Как Tesla умудряется продлить жизнь аккумуляторам Powerwall

[nero-schwarz.livejournal.com]

В пост "Солнечные панели на крыше дома: результат первых 90 дней" под авторством skysheep пришёл некий dronelab и огорошил автора пренеприятнейшим известием, что Маск мошенник и обвёл автора вокруг пальца всучив ему свой Powerwall.

Свою аргументацию dronelab строил на том, что производители якобы заявляют максимум 500 циклов перезарядки и в любом случае аккумуляторы проживут не более 1,5-2 лет и никаких тебе 70% от начальной ёмкости после 10 лет, как обещает Tesla.

Давайте разбираться. Понятно, что количество циклов зависит от условий эксплуатации, как верно и написал skysheep и как это как раз и заявляют те самые производители. Но мне стало интересно, на чём конкретно основывались инженеры Tesla и почему они всё-таки дают гарантию на аккумуляторы Powerwall в 10 лет.

Согласно свединиям с сайта cleanenergyreviews_тчк_info в Powerwall применяются Lithium NMC (Nickel-Manganese-Cobalt) аккумуляторы исполненные в типоразмере 21700. К сожалению, я не нашёл какое количество и какие точно аккумуляторы применяются в Powerwall. Но если принять, что каждая 21700-ячейка имеет ёмкость 4,8Ah или 17,3Wh (такие применяются в Tesla Model 3), то получаем 13,5kWh/17,3Wh=780 ячеек содержатся в одной Powerwall.

Теперь воспользуемся теми самыми документами, в которых производители якобы утверждают, что десятилетняя эксплуатация аккумуляторов с сохранением ёмкости в 70% невозможна в принципе. Так как ТТХ оригинальных ячеек в Powerwall найти не удалось, допустим, что они близкие к ТТХ ячеек NCR20700B от Panasonic (тем более dronelab сам дал ссылку на этот документ, чтобы он потом не заявил, что это фейк и Panasonic тоже мошенники!):
https://akkuplus.de/mediafiles/Datenblatt/Panasonic/Panasonic_NCR20700B.pdf
Нас интересует график на шестой странице:

Зелёную линию я добавил, чтобы обозначить 70% от номинала в 4000mAh это 2800mAh.
Для тока разряда 12A (красная линия) имеем 270 циклов при достижении уровня 70% или падение ca. 550mAh за 100 циклов. Для тока 8A соответственно 500 циклов или падение ca. 250mAh за 100 циклов.

Теперь надо выяснить какой максимальный ток разрядки ячеек достижим в Powerwall при предельно допустимом режиме эксплуатации. Tesla заявлет, что Powerwall способна выдавать постоянную мощность 5kW. Это соответствует 5kW/780=6,4W для каждой ячейки. Или току в 6,4W/3,6V=1,8A.

Уменьшение тока разряда в 12А/8А=1,5 раза уменьшает наклон линии на графике где-то в два раза (550mAh/250mAh≈2).

При токе 1,8A имеем уменьшение тока в 8A/1,8A = 4,4 раза по сравнению с 8A. Это в свою очередь даёт нам уменьшение крутизны падения линии в 7,4 разa (log1,5(4,4)=3,7; 3,7x2=7,4). Или увеличение количества циклов в 7,4 раза 500*7,4=3700. Это 3700/365=10,14 лет при ежедневной эксплуатации Powerwall по максимально заявленным характеристикам, высчитанные на основе данных в документе от Panasonic.

Ну что я могу сказать, в Tesla не идиоты сидят, считать умеют, в отличие от диванных теоретиков в комментариях;)) Ещё и подстраховались, гады, на 51 день! А нет, я ж потерями в инверторе пренебрёг (5kW заявлены на выходе инвертора), значит, видимо, всё тютелька в тютельку рассчитали!

Правда, стоит ещё учесть, что в Powerwall ячейки разряжаются не полностью, как это было сделано для ячеек из документа Panasonic (разряд до 2,5V). Так что, возможно, количество циклов, необходимых для достижения уровня 70%, будет ещё выше и 10 лет инженеры Tesla выбрали с приличным запасом.

В любом случае всё это мелочи и порядок цифр именно таков (надеюсь, я нигде не обсчиталься, знающих людей прошу проверить и поправить меня в комментах). Полагаю, теперь любому адекватному человеку должно быть понятно, почему Tesla (и любая другая компания, производящая подобные аккумуляторы) даёт гарантию в 10 или около того лет.

Comments

[genka8.livejournal.com]

На срок службы сильно влияют также глубина цикла, температура и уровень зарядки между циклами. Батарею лучше всего хранить на уровне 40-50%, а Powerwall в основном будет стоять полностью заряженная. Тем не менее, я не смоневаюсь, что 10 лет она протянет. А потом можно будет докупить еще одну для компенсации потерь.

[real-big-shish.livejournal.com]

Батарею очень нехорошо опускать ниже 50%. Лучше всего держать на 90-95%. Это с точки зрения ресурса.

[genka8.livejournal.com]

Это верно для Pb и Nc батарей, но не для Li.

[real-big-shish.livejournal.com]

NiCd для длительного хранения высаживают в ноль. Производители LiMn отдельное внимание в руководствах уделяют переодическому присмотру и зарядке, если упало.

[genka8.livejournal.com]

Не буду спорить насет Ni* Eneloop поставляют полностью заряженными, другие- нет. Литиевые батареи не любят полного заряда. В инструкции по ремонту моей машины написано, что снятая батарея должна храниться с уровнем заряда 30% https://www.dropbox.com/s/cmz7nx3ge6yyzuk/08%20-%20Electrical8F%20-%20Engine%20SystemsBattery%20SystemBATTERY%20Removal%20and%20Installation.pdf?dl=0 (Стр. 2)
Тесла не рекомендует заряжать свои машины до 100% без необходимости.

[noizer.livejournal.com]

Заряд всех литиевых батарей контролируется контроллером. Что мешает внести в него функцию ограничения уровня заряда? Емнип сии батареи боятся не заряда 100%, а разряда в ноль

[genka8.livejournal.com]

Хранение с полной зарядкой несколько уменьшает срок службы и повышает риск возгорания. Разряд ниже допустимого убивает батарею сразу. В машинах, где надо гарантировать срок службы, контроллер ограничевает максимальный заряд и разряд. У меня батарея 16.5квтч, я могу в нее залить максимум 12.5-13, причем часть из них- потери зарядки, охлаждение и т.д. В устройствах попроще важнее возможность использовать все 100% заявленной емкости.

[real-big-shish.livejournal.com]

Вероятно, верхнее значение здесь ограничено по соображениям безопасности, всё-таки хранить такое количество энергии само по себе стрёмно.
И тут вопрос, от чего там считается soc, потому, что если например от 3.3v, то 30% это будет 3.6v, что окажется существенно больше, чем 50% от 2.5v, то есть 3.25v, которые имел ввиду.

[genka8.livejournal.com]

Вы совершенно правы насчет безопасности, но долговечность тоже играет роль. Точное мнапряжение- кто его знает, оно не одинаковое у разных химий. Нашел ссылку на форум с обсуждением доклада по о жизни батарей. https://www.mybmwi3.com/forum/viewtopic.php?f=11&t=5533 Там намного интереснее, чем в бумажке Панасоника из поста.

[real-big-shish.livejournal.com]

О, спасибо за ссылку, весьма интересное явление описано - низкотемпературная деградация, связанная с током заряда. То есть понятно, что холод снижает токовые возможности, но вот что это может вызывать деградацию - отнюдь не очевидно. Теперь понимаю, почему суровые северные мужики термостабилизуют акум на +15 - +20C°, хотя, казалось бы, он сам должен себя разогревать под нагрузкой. Но нынешние акумы, в отличие от rc-шных 15летней давности, имеют такие слабые потери, что этого уже не хватает.

[genka8.livejournal.com]

Я совершенно не химик, могу лишь предположить, что оптимальный ток зарядки на холоде снижается,.