Uno degli aspetti principali del passaggio alle
batterie al litio è che la durata della batteria è multipla di quella possibile con
le batterie al piombo . Tuttavia, con i dati operativi limitati nelle
applicazioni UPS oggi disponibili, è naturale che i potenziali utenti si chiedano quanto dureranno effettivamente le batterie al litio.
Per rispondere a questa domanda, è necessario prima capire come le batterie al litio si degradano in circostanze normali. Hanno due modalità di degrado in gran parte indipendenti: la vita del calendario e la vita del ciclo.
La vita del calendario descrive come la capacità diminuirà e come la resistenza aumenterà nel tempo. Per quanto riguarda la durata del calendario, la temperatura operativa della batteria è il fattore più importante nel determinare la sua durata. Il calore può accelerare il degrado e le temperature più fredde minimizzano il degrado.
Per quanto riguarda il ciclo di vita, il termine stesso è facilmente comprensibile, ma prevedere il ciclo di vita di una batteria al litio non è così semplice come sembrerebbe. Questo perché diverse caratteristiche del ciclo determinano quanto dannoso sia il ciclo per la batteria.
Un test di base nel settore del litio consiste nello scaricare completamente la batteria in un'ora e quindi ricaricarla completamente in un'ora a temperatura ambiente (25°C/77°F). Per i progetti di celle di alta qualità, questo è un test semplice che comporterà migliaia di cicli prima che la cella raggiunga l'80% della sua capacità iniziale. Tuttavia, il ciclo di vita è in genere piuttosto sensibile alle velocità di carica e scarica e ad altri fattori.
Un riepilogo dei fattori chiave che influenzano la vita del ciclo è mostrato nella Figura 1.
| Parametro del ciclo |
Influenza sul ciclo di vita |
Descrizione |
| Tasso di carica/scarica |
Significativo |
Caricare o scaricare una batteria a velocità superiori a quelle per cui è stata progettata ne ridurrà notevolmente la durata |
| Profondità di scarica |
Moderare |
Scaricare parzialmente una batteria prima di ricaricarla è meno dannoso che scaricarla completamente |
| Temperatura |
Moderare |
Mentre una batteria più calda avrà meno resistenza e tassi di autoriscaldamento inferiori, temperature di funzionamento più fredde sono generalmente migliori per la vita. Molte batterie agli ioni di litio sono sensibili anche alla ricarica a temperature fredde (solitamente sotto lo zero), ma questo generalmente non è un problema per le applicazioni dei data center |
| Finestra Stato di carica (SOC). |
Minore |
Quando si utilizza una batteria a profondità di scarica parziale, spostarla quasi completamente piena (100% SOC) o completamente scarica (0% SOC) è più dannosa che specificare una finestra operativa con stati di carica parziali |
Figura 1: riepilogo dei fattori chiave che influenzano la durata del ciclo della batteria al litio.
Nelle applicazioni dei data center, la durata del calendario è in genere il fattore principale perché il ciclo della batteria è raro. Un'eccezione a ciò si verifica quando le batterie UPS vengono utilizzate per supportare la gestione energetica del sito o fornire servizi di rete alla rete di distribuzione elettrica locale. Tali applicazioni esulano dallo scopo 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, i produttori di celle in genere conservano le batterie a temperature diverse per lunghi periodi di tempo e ne controllano periodicamente la capacità rimanente. Il grafico di questi dati fornisce una relazione tra tempo, temperatura e capacità rimanente. Dopo aver raccolto dati sufficienti, è possibile adattarli a un'equazione generalmente accettata per la durata del calendario, dimostrata in decenni di esperienza sul campo delle batterie agli ioni di litio. Un esempio di grafico della durata del calendario 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 dopo circa dieci anni a temperature di 23°C (73°F) per la particolare batteria al litio testata. Diverse batterie al litio come il litio ferro fosfato avranno tassi di degradazione diversi.
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