¿Qué tan profundo debemos descargar las baterías de litio para maximizar su vida útil?

Recientemente publiqué una respuesta mencionando las muy clásicas "baterías de litio como descargas parciales, así que diseñe su sistema para una profundidad de descarga limitada". Pero luego me pregunté: con descargas parciales, el número de ciclos de carga / descarga también aumenta para la misma energía entregada, por lo que la ganancia en ciclos de vida útil disminuirá. Por ejemplo, la batería de un teléfono celular descargada al 50% por la mañana, recargada, descargada al 50% por la tarde y recargada durante la noche requiere el doble de ciclos que un teléfono celular descargado al 100% y recarga una vez al día para durar tanto tiempo. Pensé que sería interesante investigar eso.

Seguí adelante y, como siempre, presento mis hallazgos para la aprobación de cualquier usuario de SE y doy la bienvenida a cualquiera para que lo agregue.

Debo señalar que esto solo cubre las baterías usadas regularmente, no las que se sientan en un estante por períodos superiores a unos pocos días. Aun así, tienden a envejecer independientemente en los ciclos, pero no tengo datos sobre eso, tal vez los expertos podrían arrojar algo de luz sobre eso.

Mi rápida mirada al respecto:

La vida útil de las baterías de litio disminuye con la profundidad de descarga, con el siguiente aspecto (esta curva es para baterías de plomo-ácido, pero el litio se indica siguiendo una curva similar):

( fuente )

Los resultados con este ejemplo particular:

Conclusión, todavía sostiene que la profundidad de descarga debe minimizarse tanto como sea posible.

Estoy de acuerdo en que obtienes una ganancia en la capacidad de toda la vida con la disminución de DOD, de memoria las cifras que he visto sugieren una mayor ganancia con la disminución de DOD en el rango de DOD de 10% -80%, pero no garantizaré mis recuerdos ser correcto.

Sin embargo, hay varios otros factores que pueden ser más importantes y / o útiles.
Si está en condiciones de tolerar descargas de capacidad reducida y / o múltiples recargas por día, se pueden obtener mejores ganancias al limitar el extremo superior de la carga.
Las celdas de LiIon generalmente se cargan en un modo CC / CV con CC generalmente a una velocidad C / 1 y con Vmax (típicamente 4.2 V / celda) alcanzando alrededor del 70% -80% de la capacidad total, con el balance ingresado en modo CV en la reducción de corriente (establecida por la química de la batería). La terminación de la carga ocurre en algunos Imax xk seleccionados con (0.05 <= k <1)
K = 1 corresponde a la carga final en la transición CC / CV. Es bien sabido que los valores más pequeños de k dan capacidades de energía total algo aumentadas pero disminuyen desproporcionadamente el ciclo de vida. k a menudo se establece en 0.25 o incluso 0.5, la carga agresiva puede establecer k en 0.1 o incluso 0.05.
Sus curvas sugieren que incluso con un DOD generalmente inaceptablemente bajo del 10% de energía total de por vida almacenada en menos del 50% más que con el 100% de DOD. Actualmente no tengo tiempo para localizar referencias, pero estoy (esencialmente :-)) seguro de que se obtienen ganancias superiores al 50% mediante el uso de k = 1 (sin ciclo CV) y esto tiene la ventaja de una carga muy rápida ( menos de 1 hora) (por ejemplo, 48 minutos a C / 1 desde completamente vacío si la transición CC / CV ocurrió al 80% del nivel de energía). La descarga al 100% DID tampoco es "útil" y también es útil establecer un DOD mínimo con este tipo de esquema. Algo como el 20% al 30% de la capacidad restante y el 80% de la capacidad máxima aún devuelve del 50% al 60% de la capacidad total, deja un búfer de emergencia del 20% al 30% cuando es necesario y es probable que sea superior al control DOD de fondo simple.

Otro aspecto que proporciona una mayor vida útil del ciclo y un aumento general del almacenamiento de energía durante toda la vida es establecer Vmax a menos de los 4.3V / celda habituales a 25C. Los resultados publicados sugieren que incluso una disminución de 0.05V (a 4.15V) proporciona ganancias útiles, 4.1V más y 4.0V mucho más. Estos niveles reducidos van acompañados de disminuciones significativas en la capacidad almacenada por ciclo.

Esta útil página de Battery University analiza varios métodos de extensión de la vida útil de LiIon.
La Tabla 4 sugiere un aumento de 4 veces en la vida útil del ciclo al disminuir Vmáx a 4.0V desde 4.2V con un solo 20% de disminución en la capacidad de energía por ciclo, una ganancia o más de 3 veces la capacidad habitual.

Las tablas a continuación se copian de la página anterior.

La utilización de una combinación de reducción de Vmax, restricción máxima de DOD y minimización de la reducción de corriente en el modo CV parece producir grandes ganancias de capacidad de vida. Para cualquier reducción aceptable en la capacidad, se podría establecer una mezcla óptima. Suena como un doctorado :-).

Ver también:

BU - Baterías a base de litio: por qué son mejores

BU - LiIon de carga

Mejor aún: use LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Un problema con este tipo de análisis es la cuestión de qué constituye una batería "muerta". La mayoría de los usos implicarán una pérdida máxima permisible de capacidad que es diferente según el uso. Los vehículos eléctricos generalmente dependen mucho del rango, por lo que se acepta muy poca pérdida de capacidad. El almacenamiento en el hogar continuará proporcionando ahorros significativos incluso si hay una gran pérdida de capacidad y es por eso que se sugiere que las baterías EV podrían reutilizarse como unidades de almacenamiento en el hogar después de ser retiradas de un vehículo.