Nabend zusammen
Ich hätte ein paar Fragen zur Alterung von Lithium-Metall (im Speziellen
Li-SOCL2)Primärzellen. Die von mir verwendeten Primärzellen haben haben
Kapazitäten im Bereich von 120Ah (Versorgung eines GSM Moduls über
einige Jahre):
Allgemein kann die Alterung einer Batterie ja über ihren
Innenwiederstand ermittelt werden. Bei Li-Primärzellen hat man aber das
Problem, dass der Innenwiderstand über die meiste Zeit der Betriebsdauer
konstant bleibt und dann rapide abfällt. Wie kann man nun eine
Li-Primärzelle zuverlässig altern lassen?
Da hatte ich nun zwei Ideen:
1. Alterung über erhöhung der Temperatur nach der Arhenius Gleichung =>
10°C mehr = halbe Lebensdauer. Leider reicht diese Alterung nicht aus
(dauert noch zu lange). Müsste man also noch zusätzlich beschleunigen,
aber wie?
2. Erhöhung des Stromes und somit schnellere Entladung => simulierte
längere Betriebsdauer. Leider verhält sich dies auch nicht-linear, und
ich finde keine Gleichung (ggf. auch empirisch ermittelt) die dies
beschreibt.
Vl. auch diese beide Varianten kombinieren?
Das ganze hat nun noch ein Problem: Beim GSM Modul wird die Batterie
nicht kontinuierlich, sondern Pulsförmig belastet. Kann ich einfach denn
Mittelwert der Belastung verwenden um die Batterie erstmal altern zu
lassen und anschliessend meine Tests in Echtzeit bei der richtigen
Pulsförmigen Belastung abzufahren? Oder wird die verfälschung des
Ergebnisses zu dramatisch sein?
Allgemein habe ich auch ein problem mir aus denn Elektrochemischen
Gleichungen verwertbare Gleichungen für eine künstliche Alterung zu
ermitteln. Hilfe wäre da echt super.
Vielen Dank schonmal für eure Zeit.
Achja, was ich vergessen ahbe dazu zu sagen: Mir geht es nicht um die
Alterung durch selbstentladung. Sondern die Alterung die durch die
Pulsförmige Belastung des GSM Modules entsteht
Hi,
also mich ärgerts auch aber Alterungstests dauern nun mal lange.
Du kannst den Weg 10K-->1/2 Dauer gehen und anfangen (ab einigen 60°
wäre ich vorsichtig, da wirds auf Dauer schon uncool mit manchen
Kunststoffen, was die Batteriechemie da sagt weiss ich nicht), korrekt
mit-beschleunigte Stromentnahme.
Da du die Alterungstests sicher hernehmen willst um eine Betriebsdauer
zu gewährleisten kannst Du folgenden Weg gehen:
Erstmal (Risikoanalyse!) erklären daß das Design ausgelegt ist für eine
Lebenszeit von X.
Wenn nach paar Monaten ein beschleunigtes Jahr rum ist, 1 Jahr
gewährleisten.
Nach nochmal soviel Monaten zwei Jahre gewährleisten.
Nach 12 echten Monaten eines unbeschleunigten Muster prüfen, obs das 1
Jahr wirklich hält, wenn nicht, doch wieder runterstufen.
Nach 24 echten unbeschleunigten Monaten prüfen ob der beschleunigte Test
dich angelogen hat und abhängig davon weiter 2 Jahre gewährleisten oder
zurückrudern.
Und so weiter, und so fort.
Damit solltest du erstmal argumentieren können. Du kannst auch mal den
Batteriehersteller fragen, was er dazu meint. Vielleicht gewährleistet
er ja selber oder hat Kunden die auch GSM-Dauerversorgung machen?
Gruß,
"Prüfbär" Hendi
Hmmm, aber es gibt doch Modelle die das ganze auch in akzeptablen Maße
simulieren (+- 5% genauigkeit in der Vorhersage)? (Rakhmatov&Vrundula
oder Panigrahi) Nur sind diese Modelle für meine Anwendung von der
Rechenleistung zu anspruchsvoll und die Zeit sich darin einzuarbeiten
etwas zu kurz.
Es handelt sich nicht um einen Hersteller, sondern um mehrere. Bsw. Xeno
Energy, Tadiran, Saft etc.
Wäre es denn möglich die Batterie bsw. bei 65°C in der Simulation um ein
halbes Jahr altern zu lassen und dann die Temp. wieder auf 25°C
runterzufahren um die Perfomance zu testen? Hat sie dann genausoviel
Energie verbraucht wie utner normaltemperatur? Oder gilt die Sache, mit
10k mehr für halbe Lebensdauer, nur wenn die Temp. über die ganze
Lebensdauer auf diesem Wert ist?
Die Halbierung der Lebensdauer bei 10 Grad höherer Temperatur ist nur
ein grober Erfahrungswert. Je nach Bauteil, kann die
Temperaturabhängigket auch anders sein. Wenn überhaupt, ist das für die
Batterien nur im Bereich höherer Temperaturen verifiziert, unter
Raumtemperatur dauert es einfach zu lange und dann sind ja auch noch
statistische Schwankungen drin.
Eine Berechnung der Lebensdauer, wird also nicht besonders genau sein 5%
ungenauigkeit sind da völlig unrealistisch. Gerade wenn man die
Temperatur deultich erhöhen muß um ein kurze Zeit zu bekommen kann man
auch schon mal um den Faktor 2 bis 10 daneben liegen. Da kann man auch
nicht viel machen, außer wirklich die 30 Jahre oder so warten. Das
Problem ist halt das sich nicht alle Effekte gleichmäßig mit höherer
Temperatur beschleunigen. Im bereich nahe der späteren Einsatztemperatur
kann man da ab prinzipbedingt kaum nachmessen, sondern muß extrapolieren
und hat daher größere Unsicherheiten.
Man könnte die Zelle auch zwischen durch abkühlen um die eigenschalten
zu messen. Ganz auszuschließen sind dabei aber veränderungen auch nicht.
Gast schrieb:
> Hmmm, aber es gibt doch Modelle die das ganze auch in akzeptablen Maße> simulieren (+- 5% genauigkeit in der Vorhersage)? (Rakhmatov&Vrundula> oder Panigrahi) Nur sind diese Modelle für meine Anwendung von der> Rechenleistung zu anspruchsvoll und die Zeit sich darin einzuarbeiten> etwas zu kurz.>> Es handelt sich nicht um einen Hersteller, sondern um mehrere. Bsw. Xeno> Energy, Tadiran, Saft etc.>> Wäre es denn möglich die Batterie bsw. bei 65°C in der Simulation um ein> halbes Jahr altern zu lassen und dann die Temp. wieder auf 25°C> runterzufahren um die Perfomance zu testen? Hat sie dann genausoviel> Energie verbraucht wie utner normaltemperatur? Oder gilt die Sache, mit> 10k mehr für halbe Lebensdauer, nur wenn die Temp. über die ganze> Lebensdauer auf diesem Wert ist?
Es gibt von Tadiran ein Dokument in dem etliche typische
Entladungskurven und einige Daumenregeln aufgeführt sind u.a.
Batterie-Ausfall-Erkennung (Innenwiderstand), Kapazität vs
Pulstastverhältnis, Kapazität vs. Temperatur etc. aber auch Hinweise wie
man das Langzeitverhalten simulieren bzw. messen kann (Mikrokalorimeter
und Extrapolation)
http://www.tadiran-batterie.de/download/de/LBR06Deu.pdf
Ansonsten würde ich mit dem Hersteller sprechen u.U. sind dort
entsprechende Daten von ähnlichen Applikationen vorhanden.
p.s. Depassivierung der Batterie nicht vergessen, falls die Batterie nur
als Backup dient d.h. lange Zeit kein Strom fließt
p.p.s. würde bei solchen Batterien, zumindest wenn man keine großen
Überraschungen erleben will, nur welche von Tadiran, Saft oder
Electrochem einsetzen.
Das mit denn 5% Genauigkeit hat man nicht rein durch die Alterung bei
erhöhter Temperatur. Sondern durch Modelle die denn recovery-effect und
denn rate-capacity effekt mit einbeziehen (meistens auch denn
Spannungseinbruch am beginn der inbetriebnahme). Aber das sind eben
meist virtuelle Simulationen. Ich möchte aber an der Hardware
simulieren.
Die Methoden im Tadiran pdf beziehen sich rein auf Alterung durch
Selbstentladung. Nicht die Alterung durch Pulsförmige Belastung.
Das die Effekte nicht linear zur Temperatur verlaufen ist klar. Aber sie
folgen ja auch den Gesetzen der Physik. Nur zu eben dieser Physik finde
ich kein Buch das sich mit dem Thema im Sinne der Simulation
beschäftigt.
In Büchern wie "Handbook of Batterys" werden diese Effekte zwar
beschrieben...aber leider weis ich von aussen ja net wie groß der
Abstand zwischen denn Elektroden ist :( Bzw. welche Salze noch im
Elektrolyt gelöst sind....
Ich glaube mir bleibt nichts anderes über als die Möglichkeit über Temp.
zu nehmen und parallel eine nicht erhitzte daneben zu packen und zu
vergleichen.
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