Miksi litiumioniakut muuttuvat epäjohdonmukaisiksi ja mitä tehdä?

Saatat nähdä, että litiumioniakkusi ei toimi niin kuin luulit. Jopa uusissa pakkauksissa voi olla pieniä ongelmia, jotka kasvavat ajan myötä. Kun akun kennot eivät toimi samalla tavalla, laite saattaa sammua yhtäkkiä tai se ei kestä yhtä kauan. Jos energia ei virtaa tasaisesti akkua ladattaessa tai käytettäessä, se voi latautua liikaa tai liian vähän. Tämä voi tehdä laitteestasi vähemmän virtaa eikä kestä niin kauan.

Key Takeaways

• Litiumioniakut voivat toimia eri tavalla. Tämä johtuu siitä, miten ne on valmistettu, kuinka vanhoja ne ovat ja ympäristö. Tietäminen miksi näin tapahtuu, auttaa sinua pitämään akun toiminnassa.

• Tarkista akun jännite, kapasiteetti ja sisäinen vastus usein. Tämä auttaa sinua löytämään ongelmat ajoissa. Tämä voi lopettaa suuremmat ongelmat myöhemmin.

• Säilytä akut 40-50 %:n latauksella viileässä ja kuivassa paikassa. Tämä hidastaa ikääntymistä ja pitää ne toiminnassa. Älä säilytä niitä kuumassa paikassa tai täyteen ladattuina pitkään aikaan.

• Käytä akunhallintajärjestelmää (BMS) kennojen tarkkailuun ja tasapainottamiseen. Tämä työkalu auttaa lataamaan kennoja tasaisesti. Se voi myös pidentää akun käyttöikää.

• Jos yksi akun kenno lakkaa toimimasta, vaihda se vastaavaan kennoon. Väärän kennon käyttö voi aiheuttaa lisää ongelmia ja turvallisuusriskejä.

Lithium-Ion-akkujen epäjohdonmukaisuuden tärkeimmät syyt

Valmistuserot

Joskus akkukennot eivät toimi samalla tavalla, edes samasta tehtaasta. Tämä johtuu siitä, että pieniä muutoksia tapahtuu akkukennojen valmistuksessa. Nämä pienet muutokset saavat jokaisen solun toimimaan eri tavalla. Jotkut kennot latautuvat nopeammin, sisältävät enemmän energiaa tai menettävät tehonsa nopeammin kuin toiset.

Tässä on taulukko, joka näyttää joitain yleisiä valmistuseroja ja kuinka ne vaikuttavat akkuihin:

Rumpf et ai. havaitsi, että pienetkin muutokset solujen valmistuksessa voivat aiheuttaa suuria eroja niiden toiminnassa. Ne testasi yli tuhat litiumionikennoa ja huomasi, että kapasiteetti ja impedanssi voivat muuttua jopa 0,72 %. Jos et vastaa kennoihin, joilla on samanlainen kapasiteetti ja vastus, saatat nähdä ylilataus- tai ylipurkausongelmia. Tämä voi vähentää akun kestoa ja olla vähemmän turvallista.

Elektrodeissa käytetyt materiaalit, kuten nikkeli, koboltti ja mangaani, muuttavat myös sitä, kuinka hyvin solu pystyy varastoimaan ja luovuttamaan energiaa. Nämä muutokset voivat heikentää joitakin soluja, mikä johtaa solujen epäjohdonmukaisuuteen.

Solujen ikääntyminen ja hajoaminen

Kun käytät litiumioniakkua, se vanhenee. Tämä tapahtuu, vaikka et käyttäisi akkua paljon. Ajan myötä akun jokainen kenno muuttuu omalla tavallaan. Tämä saa akun toimimaan eri tavalla.

• SEI (solid electrolyte interphase) -kerros muodostuu anodille ensimmäisen latauksen aikana ja kasvaa jatkuvasti akkua käytettäessä.

• Kun SEI kasvaa, se vangitsee litiumioneja. Tämä tarkoittaa, että vähemmän ioneja jää liikkumaan elektrodien välillä, joten akku kestää vähemmän varausta.

• Vaikka et käyttäisi akkua, sisällä olevat kemialliset reaktiot aiheuttavat sen vanhenemisen. Tätä kutsutaan kalenterin ikääntymiseksi.

• SEI-kerros paksunee nopeammin korkeammissa lämpötiloissa. Paksumpi SEI vaikeuttaa litiumionien liikkumista, mikä heikentää kapasiteettia ja lisää sisäistä vastusta.

Tässä on taulukko, joka näyttää, kuinka ikääntyminen vaikuttaa akkukennoihin:

Jos jotkut solut vanhenevat nopeammin kuin toiset, saat solujen epäjohdonmukaisuuden. Tämä tekee koko akusta heikomman ja vähemmän luotettavan.

Ympäristö- ja käyttötekijät

Akun käyttö- ja säilytystapa vaikuttaa myös siihen, kuinka hyvin se toimii. Jos akkua säilytetään kuumassa paikassa, kennot vanhenevat nopeammin. Jos lataat tai käytät akkua liian nopeasti, jotkut kennot voivat rasittua enemmän kuin toiset.

• Korkeat lämpötilat nopeuttavat kemiallisia reaktioita akun sisällä, mikä voi vahingoittaa kennoja.

• Nopea lataus tai purkautuminen voi aiheuttaa joidenkin kennojen kuumenemisen enemmän, mikä johtaa epätasaiseen kulumiseen.

• Jos akkua säilytetään täyteen ladattuna pitkään, se voi menettää kapasiteettia nopeammin.

• Epätasainen virrankulku, joka johtuu huonoista liitännöistä tai vaurioituneista johtimista, voi saada jotkin kennot toimimaan kovemmin kuin toiset.

Monet asiat voivat tehdä litiumioniakusta epäjohdonmukaisen. Valmistuseroilla, solujen ikääntymisellä ja akun käyttö- ja säilytystavoilla on merkitystä. Kun nämä asiat lasketaan yhteen, akku ei välttämättä kestä niin kauan tai toimi niin hyvin kuin haluat.

Akkupakkausten epäjohdonmukaisuuden tyypit ja vaikutukset

Kun käytät litiumioniakkua, saatat huomata, että kaikki kennot eivät toimi samalla tavalla. Näitä eroja kutsutaan epäjohdonmukaisuuksiksi. Ne voivat ilmaantua eri tavoin. Jokainen epäjohdonmukaisuus voi muuttaa akun toimivuutta, kestoa ja turvallisuutta.

Jännitteen vaihtelu

Jännitteen vaihtelua tapahtuu, kun akun jokaisella kennolla on erilainen jännite. Voit tarkistaa tämän mittaamalla kunkin kennon jännitteen. Saatat löytää pieniä tai suuria eroja. Nämä erot voivat johtua siitä, miten kennot on valmistettu, kuinka vanhoja ne ovat tai kuinka käytät akkua.

Tässä on taulukko, joka näyttää normaalin jännitteen eri kennotyypeille:

Kun kytket kennoja linjaan, jännitteet laskevat yhteen. Esimerkiksi, neljä 3,6 V Li-ion kennoa peräkkäin antavat sinulle 14,4 V. Jos yhdessä kennossa on pienempi jännite, se voi pitää koko paketin. Tämä tarkoittaa, että laitteesi saattaa sammua aikaisin tai latautua kokonaan.

Jännitteen vaihtelut voivat saada jotkin kennot saavuttamaan jänniterajansa ennen toisia. Tämä voi aiheuttaa ylilatauksen tai ylipurkautumisen. Se voi vahingoittaa kennoja ja heikentää akun toimintaa.

Kapasiteetin epätasapaino

Kapasiteetin epätasapaino tarkoittaa, että jotkut solut voivat säilyttää enemmän energiaa kuin toiset. Voit tarkistaa tämän katsomalla kunkin solun lataustilaa ja todellista kapasiteettia. Jopa pieni ero, kuten a 10 %:n varaustilan epätasapaino , voi saada akun menettämään jopa 20 % tehostaan. Jos kapasiteetin ero on yli 5 %, akku ei ehkä kestä yhtä kauan, joskus jopa 30 % tai enemmän.

• Saatat nähdä, että jotkut solut täyttyvät tai tyhjenevät nopeammin kuin toiset.

• Heikot solut vanhenevat nopeammin, koska ne stressaavat enemmän.

• Koko akku menettää energiaa eikä kestä yhtä kauan.

Kapasiteetin epäjohdonmukaisuus saa jotkut solut työskentelemään kovemmin. Tämä nopeuttaa niiden kulumista ja lyhentää akun käyttöikää.

Sisäisen vastuksen erot

Sisäinen vastus kertoo kuinka paljon kenno hidastaa sähköä. Kun soluilla on erilainen vastus, saat vastuksen epäjohdonmukaisuuden. Suuremman vastuksen omaavat kennot kuumenevat ladattaessa tai akkua käytettäessä. Tämä ylimääräinen lämpö voi saada solut vanhenemaan nopeammin ja menettää energiaa nopeammin.

Kun vastus on epäjohdonmukainen, jotkut solut menettävät energiaa nopeammin. Akun luotettavuus heikkenee.

Vaikutus suorituskykyyn ja turvallisuuteen

Akun epäjohdonmukaisuus muuttaa enemmän kuin sen, kuinka kauan se toimii. Se voi myös heikentää akun turvallisuutta. Tässä on joitain päävaikutuksia:

• Alempi akun suorituskyky: Pakkaus ei voi antaa niin paljon tehoa tai energiaa kuin sen pitäisi.

• Lyhyempi käyttöikä: Solut vanhenevat eri nopeuksilla, joten heikoin solu rajoittaa koko pakettia.

• Suurempi epäonnistumisriski: Suuren vastuksen tai pienen kapasiteetin omaavat kennot voivat kuumeta liikaa, mikä voi olla vaarallista.

• Suurempi mahdollisuus lämmön karkaamiseen: Jos yksi kenno epäonnistuu, se voi lämmetä ja saada myös muut kennot epäonnistumaan. Tämä voi aiheuttaa tulipalon tai räjähdyksen.

Epäjohdonmukaiset akut voivat saada jotkin kennot liian kuumiksi, päästää kaasua ulos tai jopa syttyä palamaan. Korkea lämpö yhdestä solusta voi levitä muihin ja pahentaa asioita.

Voit tarkistaa ja hallita näitä epäjohdonmukaisuuksia mittaamalla jännitteen, kapasiteetin ja resistanssin. Kennojen yhteensovittaminen pakkausta rakennettaessa ja akunhallintajärjestelmää käytettäessä voi auttaa pitämään akun turvassa ja toimimaan hyvin.

Litium-Ion-akkujen epäjohdonmukaisuuden estäminen

Materiaalin ja solujen valinta

Voit lopettaa monet ongelmat valitsemalla oikeat materiaalit ja solut. Kun poimit soluja, älä sekoita soluja, joilla on erilainen sisäinen vastus, kapasiteetti tai kunto. Tämä auttaa estämään ongelmia latauksen tai akun käytön aikana. Käytä aina samasta materiaalierästä valmistettuja kennoja. Tarkkaile esimerkiksi hiukkaskokoa, pinta-alaa ja epäpuhtauksien määrää. Nämä vaiheet auttavat akkua toimimaan hyvin ja pysymään vakaana.

• Valitse solut, joilla on kiinteä sisäinen vastus ja kapasiteetti.

• Käytä saman erän materiaaleja kaikissa soluissa.

• Tarkista raaka-aineiden laatu.

Laadunvalvonta valmistuksessa

Laadunvalvonta on erittäin tärkeää hyvien akkujen valmistuksessa . Sinun on tarkistettava jokainen vaihe paristoja valmistettaessa. Käytä lajittelua samalla tavalla toimivien solujen ryhmittelyyn. Katso prosessia reaaliajassa ja hallitse lämpöä löytääksesi ongelmat ajoissa ja pitääksesi akun turvassa.

• Testaa jokaisen kennon jännite, vastus ja kapasiteetti.

• Käytä lajittelutyökaluja, jotka ovat erittäin tarkkoja.

• Tarkkaile lämpötilaa tuotannon aikana.

Oikea kokoonpano ja sovitus

Hyvä kokoonpano ja yhteensopivuus auttavat akkua kestämään pidempään. Sinun tulee lajitella solut, jotta ne toimivat samalla tavalla. Alla olevassa taulukossa on kaksi päätapaa tehdä tämä:

Voit myös käyttää tasapainotusta, jotta pakkaus pysyy tasaisena käytön aikana.

Varastointi- ja käsittelykäytännöt

Hyvä säilytys ja käsittely pitävät akun turvallisena ja vahvana. Säilytä akkuja 40–50 % latauksella viileässä ja kuivassa paikassa. Älä anna niiden kuumentua liian kuumaksi ja tarkista ne usein. Akkujen varastointi täyteen tai kuumassa voi saada ne menemään nopeammin eivätkä toimi yhtä hyvin.

• Varastoi 40-50 % latauksella.

• Säilytä viileässä, kuivassa paikassa.

• Pysy kaukana kuumuudesta ja tarkista akut usein.

Vinkki: Huolellinen varastointi ja käsittely auttavat pitämään jännitteen, vastuksen ja kapasiteetin tasaisena pitkän aikaa.

Akkupakkausten epäjohdonmukaisuuden korjaaminen

Tasapainotusmenetelmät

Voit korjata litiumioniakun ongelmat tasapainotuksella. Tasapainotus varmistaa, että jokaisessa kennossa on sama jännite ja lataus. On kaksi päätapaa tasapainottaa soluja:

Passiivinen tasapainotus on helppoa ja halpaa. Mutta se kuluttaa energiaa lämpönä. Aktiivinen tasapainotus toimii nopeammin ja säästää enemmän energiaa. Se on vaikeampi käyttää ja maksaa enemmän. Valitse menetelmä, joka vastaa sitä, mitä tarvitset ja kuinka paljon haluat kuluttaa.

Säännöllinen testaus ja huolto

Voit pitää akut toimivat hyvin tarkistamalla ne usein. Säännöllinen testaus auttaa sinua löytämään ongelmat ajoissa ja pitämään akun vahvana.

1. Tarkista joka kuukausi akkusi lian, löystyneiden johtojen tai vaurioiden varalta.

2. Katso kolmen kuukauden välein, kuinka järjestelmäsi toimii. Etsi mahdollisia tehohäviöitä.

3. Tee perusteellinen tarkastus kerran vuodessa. Testaa kaikki ja korjaa kaikki ongelmat.

Vinkki: Akun tarkistaminen auttaa usein löytämään ongelmat ennen kuin ne pahenevat.

Solun vaihto

Joskus yksi akun kenno heikkenee tai lakkaa toimimasta. Voit vaihtaa huonon kennon, jotta akku toimii paremmin ja pysyy turvassa. Käytä aina uutta solua, joka on samaa tyyppiä, kokoa ja laatua kuin muut. Tämä pitää akun tasapainossa ja toimii hyvin. Jos käytät väärää kennoa, saatat saada uusia ongelmia ja akku ei kestä yhtä kauan.

Akunhallintajärjestelmät

Akunhallintajärjestelmä auttaa sinua valvomaan ja suojaamaan akkuasi. Se tarkistaa jännitteen, virran ja lämpötilan koko ajan. Jotkut järjestelmät käyttävät älykkäitä työkaluja, kuten koneoppimista, löytääkseen ongelmia nopeasti. Esimerkiksi syvä sulautettu klusteri voi löytää heikkoja soluja tarkastelemalla jännitteen muutoksia. Muut järjestelmät antavat reaaliaikaisia ​​hälytyksiä ja voivat sammuttaa akun osia, jos ne kuumenevat liikaa.

Hyvä akunhallintajärjestelmä pitää akun turvassa. Se auttaa akkua toimimaan paremmin ja kestämään pidempään.

Johtopäätös

Voit pitää omasi litiumioniakku toimii hyvin, jos tiedät, mikä aiheuttaa ongelmia. Joitakin yleisiä ongelmia ovat, kun kennoissa on erilainen jännite, sisäinen vastus tai lataustavat. Hyvät tavat voivat auttaa estämään nämä ongelmat:

• Säilytä paristoja 50–80 °F:n lämpötilassa.

• Pidä lataus 20 % ja 80 % välillä.

• Käytä hyviä latureita ja tarkista jännite usein.

Tarkista akkusi usein. Jos näet ongelman, pyydä apua asiantuntijalta.

FAQ

Mikä saa uuden litiumioniakkuni toimimaan eri tavalla?

Jopa uusissa pakkauksissa voi olla ongelmia. Pienet muutokset akun valmistuksessa, varastoinnissa tai käsittelyssä voivat saada solut vanhenemaan eri nopeuksilla. Tämä aiheuttaa eroja jännitteessä, kapasiteetissa tai resistanssissa.

Mistä tiedän, jos akkupakkani ei ole tasainen?

Voit tarkistaa kunkin kennon jännitteen volttimittarilla. Jos yksi kenno eroaa enemmän kuin 0,05 V toisesta, paketissasi saattaa olla epäjohdonmukaisuutta.

Voinko korjata akun, jota ei ole edes kotona?

Voit yrittää tasapainottaa kennot älylaturilla tai akunhallintajärjestelmällä (BMS). Jos sinulla ei ole näitä työkaluja, pyydä apua asiantuntijalta. Älä koskaan avaa akkua, ellet ole saanut koulutusta.

Kuinka voin estää akun epätasaisuuden?

• Säilytä akkua viileässä ja kuivassa paikassa.

• Lataa se noin puoleen, jos et käytä sitä pitkään aikaan.

• Käytä laturia, joka on valmistettu akullesi.