Una delle principali attrazioni per trasferirsi a
batterie al litio
la durata della batteria è multipla di quella possibile con
batterie al piombo-acido
Tuttavia, con dati operativi limitati in
Applicazioni UPS
disponibili oggi, è naturale che i potenziali utenti si chiedano quanto dureranno effettivamente le batterie al litio.
Per rispondere a questa domanda, è necessario innanzitutto capire come si degradano le batterie al litio in circostanze normali. Hanno due modalità di degradazione sostanzialmente indipendenti: la durata di vita e il ciclo di vita.
La durata di vita indica come la capacità diminuirà e come la resistenza aumenterà nel tempo. Per quanto riguarda la durata di vita, la temperatura di esercizio della batteria è il fattore più importante nel determinarne la durata. Il calore può accelerare il degrado, mentre temperature più basse lo riducono al minimo.
Per quanto riguarda il ciclo di vita, il termine in sé è facilmente comprensibile, ma prevedere il ciclo di vita di una batteria al litio non è così semplice come potrebbe sembrare. Questo perché diverse caratteristiche del ciclo determinano quanto quel ciclo sia dannoso per la batteria.
Un test di base nel settore delle batterie al litio consiste nello scaricare completamente la batteria in un'ora e poi ricaricarla completamente in un'ora a temperatura ambiente (25 °C / 77 °F). Per celle di alta qualità, questo è un test semplice che richiederà migliaia di cicli prima che la cella raggiunga l'80% della sua capacità iniziale. Tuttavia, la durata del ciclo è in genere piuttosto sensibile alle velocità di carica e scarica e ad altri fattori.
Nella Figura 1 è riportato un riepilogo dei fattori chiave che influenzano la durata del ciclo.
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Parametro del ciclo
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Influenza sul ciclo di vita
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Descrizione
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Velocità di carica/scarica
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Significativo
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Caricare o scaricare una batteria a velocità superiori a quelle per cui è stata progettata ne ridurrà considerevolmente il ciclo di vita
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Profondità di scarica
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Moderare
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Scaricare parzialmente una batteria prima di ricaricarla è meno dannoso che scaricarla completamente
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Temperatura
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Moderare
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Mentre una batteria più calda avrà meno resistenza e minori tassi di autoriscaldamento, temperature di esercizio più basse sono generalmente migliori per la durata. Molte batterie agli ioni di litio sono anche sensibili alla ricarica a basse temperature (solitamente sotto lo zero), ma questo non rappresenta generalmente un problema per le applicazioni nei data center.
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Finestra dello stato di carica (SOC)
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Minore
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Quando si utilizza una batteria a profondità di scarica parziale, farla funzionare quasi completamente piena (100% SOC) o completamente vuota (0% SOC) è più dannoso che specificare una finestra operativa a stati di carica parziali
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Figura 1: Riepilogo dei fattori chiave che influenzano la durata del ciclo di vita delle batterie al litio.
Nelle applicazioni dei data center, la durata di vita è in genere il fattore principale, poiché i cicli di carica e scarica delle batterie sono poco frequenti. L'eccezione si verifica quando le batterie degli UPS vengono utilizzate per supportare la gestione energetica del sito o per fornire servizi di rete alla rete di distribuzione elettrica locale. Tali applicazioni esulano dall'ambito di questo documento. Nei casi d'uso convenzionali, le batterie rimangono inattive per la maggior parte della loro vita operativa.
Per valutare la durata di vita utile, i produttori di celle in genere conservano le batterie a diverse temperature per lunghi periodi di tempo e ne controllano periodicamente la capacità residua. La rappresentazione grafica di questi dati fornisce una relazione tra tempo, temperatura e capacità residua. Dopo aver raccolto dati sufficienti, è possibile adattarli a un'equazione generalmente accettata per la durata di vita utile, comprovata da decenni di esperienza sul campo con le batterie agli ioni di litio. Un esempio di grafico della durata di vita utile di una batteria al litio (NCM) è mostrato nella Figura 2.
La Figura 2 mostra che l'80% della capacità iniziale di una batteria NCM rimane inalterata dopo circa dieci anni a temperature di 23 °C (73 °F) per la specifica batteria al litio testata. Batterie al litio diverse, come quelle al litio ferro fosfato, presentano velocità di degradazione diverse.
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