beban apabila mana-mana sel menghampiri voltan potongnya. Untuk bateri lithium-ion, ini biasanya berlaku pada 2.5-3.0V setiap sel. Sistem ini menghalang bateri daripada menyahcas melebihi had selamat walaupun peranti terus mencuba untuk menarik kuasa.

Had Semasa:Arus nyahcas yang tinggi mempercepatkan penurunan voltan dan meningkatkan penjanaan haba. BMS mengehadkan arus nyahcas ke paras selamat berdasarkan suhu bateri dan keadaan pengecasan.

Pengurusan Suhu:Pelepasan dalam menghasilkan lebih banyak haba disebabkan oleh peningkatan rintangan dalaman. BMS memantau suhu dan mengurangkan atau menghentikan pelepasan jika melebihi had haba.

Pengimbangan Sel:Dalam pek berbilang-sel, sel tidak menyahcas secara seragam. Tanpa pengimbangan, satu sel mungkin nyahcas dalam manakala yang lain mengekalkan cas. BMS memastikan semua sel dilepaskan secara sama rata, menghalang sel individu daripada memasuki julat voltan berbahaya.

Satu kualitipengecas bateri lithium ionberfungsi seiring dengan BMS dengan mengukur voltan sel sebelum memulakan pengecasan. Jika voltan jatuh di bawah 2.5V setiap sel, pengecas moden melaksanakan mod "rangsangan" atau pengecasan meleleh, menggunakan arus minimum (biasanya 0.05C) untuk menaikkan voltan perlahan-lahan ke tahap pengecasan yang selamat. Ini menghalang pembentukan dendrit yang akan berlaku jika arus pengecasan penuh digunakan pada sel yang dinyahcas dalam.

Menurut Universiti Bateri, pengecas tanpa ciri perlindungan ini hanya akan menolak bateri yang dinyahcas dalam-dalam sebagai "tidak boleh diservis", walaupun pemulihan yang teliti mungkin boleh dilakukan dengan peralatan yang sesuai.

Kejayaan pemulihan sangat bergantung pada berapa lama bateri kekal dalam keadaan nyahcas dalam dan keterukan kerosakan kimia.

Untuk bateri asid plumbum-yang ditangkap dalam beberapa hari selepas pelepasan dalam, kadar pemulihan mencapai 70% untuk jenis AGM dan 30% untuk bateri yang dibanjiri. Prosesnya memerlukan kesabaran:

Gunakan pengecas pintar dengan mod nyahsulfasi

Sapukan arus rendah (0.1C atau kurang) selama 24-48 jam

Pantau kenaikan voltan-ia sepatutnya meningkat secara beransur-ansur ke arah 12.6V

Jika dataran tinggi voltan di bawah 12V selepas 48 jam, kerosakan kekal telah berlaku

Pengecas khusus seperti siri NOCO Genius termasuk algoritma penyahsulfan yang menggunakan pengecasan nadi untuk memecahkan kristal sulfat yang mengeras. Walau bagaimanapun, jika bateri dilepaskan dengan mendalam selama beberapa minggu atau bulan, sulfasi biasanya menjadi tidak dapat dipulihkan.

Pemulihan ion litium-lebih berisiko dan memerlukan lebih berhati-hati. Jangan sekali-kali cuba memulihkan bateri litium yang berada di bawah 1.5V setiap sel selama lebih daripada seminggu-pelupusan ialah pilihan yang lebih selamat.

Untuk bateri litium yang baru dinyahcas (voltan antara 2.0-2.5V setiap sel):

Guna arus pengecasan 0.05C sehingga voltan mencapai 3.0V

Pantau suhu secara berterusan-berhenti jika bateri menjadi panas

Setelah voltan menstabilkan melebihi 3.0V, tukar kepada protokol pengecasan biasa

Lakukan beberapa kitaran pengecasan/nyahcas lengkap untuk memulihkan kapasiti

Penyelidikan mengenai pemulihan bateri LiFePO4 menunjukkan bahawa prosedur pemulihan yang dilaksanakan dengan betul boleh memulihkan sehingga 70% kapasiti nominal, walaupun prestasi tidak pernah kembali sepenuhnya kepada spesifikasi bateri baharu.

Risiko dengan pemulihan litium ialah pembentukan dendrit. Jika struktur kuprum atau litium yang rosak sudah wujud daripada nyahcas dalam, mengenakan arus pengecasan boleh memanjangkan dendrit ini sehingga ia merapatkan pemisah dan menyebabkan litar pintas dalaman. Inilah sebabnya mengapa ramai pakar mengesyorkan agar percubaan pemulihan tidak dilakukan apabila voltan turun di bawah 2.0V setiap sel.

Memahami cara bateri mencapai nyahcas dalam membantu menghalangnya.

Beban Parasit:Kenderaan dan peranti moden menarik kuasa walaupun semasa "mati". Sistem keselamatan, jam dan sistem ingatan komputer membuat longkang berterusan. Bateri yang sihat bertolak ansur dengan beban ini, tetapi tempoh berpanjangan tanpa penggunaan-terutamanya dalam cuaca sejuk-boleh menyebabkan pelepasan dalam. Data daripada pusat servis automotif menunjukkan bahawa kenderaan yang tidak digunakan selama 3-4 minggu biasanya menghasilkan bateri yang dinyahcas dalam.

Kegagalan Alternator atau Sistem Pengecasan:Apabila alternator kenderaan gagal, bateri mesti menghidupkan semua sistem elektrik tanpa mengecas semula. Kebanyakan pemandu tidak segera mengenali kegagalan alternator, terus mengendalikan kenderaan sehingga bateri habis sepenuhnya. Ujian menunjukkan bahawa bateri kereta biasa yang menjanakan sistem elektrik kenderaan tanpa sokongan alternator akan nyahcas dalam dalam masa 30-90 minit memandu.

Penyimpanan Tanpa Penyelenggaraan:Bateri -nyahcas sendiri walaupun tanpa beban bersambung. Bateri asid plumbum-kehilangan 3-20% cas setiap bulan bergantung pada suhu. Bateri litium-ion nyahcas sendiri lebih perlahan (1-5% setiap bulan) tetapi masih memerlukan pengecasan berkala semasa penyimpanan. Bateri yang disimpan selama 6-12 bulan tanpa pengecasan penyelenggaraan biasanya jatuh ke dalam nyahcas dalam.

Terlalu Guna Antara Caj:Kenderaan elektrik yang dipandu melebihi julat terkadarnya, bank bateri solar yang menyokong beban melalui tempoh mendung yang berpanjangan, atau elektronik mudah alih yang digunakan secara berterusan tanpa mengecas semula semua pelepasan dalam yang berisiko. Risiko utama berlaku apabila pengguna mengabaikan-amaran bateri rendah dan meneruskan operasi.

Aplikasi tertentu secara khusus memerlukan bateri yang boleh mengendalikan kitaran dalam biasa.

Penyimpanan Tenaga Suria:Sistem suria luar-mesti membekalkan kuasa sepanjang malam menggunakan tenaga yang dikumpul pada siang hari. Ini sememangnya memerlukan keupayaan pelepasan dalam. Bank bateri solar yang berkualiti menggunakan sama ada bateri kitaran plumbum-dalam asid-(dinilaikan untuk 50% DoD) atau bateri LiFePO4 (dinilaikan untuk 80-90% DoD). Sistem suria kediaman biasa mungkin berkitar melalui 60-80% kapasiti bateri setiap malam.

Aplikasi Marin:Bot memerlukan kuasa tambahan yang boleh dipercayai untuk navigasi, pencahayaan dan peralatan komunikasi. Bateri kitaran{1}}dalam laut bertolak ansur dengan kitaran pelepasan berulang daripada penggunaan harian dan beban hotel semalaman. Bateri marin AGM menawarkan kelebihan pembinaan tertutup (tiada tumpahan di laut bergelora) sambil mengendalikan 50-60% DoD dengan kerap.

Kenderaan Rekreasi:Bateri rumah RV menyimpan peralatan kuasa, lampu dan elektronik apabila tidak disambungkan kepada kuasa pantai. Seperti aplikasi marin, RV memerlukan bateri yang mampu menyahcas dalam. RV moden semakin mengguna pakai bank bateri litium khusus untuk toleransi pelepasan-dalam yang unggul dan hayat kitaran yang lebih lama.

Kenderaan Elektrik:EV secara rutin mengeluarkan 20-80% kapasiti bateri semasa kitaran pemanduan biasa. Ini mewakili nyahcas yang agak dalam berbanding bateri permulaan-enjin yang hanya menggunakan 2-5% setiap permulaan. Pek bateri EV menggunakan bahan kimia litium-ion (biasanya NMC atau NCA) dengan sistem BMS yang canggih untuk mengurus corak nyahcas ini sambil memaksimumkan jangka hayat.

Sistem Kuasa Sandaran:Unit Bekalan Kuasa Tidak Terganggu (UPS) melindungi peralatan kritikal semasa bekalan elektrik terputus. Bateri kekal dicas sepenuhnya pada kebanyakan masa tetapi mesti memberikan kapasiti penuh semasa gangguan yang berterusan. Sistem UPS komersial biasanya menggunakan bateri-plumbum terkawal-asid (VRLA) yang direka bentuk untuk mengendalikan pelepasan dalam sekali-sekala tanpa kegagalan serta-merta.

Deep Discharge

Kadang-kadang, tetapi tidak selalu. Untuk bateri asid plumbum-, jika voltan kekal melebihi 10.5V, pemulihan selalunya boleh dilakukan menggunakan pengecasan perlahan selama 24-48 jam. Kadar kejayaan menurun dengan ketara jika bateri tidak dicas selama lebih daripada beberapa hari. Bateri litium-ion di bawah 2.5V setiap sel kadangkala boleh dipulihkan menggunakan pengecasan rangsangan khusus, tetapi risiko pembentukan dendrit menjadikannya berbahaya. Pengecas moden sering menolak bateri di bawah ambang voltan tertentu sebagai langkah keselamatan.

Ia bergantung sepenuhnya pada kimia bateri. Bateri litium-tidak sekali-kali memerlukan nyahcas dalam yang disengajakan-ini adalah mitos yang dibawa alih daripada teknologi kadmium-nikel lama. Bateri asid plumbum-manfaat daripada kitaran dalam sekali-sekala (sekali setiap 3-6 bulan) untuk mengelakkan stratifikasi dan sulfat, tetapi nyahcas dalam biasa masih mengurangkan jangka hayat. Amalan terbaik adalah mengelakkan pelepasan dalam bila mungkin.

Bateri kitaran-dalam menggunakan plat yang lebih tebal dengan bahan aktif yang lebih padat yang direka bentuk untuk menahan nyahcas berulang hingga 50% atau lebih rendah. Bateri pemula mempunyai plat nipis yang dioptimumkan untuk menghantar letupan arus tinggi tetapi mudah rosak jika dilepaskan secara mendalam. Perbezaan pembinaan bermakna bateri kitaran-dalam mengendalikan kitaran biasa sementara memulakan bateri cemerlang dalam menghantar ratusan amp-cranking sejuk tetapi kurang daripada 50 kitaran nyahcas dalam.

betul-betul. Suhu sejuk mengurangkan kapasiti bateri yang tersedia-bateri pada 0 darjah F mungkin menghantar hanya 50% daripada kapasiti terkadarnya. Ini bermakna bateri mencapai voltan nyahcas dalam lebih cepat dalam cuaca sejuk walaupun dengan penggunaan biasa. Suhu panas mempercepatkan-kadar nyahcas sendiri, menyebabkan bateri yang disimpan menyahcas dalam lebih cepat. Kedua-dua ekstrem meningkatkan risiko pelepasan dalam dan memerlukan amalan penyelenggaraan yang diselaraskan.

Nyahcas dalam mewakili salah satu keadaan yang paling merosakkan yang dihadapi oleh bateri. Perubahan kimia yang berlaku-sulfat dalam bateri asid plumbum-dan pelarutan kuprum dalam litium-sel ion-menjadi semakin tidak dapat dipulihkan apabila bateri yang lebih lama kekal dinyahcas secara mendalam. Walaupun pemulihan kadangkala boleh dilakukan, pencegahan melalui pengurusan bateri yang betul kekal jauh lebih berkesan.

Sistem pengurusan bateri moden memberikan perlindungan yang sangat baik apabila dilaksanakan dengan betul, memantau voltan, arus dan suhu untuk mengelakkan kerosakan nyahcas dalam. Apabila memilih bateri untuk aplikasi yang memerlukan kitaran dalam biasa, memilih bahan kimia yang direka bentuk untuk tujuan ini (seperti LiFePO4) dan bukannya cuba memaksa bateri standard ke dalam perkhidmatan kitaran-dalam akan memberikan prestasi dan jangka hayat yang lebih baik.

Bagi pengguna mana-mana bateri-peralatan berkuasa, amalan mudah mengecas semula dengan segera selepas digunakan-sebelum voltan turun di bawah 50% untuk asid plumbum-atau 20% untuk litium-ion-akan memanjangkan hayat bateri secara mendadak dan mengelakkan komplikasi pemulihan nyahcas dalam.