Qual a profundidade que devemos descarregar baterias de lítio para maximizar sua vida útil?

Recentemente, postei uma resposta mencionando as clássicas "baterias de lítio como descargas parciais, então projete seu sistema para uma profundidade de descarga limitada". Mas então eu me perguntava: com descargas parciais, o número de ciclos de carga / descarga aumenta também para a mesma energia fornecida, de modo que o ganho na vida útil dos ciclos disponíveis diminui. Por exemplo, a bateria de um telefone celular descarregada a 50% pela manhã, recarregada, descarregada a 50% à tarde e recarregada durante a noite requer o dobro de ciclos que um telefone celular descarregado a 100% e recarregada uma vez por dia para durar tanto tempo. Eu pensei que seria interessante investigar isso.

Fui em frente e, como de costume, envio minhas descobertas para aprovação de qualquer usuário do SE e dou as boas-vindas a qualquer pessoa que a adicione.

Devo salientar que isso abrange apenas baterias usadas regularmente, e não aquelas que ficam em uma prateleira por períodos superiores a alguns dias. Mesmo assim, eles tendem a envelhecer independentemente dos ciclos, mas eu não tenho dados sobre isso - talvez os especialistas possam esclarecer isso.

Meu rápido olhar para ele:

A vida útil das baterias de lítio diminui com a profundidade da descarga, parecendo a seguinte (esta curva é para baterias de chumbo-ácido, mas o lítio é indicado como seguindo uma curva semelhante):

( fonte )

Os resultados com este exemplo específico:

Conclusão, ainda sustenta que a profundidade da descarga deve ser minimizada o máximo possível.

Concordo que você obtém um ganho em toda a capacidade de vida com a diminuição do DOD - de memória os números que eu vi sugerem um ganho maior com o decréscimo do DOD na faixa de 10% a 80% do DOD - mas não garantirei minhas lembranças estar correto.

No entanto, existem vários outros fatores que podem ser mais importantes e / ou úteis.
Se você estiver em condições de tolerar descargas de capacidade reduzida e / ou várias recargas por dia, poderão obter melhores ganhos limitando a extremidade superior do carregamento.
As células de íon de lítio geralmente são carregadas no modo CC / CV, com o CC normalmente na taxa C / 1 e com o Vmax (normalmente 4,2 V / célula) atingido em cerca de 70% a 80% da capacidade total, com a balança sendo inserida no modo CV na redução de corrente (definida pela química da bateria). A terminação da carga ocorre em alguns Imax xk selecionados com (0,05 <= k <1)
K = 1 corresponde ao término da cobrança na transição CC / CV. É bem reconhecido que valores menores de k proporcionam um pouco da capacidade total de energia, mas um ciclo de vida desproporcionalmente reduzido. k é geralmente definido como 0,25 ou mesmo 0,5, o carregamento agressivo pode definir k como 0,1 ou mesmo 0,05.
Suas curvas sugerem que, mesmo com um DOD geralmente inaceitavelmente baixo de 10% da energia total da vida útil armazenada em menos de 50% a mais do que com 100% do DOD. No momento, não tenho tempo para localizar referências, mas tenho (essencialmente :-)) certeza de que ganhos superiores a 50% são obtidos com o uso de k = 1 (sem ciclo CV) e isso tem o bônus de cobrança muito rápida ( menos de 1 hora) (por exemplo, 48 minutos em C / 1 de totalmente vazio se a transição CC / CV ocorreu no nível de energia de 80%). A descarga para 100% de DID também "não é útil" e também é útil definir algum DOD mínimo com esse tipo de esquema. Algo como 20% a 30% da capacidade restante e 80% da capacidade máxima ainda retorna 50% a 60% da capacidade total, deixa um buffer de emergência de 20% a 30% quando necessário e é passível de ser superior ao controle simples do DOD de base.

Outro aspecto que fornece maior vida útil do ciclo e aumentos gerais do armazenamento de energia durante toda a vida útil está ajustando Vmax para menos do que o habitual 4,3V / célula a 25 ° C. Os resultados publicados sugerem que mesmo uma redução de 0,05V (para 4,15V) fornece ganhos úteis, mais 4,1V e 4,0V muito mais. Esses níveis reduzidos são acompanhados por diminuições significativas na capacidade armazenada por ciclo.

Esta página útil da University of Battery discute vários métodos de extensão da vida útil do LiIon.
A Tabela 4 sugere um aumento de 4 vezes na vida útil do ciclo, diminuindo Vmáx para 4,2V de 4,2V com apenas 20% de redução na capacidade de energia por ciclo - um ganho ou mais de 3 vezes a capacidade usual.

As tabelas abaixo são copiadas da página acima.

Utilizando alguma combinação de redução de Vmax, a restrição máxima de DOD e a minimização da redução de corrente no modo CV parecem produzir ganhos de capacidade muito importantes na totalidade da vida útil. Para qualquer redução aceitável da capacidade, uma mistura ideal pode ser estabelecida. Soa como um PhD :-).

Veja também:

BU - Baterias à base de lítio - por que são melhores

BU - Li-ion de carregamento

Melhor ainda - use LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Um problema com esse tipo de análise é a questão do que constitui uma bateria "descarregada". A maioria dos usos envolve uma perda máxima permitida de capacidade que é diferente dependendo do uso. Os VEs geralmente dependem muito do alcance, pelo que é aceitável uma pequena perda de capacidade. O armazenamento doméstico continuará a proporcionar economias significativas, mesmo se houver uma grande perda de capacidade, e é por isso que é sugerido que as baterias EV possam ser reutilizadas como unidades de armazenamento doméstico após serem removidas de um veículo.