如何在运行时保养锂离子电池以延长其使用寿命

重要提示 1：放电时降低 C 倍率，以优化电池的容量和循环寿命

在高倍率放电（例如1.5C）下，锂离子从一个电极的提取和嵌入到另一电极的强度太强而效率不高。这会损害电极的弹性。想想一直呼吸又急又急，你就会失去呼吸，既没有从空气中受益，也没有获得能量。
高倍率会增加电池的内阻。电池必须努力提供高电流并使用更多电量来保持相同的电压水平，这将使其老化得更快。

对于新的“新鲜”电池，1.5C 只会影响电池的容量（即其自主性（见下图））。但对于经历了多次循环的电池来说，由于内阻的增加，不仅容量会受到影响，而且所涉及的循环次数也会受到影响。因此，只有一小部分容量可以使用。在缓慢的速度（例如：C/8）下，耗散较少，内阻不会增加太多，并且电池的容量会增加。

该图表示新的“新鲜”MP 176065 xtd 电池的放电倍率能力。
电压水平反映了充电水平： 4.2V 表示充满电，2.7V 表示电池完全放电。

如您所见，在 C/8 放电率（紫色线）下，电池提供 5.8 Ah 容量，在 1.5 C 放电率下，电池容量降至 5.5 Ah（绿线）。

重要提示 2：注意电池放电时的温度

设备运行时的温度是影响电池功耗的主要因素。对于一次电池来说是这样，对于可充电电池也是如此。

在极端温度下，电极和电解质不再具有实现高效锂离子交换的最佳形状。

在低温下，电极收缩，因此离子无法提取。电解质的电子电导率也会降低。离子在两个电极之间移动得更慢。
你是否有过这样的感觉：冬天你的手机电量消耗得更快？这是因为低温会使电池需要更多电量来维持发送短信或拍照所需的电压水平。尽量把它放在口袋里保暖，等着瞧吧！

在热量的作用下，电极膨胀，使离子更容易移动。电解质也更具导电性。然而，极端高温会损坏电极。

有些电池在高温或低温下的表现会比其他电池更好，具体取决于制造商使用的化学物质和电池的结构。

下图表示MP176065 xtd 在不同温度下 C/5 时的放电容量 (Ah)。

Saft MP176065 xtd 提供无与伦比的工作温度范围 -40°C 至 +85°C，但在 -40°C 时，您必须在容量上做出让步并调整工作电压。

重要提示 3：优先选择部分深度放电 (DoD)。

完整的充电/放电周期称为放电深度 (DoD)，其中 100% 是一个完整的周期。

70% DoD 意味着 70% 的可用能源已交付，30% 仍处于储备状态。100% DoD 的 1 个周期大约相当于 50% DoD 的 2 个周期、10% DOD 的 10 个周期和 1% DOD 的 100 个周期。
放电深度与充电状态 (SoC) 相辅相成：随着放电深度的增加，充电状态会降低。

放电深度与电池的循环寿命有直接关系。DoD 越浅，电池的循环次数就越多。通过限制应用中可能出现的 DoD，您可以显着提高产品的循环寿命。

例如，Saft MP 176065 xtd 的满充电 DoD 为 4.2V，较低充电电压为 2.7V。25°C 下的 100% DoD、使用 C 充电和 C/2 放电速率将允许 4,000 次循环。
30% DoD 允许 16,000 多个周期，即 4 倍以上！这是一个完美的例子，说明微调 DoD、温度和 C 速率绝对可以延长电池的使用寿命。

为了说明这个想法，100% DoD 可以比作用力呼吸，使用你的全部肺活量，从而耗尽你的整个身体。但如果您呼吸正常，您可以继续移动更长时间。

与一些公认的想法相反，锂离子电池没有记忆。它们不需要定期完全放电和充电周期来延长使用寿命。事实上恰恰相反：放电越小（低DoD），电池的使用寿命越长，能够进行的循环次数就越多。

事实上，完全充电和因此产生的高电流会提高电池的容量，但会对电极产生应力，电极会拉伸、变厚并扩大自身以允许所有离子穿透。相反，当完全放电时（低于2.7V），内部会发生化学反应，电极氧化并收缩，弹性发生变化，电池老化得更快。

该图展示了降低 DoD 如何让您增加循环次数。

因此，部分充电和放电将减少压力并延长电池寿命。建议避免完整周期并保持在 100% 到 50% DoD (0-50% SoC) 之间。

重要提示 4：如果电池组中有超过 1 节电池，请确保定期进行平衡

当多个电池串联在电池组中时，可能会出现不平衡。随着时间的推移，电池的表现不均匀：充电/放电水平、自放电和阻抗（内阻）可能因一个电池而异。不平衡时循环使用电池会加剧差异并导致电压损失。
这可以通过要求生产商仅在电池组中组装同质电池来限制，就像我们在 Saft 所做的那样。

您还需要不时进行平衡，以便一个电池不会比其他电池磨损更多。智能嵌入式 BMS 再次为您的电池提供良好的保护。它将找到最弱的电池并确保其充电/放电水平与其他电池相同。
用于执行电池单元平衡的方法可以包括在充电/放电期间绕过一些电池单元以集中于最弱的电池单元。
我们还建议，对于我们的 MP 锂离子系列组装的电池，通过强制低电流完全放电来进行定期平衡。强制完全循环有助于电池恢复可用容量，尤其是在长时间存储之后。

重要提示 5：监控健康状况 (SoH)

健康状况反映了电池的总体状况及其随时间推移提供能量的能力。它指示电池寿命期内的可用能量已消耗了多少以及还剩下多少。

这是一个非常值得监控的参数，因为它可以指示电池何时遇到问题或需要更换。事实上，虽然不同电池制造商的情况可能略有不同，但通常认为当电池达到大约 70% 的容量（以 Ah 为单位）时，电化学就已达到其寿命的终点。 Saft xlr 系列的使用寿命终止 SoH 为 70%，xtd 系列的使用寿命终止 SoH 为 60%。然后容量损失加速，自主性下降。健康状态可以作为选项显示在电池管理系统上。重点维护指标要跟进！

摘要：关于如何在充电和运行过程中保养工业级锂离子电池以优化其使用寿命的 10 个重要提示

让我们总结一下关于如何在充电和运行过程中保养工业级锂离子电池以优化其使用寿命的 10 个重要技巧：

如何为工业级锂离子电池充电以优化其使用寿命：

重要提示 1：了解电池语言。了解电池的工作原理将帮助您优化充电和放电方式，以充分利用可充电电池
重要提示 2：尊重 CCCV 充电过程，尤其是在浮动模式下（充电器是您最好的朋友）：充电电池需要遵循特定的充电过程，通常由精心挑选的充电器处理。
重要提示 3：仔细设计您的 BMS（您的另一个最好的朋友），尤其是在使用多节电池组时。
重要提示 4：降低充电 C 速率：在低充电速度下，离子会顺利地嵌入电极中，从而延长电池的使用寿命。
重要提示 5：控制充电温度：电池在环境温度下充电时工作效果最佳。高温或低温会导致电池过早老化。

如何对工业级锂离子电池进行放电以优化其使用寿命：

重要提示 1：放电时降低 C 倍率，以优化电池的容量和循环寿命。 高倍率会增加电池的内阻。电池必须努力提供高电流并使用更多电量来保持相同的电压水平，这将使其老化得更快。
重要提示 2：注意电池放电时的温度。 在极端温度下，电极和电解质不再具有最佳形状（在低温下收缩并在高温下膨胀）以实现有效的锂离子交换。
重要提示 3：优先选择部分深度放电 (DoD)。 部分充电和放电将减少压力并延长电池寿命。建议避免完整周期并保持在 100% 到 50% DoD (0-50% SoC) 之间。
重要提示 4：如果电池组中有超过 1 节电池，请务必进行定期平衡。当多个电池串联在电池中时，可能会出现不平衡。这些电池可能被充电到不同的充电状态 (SoC) 水平，阻抗（内阻）可能因一个电池而异，另一个电池的容量可能因一个电池而异，等等。您将需要重新在 BMS 的帮助下，时时平衡它们之间的关系，以便一个电池不会比另一个电池磨损更多。
重要提示 5：监控健康状况 (SoH)。健康状况反映了电池的总体状况及其随时间推移提供能量的能力。它指示电池寿命期内的可用能量已消耗了多少以及还剩下多少，这有助于您预测问题或何时需要更换电池。