Почему литий-ионные аккумуляторы перестают работать и что делать

Возможно, вы обнаружите, что ваш литий-ионный аккумулятор работает не так, как вы думали. Даже в новых упаковках могут возникнуть небольшие проблемы, которые со временем усугубляются. Если элементы аккумулятора работают по-разному, ваше устройство может внезапно выключиться или прослужить недолго. Если энергия течет неравномерно при зарядке или использовании аккумулятора, возможно, он заряжается слишком сильно или слишком мало. Это может привести к тому, что ваше устройство будет потреблять меньше энергии и прослужит не так долго.

Ключевые выводы

• Литий-ионные аккумуляторы могут работать по-разному. Это происходит из-за того, как они сделаны, сколько им лет и из-за окружающей среды. Знание того, почему это происходит, поможет вам поддерживать работоспособность аккумулятора.

• Часто проверяйте напряжение, емкость и внутреннее сопротивление аккумулятора. Это поможет вам обнаружить проблемы на ранней стадии. Это может предотвратить более серьезные проблемы в будущем.

• Храните аккумуляторы с зарядом 40–50 % в сухом прохладном месте. Это замедляет старение и поддерживает их работоспособность. Не храните их в жарких местах или полностью заряженными в течение длительного времени.

• Используйте систему управления батареями (BMS) для наблюдения и балансировки ячеек. Этот инструмент помогает равномерно заряжать элементы. Это также может продлить срок службы аккумулятора.

• Если один элемент аккумуляторной батареи перестает работать, замените его соответствующим элементом. Использование неправильной ячейки может вызвать больше проблем и угрозу безопасности.

Основные причины несоответствия литий-ионных аккумуляторов

Производственные различия

Иногда элементы аккумуляторной батареи работают по-разному, даже если они произведены на одном заводе. Это связано с тем, что при изготовлении аккумуляторных элементов происходят небольшие изменения. Эти небольшие изменения заставляют каждую клетку действовать по-разному. Некоторые элементы заряжаются быстрее, удерживают больше энергии или теряют мощность быстрее, чем другие.

Ниже приведена таблица, в которой показаны некоторые общие производственные различия и их влияние на аккумуляторные блоки:

Румпф и др. обнаружили, что даже незначительные изменения в том, как создаются клетки, могут привести к большим различиям в их работе. Они протестировал более тысячи литий-ионных элементов и увидел, что емкость и импеданс могут изменяться до 0,72%. Если вы не подберете элементы с одинаковой емкостью и сопротивлением, вы можете столкнуться с проблемами перезаряда или переразряда. Это может привести к сокращению срока службы аккумуляторной батареи и снижению ее безопасности.

Материалы, используемые для изготовления электродов, такие как никель, кобальт и марганец, также влияют на то, насколько хорошо клетка может хранить и отдавать энергию. Эти изменения могут сделать некоторые клетки более слабыми, что приводит к несогласованности клеток.

Старение и деградация клеток

Когда вы используете литий-ионный аккумулятор, он стареет. Это происходит, даже если вы мало пользуетесь аккумулятором. Со временем каждая ячейка аккумуляторной батареи меняется по-своему. Это заставляет аккумулятор работать по-другому.

• Слой SEI (межфазный слой твердого электролита) образуется на аноде во время первой зарядки и продолжает расти по мере использования аккумулятора.

• По мере роста SEI он захватывает ионы лития. Это означает, что между электродами остается меньше ионов, поэтому батарея удерживает меньше заряда.

• Даже если вы не используете батарею, химические реакции внутри нее приводят к ее старению. Это называется календарным старением.

• Слой SEI становится толще быстрее при более высоких температурах. Более толстый SEI затрудняет перемещение ионов лития, что снижает емкость и повышает внутреннее сопротивление.

Вот таблица, показывающая, как старение влияет на элементы аккумуляторной батареи:

Если некоторые клетки стареют быстрее, чем другие, возникает несогласованность ячеек. Это делает весь аккумуляторный блок более слабым и не таким надежным.

Факторы окружающей среды и использования

То, как вы используете и храните аккумулятор, также влияет на то, насколько хорошо он работает. Если вы храните аккумулятор в горячем месте, элементы стареют быстрее. Если вы заряжаете или используете батарею слишком быстро, некоторые элементы могут подвергнуться большему стрессу, чем другие.

• Высокие температуры ускоряют химические реакции внутри батареи, что может привести к повреждению ячеек.

• Быстрая зарядка или разрядка может привести к еще большему нагреву некоторых элементов, что приведет к неравномерному износу.

• Если хранить аккумулятор полностью заряженным в течение длительного времени, он может потерять емкость быстрее.

• Неравномерный ток, вызванный плохим соединением или повреждением проводов, может привести к тому, что некоторые элементы будут работать интенсивнее, чем другие.

Многие вещи могут сделать литий-ионный аккумулятор нестабильным. Производственные различия, старение элементов, а также то, как вы используете и храните аккумулятор, — все это имеет значение. Когда эти факторы складываются, ваша батарея может работать не так долго и не так хорошо, как вам хотелось бы.

Типы и последствия несоответствия аккумуляторных блоков

Когда вы используете литий-ионный аккумулятор, вы можете заметить, что не все элементы работают одинаково. Эти различия называются несоответствиями. Они могут проявляться по-разному. Любое несоответствие может повлиять на то, насколько хорошо работает аккумулятор, как долго он работает и насколько он безопасен.

Изменение напряжения

Изменение напряжения происходит, когда каждая ячейка аккумуляторной батареи имеет разное напряжение. Вы можете проверить это, измерив напряжение каждой ячейки. Вы можете найти маленькие или большие различия. Эти различия могут зависеть от того, как были изготовлены элементы, сколько им лет или как вы используете батарею.

Вот таблица, в которой показано нормальное напряжение для разных типов ячеек:

Когда вы соединяете элементы в линию, напряжения складываются. Например, четыре литий-ионных элемента на 3,6 В подряд дают 14,4 В. Если одна ячейка имеет более низкое напряжение, она может сдержать всю упаковку. Это означает, что ваше устройство может выключиться раньше времени или не зарядиться полностью.

Изменение напряжения может привести к тому, что некоторые ячейки достигнут предела напряжения раньше других. Это может привести к перезарядке или чрезмерной разрядке. Это может повредить ячейки и ухудшить работу батареи.

Дисбаланс мощностей

Дисбаланс емкости означает, что некоторые клетки могут удерживать больше энергии, чем другие. Проверить это можно, посмотрев на состояние заряда и реальную емкость каждой ячейки. Даже небольшая разница, например, Дисбаланс заряда в 10% может привести к потере до 20% мощности аккумулятора. Если разница в емкости превышает 5 %, срок службы аккумуляторной батареи может сократиться, иногда на 30 % и более.

• Вы можете заметить, что некоторые ячейки заполняются или опустошаются быстрее, чем другие.

• Более слабые клетки стареют быстрее, потому что они подвергаются большему стрессу.

• Весь аккумулятор теряет энергию и работает не так долго.

Несогласованность мощностей заставляет некоторые ячейки работать интенсивнее. Это ускоряет их износ и сокращает срок службы аккумуляторной батареи.

Различия внутреннего сопротивления

Внутреннее сопротивление – это то, насколько клетка замедляет электричество. Когда ячейки имеют разное сопротивление, вы получаете несоответствие сопротивления. Элементы с более высоким сопротивлением нагреваются сильнее при зарядке или использовании аккумулятора. Это дополнительное тепло может ускорить старение клеток и более быструю потерю энергии.

Когда сопротивление неустойчиво, некоторые клетки теряют энергию быстрее. Аккумулятор становится менее надежным.

Влияние на производительность и безопасность

Несоответствие характеристик аккумулятора влияет не только на продолжительность его работы. Это также может сделать аккумулятор менее безопасным. Вот некоторые основные эффекты:

• Снижение производительности аккумулятора: аккумулятор не может выдавать столько мощности или энергии, сколько необходимо.

• Более короткая жизнь: клетки стареют с разной скоростью, поэтому самая слабая клетка ограничивает всю группу.

• Более высокий риск отказа: элементы с высоким сопротивлением или низкой емкостью могут перегреваться, что может быть опасно.

• Больше шансов на тепловой выход: если одна ячейка выйдет из строя, она может нагреться, что приведет к выходу из строя и других ячеек. Это может привести к возгоранию или взрыву.

Несовместимые аккумуляторные блоки могут привести к перегреву некоторых элементов, выделению газа или даже возгоранию. Высокое тепло от одной ячейки может распространиться на другие и усугубить ситуацию.

Вы можете проверить и контролировать эти несоответствия, измеряя напряжение, емкость и сопротивление. Соответствие элементов при создании блока и использовании системы управления батареями может помочь сохранить вашу батарею в безопасности и хорошей работе.

Предотвращение несовместимости литий-ионных аккумуляторов

Выбор материала и ячеек

Вы можете решить многие проблемы, подобрав правильные материалы и ячейки. Выбирая клетки, не смешивайте клетки с разным внутренним сопротивлением, емкостью или здоровьем. Это помогает избежать проблем при зарядке или использовании аккумулятора. Всегда используйте элементы, изготовленные из одной партии материалов. Следите за такими вещами, как размер частиц, площадь поверхности и уровень примесей. Эти шаги помогут вашей батарее работать хорошо и оставаться стабильной.

• Выбирайте элементы с близким внутренним сопротивлением и емкостью.

• Используйте материалы из одной партии для всех ячеек.

• Проверьте качество сырья.

Контроль качества на производстве

Контроль качества очень важен для изготовления хороших аккумуляторных блоков . При изготовлении батареек нужно проверять каждый шаг. Используйте сортировку, чтобы сгруппировать ячейки, которые действуют одинаково. Наблюдайте за процессом в режиме реального времени и контролируйте нагрев, чтобы своевременно обнаружить проблемы и сохранить аккумулятор в безопасности.

• Проверьте каждую ячейку на напряжение, сопротивление и емкость.

• Используйте очень точные инструменты сортировки.

• Следите за температурой во время производства.

Правильная сборка и соответствие

Хорошая сборка и соответствие продлевают срок службы вашего аккумуляторного блока. Вам следует отсортировать ячейки, чтобы они действовали одинаково. В таблице ниже показаны два основных способа сделать это:

Вы также можете использовать балансировку, чтобы сохранить рюкзак даже во время его использования.

Практика хранения и обращения

Правильное хранение и обращение сделают вашу батарею безопасной и прочной. Храните аккумуляторы с зарядом 40–50 % в сухом прохладном месте. Не позволяйте им перегреваться и часто проверяйте их. Хранение аккумуляторов полностью заряженными или в тепле может привести к тому, что они быстрее потеряют заряд и перестанут работать.

• Хранить при 40–50% заряда.

• Хранить в прохладном, сухом месте.

• Держитесь подальше от источников тепла и часто проверяйте батареи.

Совет: Бережное хранение и обращение помогут сохранить стабильное напряжение, сопротивление и емкость в течение длительного времени.

Исправление несоответствий в аккумуляторных блоках

Методы балансировки

Вы можете устранить проблемы с литий-ионным аккумулятором с помощью балансировки. Балансировка гарантирует, что каждая ячейка имеет одинаковое напряжение и заряд. Существует два основных способа сбалансировать клетки:

Пассивная балансировка проста и дешева. Но при этом энергия тратится в виде тепла. Активная балансировка работает быстрее и экономит больше энергии. Его сложнее использовать и он стоит больше денег. Выберите метод, который соответствует тому, что вам нужно и сколько вы готовы потратить.

Регулярное тестирование и обслуживание

Вы можете поддерживать работоспособность аккумуляторов, регулярно проверяя их. Регулярное тестирование поможет вам обнаружить проблемы на ранней стадии и сохранит заряд батареи.

1. Каждый месяц проверяйте аккумулятор на наличие грязи, ослабленных проводов или повреждений.

2. Каждые три месяца проверяйте, как работает ваша система. Ищите любые падения мощности.

3. Раз в год делайте глубокую проверку. Проверьте все и устраните любые проблемы.

Совет: Проверка аккумулятора часто помогает обнаружить проблемы до того, как они усугубятся.

Замена ячейки

Иногда одна ячейка аккумуляторной батареи разряжается или перестает работать. Вы можете заменить неисправный элемент, чтобы аккумулятор работал лучше и оставался в безопасности. Всегда используйте новую ячейку того же типа, размера и качества, что и остальные. Это позволяет поддерживать баланс батареи и ее хорошую работу. Если вы используете неправильный аккумулятор, у вас могут возникнуть новые проблемы, и ваша батарея не прослужит так долго.

Системы управления батареями

Система управления аккумулятором помогает вам следить за аккумулятором и защищать его. Он постоянно проверяет напряжение, ток и температуру. Некоторые системы используют интеллектуальные инструменты, такие как машинное обучение, для быстрого поиска проблем. Например, глубокая встроенная кластеризация может найти слабые ячейки, просматривая изменения напряжения. Другие системы выдают оповещения в режиме реального времени и могут отключать части батареи, если они перегреваются.

Хорошая система управления батареями обеспечивает безопасность вашей батареи. Это помогает вашей батарее работать лучше и прослужить дольше.

Заключение

Вы можете сохранить свой Литий-ионный аккумулятор работает хорошо, если вы знаете, что вызывает проблемы. Некоторые распространенные проблемы возникают, когда элементы имеют разное напряжение, внутреннее сопротивление или способы зарядки. Хорошие привычки могут помочь решить следующие проблемы:

• Храните аккумуляторы при температуре от 50°F до 80°F.

• Держите заряд от 20% до 80%.

• Используйте хорошие зарядные устройства и часто проверяйте напряжение.

Чаще проверяйте аккумулятор. Если вы видите проблему, обратитесь за помощью к специалисту.

Часто задаваемые вопросы

Что заставляет мою новую литий-ионную аккумуляторную батарею работать по-другому?

Даже новые пакеты могут иметь проблемы. Небольшие изменения при изготовлении, хранении или обращении с аккумулятором могут привести к тому, что элементы стареют с разной скоростью. Это вызывает различия в напряжении, емкости или сопротивлении.

Как узнать, разряжен ли мой аккумулятор?

Вы можете использовать вольтметр, чтобы проверить напряжение каждой ячейки. Если одна ячейка отличается от другой более чем на 0,05 В, возможно, ваш блок несовместим.

Можно ли починить аккумулятор, которого нет даже дома?

Вы можете попытаться сбалансировать элементы с помощью интеллектуального зарядного устройства или системы управления батареями (BMS). Если у вас нет этих инструментов, обратитесь за помощью к специалисту. Никогда не открывайте аккумуляторную батарею, если вы не обучены этому.

Как я могу предотвратить неравномерность работы аккумуляторной батареи?

• Храните аккумулятор в прохладном и сухом месте.

• Зарядите его примерно наполовину, если не будете использовать его в течение длительного времени.

• Используйте зарядное устройство, предназначенное для вашей батареи.