À quelle profondeur devons-nous décharger les batteries au lithium pour maximiser leur durée de vie?

Récemment, j'ai publié une réponse mentionnant les très classiques "batteries au lithium comme les décharges partielles, alors concevez votre système pour une profondeur de décharge limitée". Mais alors je me suis demandé: avec des décharges partielles, le nombre de cycles de charge / décharge augmente également pour la même énergie délivrée, donc le gain de durée de vie des cycles disponibles va diminuer. Par exemple, la batterie d'un téléphone portable déchargée à 50% le matin, rechargée, déchargée à 50% l'après-midi et rechargée pendant la nuit nécessite deux fois plus de cycles qu'un téléphone portable déchargé à 100% et rechargée une fois par jour pour durer aussi longtemps. J'ai pensé qu'il serait intéressant d'examiner cela.

Je suis allé de l'avant et, comme d'habitude, je soumets mes résultats à l'approbation de tout utilisateur de SE et souhaite la bienvenue à tous pour y ajouter.

Je dois souligner que cela ne couvre que les piles régulièrement utilisées, pas celles qui sont installées sur une étagère pendant des périodes supérieures à quelques jours. Même ainsi, ils ont tendance à vieillir indépendamment sur les cycles, mais je n'ai pas de données à ce sujet - peut-être que les experts pourraient éclairer cela.

Mon rapide coup d'œil:

La durée de vie des batteries au lithium diminue avec la profondeur de décharge, ressemblant à ce qui suit (cette courbe est pour les batteries au plomb, mais le lithium est indiqué comme suivant une courbe similaire):

( source )

Si la valeur 100% DoD est prise comme référence, on peut tracer ce que j'appelle la courbe "isoénergie" (je lui ai donné une réflexion de 2 secondes) qui est fondamentalement le nombre de cycles nécessaires à la batterie pour fournir la même quantité d'énergie que 100% de décharges sur toute sa durée de vie: Par exemple, 50% DoD nécessitent deux fois plus de cycles que 100% DoD, 25% quatre fois etc.

Les résultats avec cet exemple particulier:

En conclusion, il considère toujours que la profondeur de décharge doit être minimisée autant que possible.

Je suis d'accord que vous obtenez un gain de capacité de vie entière avec une DOD décroissante - de mémoire les chiffres que j'ai vus suggèrent un gain plus grand avec une DOD décroissante dans la gamme DOD de 10% à 80% - mais je ne garantis pas mes souvenirs être correct.

Cependant, plusieurs autres facteurs peuvent être plus importants et / ou utiles.
Si vous êtes en mesure de tolérer des décharges à capacité réduite et / ou des recharges multiples par jour, de meilleurs gains peuvent être obtenus en limitant le haut de la charge.
Les cellules LiIon sont généralement chargées en mode CC / CV avec CC généralement au taux C / 1 et avec Vmax (généralement 4,2 V / cellule) atteint à environ 70% -80% de la capacité totale, la balance étant entrée en mode CV à réduire le courant (défini par la chimie de la batterie). La terminaison de charge se produit sur certains Imax xk sélectionnés avec (0,05 <= k <1)
K = 1 correspond à la fin de la charge à la transition CC / CV. Il est bien reconnu que des valeurs plus petites de k donnent des capacités énergétiques totales quelque peu accrues mais un cycle de vie considérablement réduit. k est assez souvent fixé à 0,25 ou même 0,5, une charge agressive peut régler k à 0,1 ou même 0,05.
Vos courbes suggèrent que même à un DOD généralement inacceptablement bas de 10% de l'énergie totale de la durée de vie stockée dans moins de 50% de plus qu'avec 100% de DOD. Je n'ai pas le temps pour l'instant de trouver des références mais je suis (essentiellement :-)) sûr que des gains supérieurs à 50% sont obtenus en utilisant k = 1 (pas de cycle de CV) et cela a le bonus d'une charge très rapide ( moins de 1 heure) (par exemple 48 minutes à C / 1 à partir de vide complet si la transition CC / CV s'est produite à 80% du niveau d'énergie). La décharge à 100% DID est également "inutile" et la définition d'un DOD minimum avec ce type de schéma est également utile. Quelque chose comme 20% à 30% de capacité restante et 80% de capacité maximale retourne toujours 50% à 60% de la capacité globale, laisse un tampon d'urgence de 20% à 30% en cas de besoin et est susceptible d'être supérieur au contrôle DOD bas de gamme simple.

Un autre aspect qui augmente la durée de vie du cycle et augmente le stockage global de l'énergie vitale est de régler Vmax à moins que les 4,3 V / cellule habituels à 25 ° C. Les résultats publiés suggèrent que même une diminution de 0,05 V (à 4,15 V) donne des gains utiles, 4,1 V de plus et 4,0 V beaucoup plus. Ces niveaux réduits s'accompagnent de diminutions importantes de la capacité stockée par cycle.

Cette page utile de l'Université de la batterie présente diverses méthodes d'extension de la durée de vie de LiIon.
Le tableau 4 suggère une augmentation de 4 fois la durée de vie du cycle en diminuant la Vmax à 4,0 V de 4,2 V avec une diminution de seulement 20% de la capacité énergétique par cycle - un gain ou 3+ x la capacité habituelle.

Les tableaux ci-dessous sont copiés à partir de la page ci-dessus.

L'utilisation d'un mélange de réduction de Vmax, de restriction maximale de DOD et de minimisation de la réduction de courant en mode CV semble susceptible de produire des gains de capacité de vie très importants. Pour toute réduction acceptable donnée de la capacité, un mélange optimal pourrait être établi. Cela ressemble à un doctorat :-).

Regarde aussi:

BU - Batteries au lithium - pourquoi elles sont meilleures

BU - Liaison de charge

Mieux encore - utilisez LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Un problème avec ce type d'analyse est la question de savoir ce qui constitue une batterie "morte". La plupart des utilisations impliqueront une perte de capacité maximale admissible qui est différente selon l'utilisation. Les VE sont généralement très dépendants de la portée, donc très peu de perte de capacité est acceptable. Le stockage à domicile continuera à générer des économies importantes même en cas de perte de capacité importante et c'est pourquoi il est suggéré que les batteries EV puissent être réutilisées comme unités de stockage à domicile après avoir été retirées d'un véhicule.