Вторая жизнь литиевого аккумулятора ноутбука

Сегодня я расскажу вам о своем опыте относительно литиевых аккумуляторных батарей, которые устанавливаются в ноутбуки. Поделюсь информацией о том, как продлить срок службы аккумулятора и избежать роковые ошибки при использовании. Также вы узнаете о том, как можно использовать уже вроде бы полностью неисправный аккумулятор от ноутбука. А сейчас немного предыстории

В 2007 году я купил новый ноутбук Acer с аккумуляторной батареей CGR-B/6H5 емкостью 4400 мАч, будучи абсолютно новым, аккумулятор выдерживал в среднем 2 часа автономной работы, что является нормальным показателем, учитывая емкость аккумулятора и потребляемую мощность ноутбука.
И все 4 года ноутбук, как и у многих из вас был постоянно подключен к зарядке т.е. работал всегда от сети. Иногда, мне приходилось использовать ноутбук от батарей и я замечал, что время автономной работы постепенно падает. Таким образом к 2011 году, время работы от встроенной литиевой аккумуляторной батареи составляло 10-15 минут, а спустя несколько месяцев, после того как отключили напряжение – ноутбук вообще перестал включаться от батарей, а процесс зарядки постоянно показывал 0%

При этом индикатор и надписи в Windows говорили о том, что процесс зарядки осуществляется. Но чтобы я не делал, все равно ноутбук не хотел работать ни секунды от своих батарей и тут, мне не осталось ничего, кроме того, чтобы разобрать аккумулятор

Глубокий разряд литиевого аккумулятора

Чтобы разобрать аккумуляторную батарею CGR-B/6H5 ноутбука, необходимо приложить некоторые усилия и сноровку. Дело в том, что литиевый аккумулятор неразборной конструкции и поэтому пришлось идти «хирургическим» путем. Чтобы добраться до электронной начинки батареи, необходимо нагреть на огне тонкий металлический предмет, я например, использовал ненужный нож. Таким образом, горячим острым и тонким лезвием мы аккуратно прорезаем по шву вокруг весь корпус аккумулятора. Внимание – следите за глубиной, на которые входит лезвие, ваша задача разрезать только корпус при этом, не задеть другие внутренние компоненты

После, того как я разобрал аккумулятор, я первым делом замерил напряжение на литиевых элементах типоразмера 18650, емкостью 2200 мАч, напряжение 3. 7в. Измерения показали, что в сумме последовательная сборка выдает напряжение более 12 вольт, что меня немного удивило. Поразмыслив логически, я пришел к выводу, что контроллер аккумулятора как бы ни видит установленные батареи по причине глубокого разряда. Поэтому я решил подать с внешнего источника питания постоянного напряжение на батарею литиевых аккумуляторов непосредственно напрямую. Было подано напряжение приблизительно 14 вольт и 0.5 А в течении 20-30 секунд, чего хватило, чтобы разбудить аккумуляторную батарею. Присоединив к ноутбуку, я увидел процесс заряда и за 5 минут, заряд достиг 100%. При отключении ноутбука от сети, ноутбук проработал не более 3-5 минут и выключился. Нужно было что-то с этим делать

Проверяем состояние аккумулятора – измеряем емкость

Самый действенный метод измерения емкости – это подключить к источнику потребитель и засечь за сколько времени произойдет разряд литиевого аккумулятора до минимально допустимого напряжения. Но можно пойти более простым и доступным методом – воспользоваться специальными утилитами для работы с аккумуляторами ноутбуков. Одной из лучших программ является BatteryMon. Я сейчас не буду подробно описывать возможности этой программы, эту информацию вы легко найдете на сайте производителя

И так считав информацию с контроллера аккумулятора CGR-B/6H5 ноутбука программой BatteryMon, я выяснил, что емкость моей батареи составляет 100-200 мА.ч вместо номинальных 4400 мА.ч – именно по этой причине ноутбук работает автономно не более 2 минут, а также заряжается до 100% за столь короткое время

Хочу также отметить, что состояние емкости литиевого аккумулятора можно определить наглядно при условии, что зарядное устройство исправно. Дело в том, что чем ниже становится емкость аккумулятора, тем быстрее будет протекать зарядка – это касается всех литиевых аккумуляторов.

Вторая жизнь литиевого аккумулятора ноутбука

После того, как я точно уже узнал, что емкость моей батареи полностью иссякла, я стал решать, что же делать дальше. Было несколько вариантов: первый – это купить новый (что очень накладно), второй – это заменить все элементы на новые (это тоже накладно, плюс необходимо перепрошивать контроллер) и третий вариант – использовать только от сети. Я выбрал третий вариант, потому что я все равно не использую этот ноутбук автономно, а для автономности есть нетбук. Но чтобы не пропадать добру, я решил окончательно разобрать аккумулятор, чтобы посмотреть в каком состоянии каждый аккумулятор

Батарея представляет собой три соединенных последовательно пары, состоящих из параллельно соединенных двух литиевых аккумуляторов. Таким образом из шести элементов емкостью 2200 мА.ч и напряжением 3.7 в каждый, мы получаем аккумуляторную батарею номинальным напряжением 11.1 в и емкостью 4400 мА.ч

Несмотря на то, что в сборе батарея уже не тянет работу ноутбука, тем не менее по отдельности или в парах аккумуляторы прекрасно справляются с маломощными задачами. Допустим емкость каждого элемента снизилась с 2200 до 700-1000 мА. ч, то мы получаем при параллельном соединении двух элементов источник питания напряжение 3.7-4.2 вольта и емкостью 1500-2000 мА.ч. Напомню, что например емкость аккумулятора в мобильном телефоне или коммуникаторе составляет 700-1300 мА.ч т.е. наших старых элементов вполне достаточно, чтобы использовать в менее мощных, чем ноутбук устройствах

Аккумуляторы широко распространенного типоразмера 18650, поэтому будет не сложно приобрести как зарядные устройства специально для таких аккумуляторов, а также непосредственно и сами потребители – например сверхяркие фонари, которые работает на одном элементе 18650

Из элементов 18650 очень удобно делать емкие накопители, которые так необходимы туристам. Лично я использую два параллельно соединенных литиевых элемента от старой батареи от ноутбука в питании GPS навигатора, большого подвесного светодиодного фонаря, освещения на велосипеде и т.д. Одиночные элементы использую в мощном фонарике.

Чтобы заряжать свои Li-Ion аккумуляторы я купил зарядное устройство для элементов 18650, при этом я доработал зарядное устройство, установив дополнительные два разъема по бокам, чтобы заряжать мои параллельно соединенные неразборные элементы, которые соединяются с потребителями штекером типа джек стерео 3.5 мм.

Советы по эксплуатации литиевых аккумуляторов ноутбука

Чтобы избежать многих неприятностей, связанных с выходом из строя или преждевременной потерей емкость литиевых аккумуляторных батарей, необходимо помнить о следующем.
Если вы не хотите, чтобы емкость вашей батареи ноутбука упала до нуля как в моей истории, вы можете если и не полностью сохранить емкость, то хотя бы сохранить максимум возможного следуя простым правилам. Если вы не планируете использовать ноутбук автономно и он у вас всегда на зарядке, то зарядите аккумулятор до 50-60%, выньте из ноутбука, положите в полиэтиленовый пакет и храните в прохладном темном месте. Так вы сохраните емкость, максимум насколько это возможно.

При этом не забывайте раз в 6 месяцев подсоединять батарею к ноутбуку и совершать полный цикл – заряда разряда, далее все по старому – заряженную до 50-60% батарею кладем в темное прохладное место

Не допускайте сильного охлаждения литиевых батарей, а также их нагрева. Литиевые элементы очень чувствительны к температуре окружающей среды и при несоблюдении допустимых условий, также быстро теряют свою емкость

Не допускайте глубокого разряда батарей ни в коем случае – это губительно скажется на ваших литиевых элементах. Не дожидайтесь пока ноутбук сам выключится или будет сигнализировать о низком заряде, если уровень опустился до 10-15%, уже следует делать полную зарядку

А также ни при каких условиях не допускайте короткого замыкания или механического повреждения – это может привести в химической реакции с выделением пламени, что может стать причиной пожара

Разбор неисправных ноутбучных аккумуляторов. Заметки электровелосипедиста / Хабр

Здравствуйте.

По роду деятельности более 6 лет занимаюсь ремонтом и сборкой Li-ion аккумуляторных батарей для электровелосипедов.

У меня часто оказываются неисправные ноутбучные аккумуляторы, которые отдают мастера по ремонту компьютерной техники за небольшие деньги.

Так они выглядят после разбора:

Хочется заметить, что большинство производителей изготавливают пластиковые корпуса таким образом, что аккуратно открыть не поломав его на части — возможности нет. Исключение — только аккумуляторы ноутбуков Acer. Верхнюю крышку можно снять даже не сломав защелок.

Ячейки изымаются легко, иногда бывает, что производитель добавляет много липкого клея, который, порою, не срезать скальпелем, не повредив термоусадку элементов. Но это мелочи — изоляция легко восстанавливается скотчем.

С помощью незамысловатых приборов осуществляется тест емкости:

Ток заряда — 1А
Ток разряда — 0.5А

Погрешность измерения емкости у этой литокалы Li-500 около плюс-минус 2%. Проверено на эталонных ячейках с известной емкостью. Для рассортировки ячеек по состоянию — этих параметров достаточно.

Состояние платы защиты — контроллера заряда-разряда у меня оценить нет возможности (я ее выкидываю сразу), поэтому переходим к состоянию ячеек.

1. Производители в бюджетные ноутбуки наиболее часто ставят ячейки фирм Sony, Sanyo, Samsung, Panasonic емкостью 2200 мАч, 2600 мАч. Изредка попадаются 2000 мАч, а также 2900 мАч, 3100 мАч. Вся химия — кобальтовая, слаботоковая, ток разряда по паспорту до 2С.

   Количество ячеек варьируется от 4 до 6, изредка бывают трехъячеечные, 8-9 ячеечные батареи.

2. Замеры напряжения сразу после разбора корпуса показывают, что чаще всего ячейки разряжены, порою очень глубоко (от 2.7В до 0.5В). Ноутбучный контроллер бракует такие батареи, хотя чтобы их вернуть к жизни — достаточно их немного «подтолкнуть» путем подачи очень маленького тока заряда — около 0.01А (разумеется, я знаю, что считается, что ниже 2.75В ячейку разряжать нельзя, так как он становится не годен. Однако примерно в половине случаев элемент, побывавший даже на уровне 1.2-1.5В поддается восстановлению. Емкость может быть до 95% от номинальной заявленной. За 6 лет случаев возгорания или последующих проблем с такими восстановленными ячейками не было ни разу)
3. Бывают ситуации, когда из 6-8 ячеек — 4-6 заряжены (3.7-3.9В), а две — сидят в нуле. Эта ситуация для меня наиболее интересна. Из практики — брендовые японские и южнокорейские ячейки изнашиваются одновременно, без разбалансировки. В дальнейшем я опишу свои предположения, почему так может происходить.
4. Очень часто ячейки, сидящие на уровнях 2.2-2.4 В, после вытягивания малым током и последующим контрольным циклом разряд-заряд на приборе показывают отличные параметры: почти полную емкость, малое внутреннее сопротивление (не увеличенное для их химии), отсутствие саморазряда.И в то же время бывает, что ячейки после разбора показывают 3.6-3.9В (уровень заряда от 40 до 60%), а после постановки их на заряд — начинают сильно греться и переводят весь вкачиваемый в них ток — в тепло. Их — в мусор.
5. Итоговый выход ячеек, которые повторно могут быть использованы в не сильно нагруженных сборках, в фонариках — около 40%. Остальные не проходят тест по емкости (менее 80% от паспортной), по внутреннему сопротивлению (более 80 мОм на DC), по саморазряду (более 0.002В в сутки)

Размышления о том, почему умирают ноутбучные аккумуляторы.

Общеизвестно, что наилучшие условия для долговременного хранения Li-ion батарей — это температура 5 градусов Цельсия и 40% уровень заряда (3.5-3.6В).

Температура выше 30 градусов и 100% уровень заряда — враг для Li-ion!

batteryuniversity.com/index.php/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries

Производители ноутбуков предусмотрели, чтобы все было наоборот — ноутбук, который большей частью работает от сети — держит батарею на уровне 100% (4.2, а порою и 4.35В) и еще дополнительно ее подогревает горячими компонентами — процессором, видеокартой. В итоге аккумулятор даже без циклирования умирает за год-два за счет ускорения химических реакций разложения электролита и деградации электродов.

Вдобавок, на контроллерах разряда-заряда я не увидел балансировочных резисторов, как это делается на BMS батарей электровелосипедов. Ячейка, которая ближе к процессору — больше греется, в ней больше саморазряд. Начинается разбалансировка, которую ничто не может остановить. После нескольких циклов — одна из секций уходит в «ноль», в то время как другие — ещё исправные.

Из этого вытекает рекомендация — сразу после покупки нового ноутбука — разрядить батарею до 40% ( не обязательно точно, можно и 70%, главное не 100%) — и положить ее на полку. Лучше сделать лишние циклы подзарядки (это можно делать сотни раз без заметного износа). Тогда даже спустя годы — она практически не будет изнашиваться (проверено не на одном личном ноутбуке).

P.S. Разумеется, если в вашей местности есть вероятность отключения электричества или ноутбук часто используется автономно — то данный совет не подойдет. В некоторых случаях цена потери информации при пропадании питания может быть гораздо дороже, чем повышенный износ батареи.

Батарея второго срока службы: экологически чистая энергия от использованных батарей

• Экологический фонд Audi
• Проекты
• Гриновация

• Аккумулятор второго срока службы: зеленая энергия от использованных аккумуляторов

Немецко-индийская компания-стартап «Nunam» (санскрит «для будущего») взяла на себя обязательство дать бывшим в употреблении литий-ионным аккумуляторным элементам, например, из электронного лома, вторую жизнь. Таким образом, это демонстрирует, что можно не только сократить количество отходов за счет повторного использования, но и снизить затраты на хранение энергии и в то же время сделать ее CO₂-нейтральной.

07.02.2022 Время чтения: 6 мин

Видение Nunam – системы хранения энергии второго поколения для будущего

Nunam, некоммерческая стартап-компания, получает большое количество старых литий-ионных аккумуляторов из источников, включая выброшенные аккумуляторы для ноутбуков, у перекупщиков электронного лома. Дилеры получают эти бывшие в употреблении батареи от частных домовладений, государственных учреждений и компаний.

Nunam берет использованные батареи и создает новую систему хранения энергии: мобильный «банк энергии» Nunam. Он может подавать питание на небольшие потребители, такие как смартфоны, вентиляторы или лампы. Например, ноутбук пятилетней давности может служить источником света для индийских продавцов фруктов и овощей на рынке и обеспечивать жителей сельских районов Индии экологически чистым электричеством.

Инновационный накопитель энергии: бывшие в употреблении батареи с остаточной емкостью около 65 %

Эти накопители энергии выигрывают от большой остаточной мощности. Первоначальный опыт проекта показал, что использованные батареи часто имеют остаточную емкость примерно 65 %. Использование систем хранения энергии Nunam может противодействовать отходам, создаваемым электроникой, которые просто выбрасываются день за днем ​​целенаправленным образом.

Идея этих «систем хранения энергии второй жизни» многослойна: это концепция, которая удовлетворяет различным «правилам» (R) для устойчивой жизни и будущего, в котором стоит жить.

Экологический проект напрямую затрагивает все четыре «R» — сокращение, повторное использование, переработку и переосмысление — в дополнение к теме обеспечения.

Экологический проект будущего – экологичная энергия из инновационного накопителя энергии

Долгосрочная цель команды Nunam – предложить систему накопления энергии Nunam за полцены по сравнению с традиционными системами накопления энергии.

С этой целью технология, которая регулирует использование и взаимосвязь старых батарей в фоновом режиме, постоянно оптимизируется. Системы хранения энергии Nunam оснащены всевозможными технологическими функциями аппаратного и программного обеспечения, включая SIM-карту, которая подключает их к Интернету.

Это позволяет считывать данные в режиме реального времени, включая мощность и географическое положение мобильных аккумуляторов.

Этот аспект имеет принципиальное значение для того, чтобы иметь возможность получить прозрачное представление о системе второй жизни и получить представление о дальнейшем развитии электроснабжения.

Документация и местоположение через приложение гарантируют, что полностью разряженные батареи второй жизни могут быть возвращены в Nunam. Затем их можно направить в функционирующие и эффективные циклы переработки, тем самым сэкономив дополнительные ресурсы. («ПОВТОРНАЯ ЗАГРУЗКА»)

Исследования по вторичному использованию батареек – положительное влияние на окружающую среду и общество

Особенностью этого экологического проекта является социальный аспект. Недорогое предоставление систем хранения энергии для солнечной энергии в развивающихся странах, таких как Индия, обеспечивает людям, которые там живут, легкий доступ к экологически чистой электроэнергии (зеленая энергия). Миллионы людей в Индии живут без надежного доступа к электричеству и могут извлечь выгоду из подобных решений. («ПЕРОСМОТРИТЕ И ВКЛЮЧИТЕ»)

Аккумуляторы второй жизни: Нано-сети с модулями от опытных образцов автомобилей

Подробнее

Энергоаккумулятор второго поколения: наносети с модулями опытных образцов

Первые системы накопления энергии nunam на базе использованных аккумуляторов для ноутбуков доказали свою эффективность в повседневном использовании. Индия подвержена частым перебоям в подаче электроэнергии, поэтому существует большой спрос на новые виды использования и приложения, которые должны быть разработаны для аккумуляторных батарей второго срока службы, удовлетворяющих более высоким требованиям к производительности. Для этого был разработан новый пилотный проект с использованием накопления электроэнергии от аккумуляторных модулей опытного автомобиля.

 

Одним из широко распространенных и подходящих приложений для них являются так называемые наносети , которые в развивающихся странах обычно работают со свинцово-кислотными батареями. Они снабжают током всю дорогу с 50 магазинами, ресторанами и бакалейными лавками. Однако не только свинцово-кислотные аккумуляторы оказывают негативное воздействие на окружающую среду; они также неблагоприятны с точки зрения обработки. Например, они менее стабильны по своим характеристикам (току разряда и плотности энергии), требуют интенсивного обслуживания и имеют большой транспортный вес в сочетании с коротким сроком службы.

Так родилась идея, ставшая еще одной важной вехой в производстве экологически чистой солнечной наносети второй жизни на основе бывших в употреблении аккумуляторных модулей e-tron и испытании ее в повседневном использовании. Помимо развертывания систем хранения в Индии, одна из этих наносетей была представлена ​​на Landesgartenschau Ingolstadt 2021.

Она характеризуется следующими параметрами производительности и преимуществами: постоянный ток 24 В и емкость системы 5 кВтч. Срок службы составляет 10-15 лет при умеренной интенсивности использования, а состояние заряда и разряда аккумуляторов связано с IoT. Это позволяет отслеживать его с помощью SIM-карты и приложения. Таким образом, новая «аккумуляторная батарея второго срока службы» на основе двух бывших в употреблении аккумуляторных модулей e-tron может заменить четыре старых свинцово-кислотных аккумулятора в наносети.

Первый прототип «Nunam Solar Nanogrid» в настоящее время испытывается «энергетическим предпринимателем» в Уттар-Прадеше. За небольшую плату в размере 4 рупий в день (0,06 евро) мелкие торговцы могут приобрести новую устойчивую электроэнергию у местного поставщика энергии.

Новый Nunam Solar Nanogrid позволяет до 50 торговцам заниматься своей торговлей даже ночью. С немедленным вступлением в силу он снабжает всю улицу зеленым электричеством каждый вечер, полностью независимо от сети. Он генерируется в течение дня из солнечной энергии и сохраняется для последующего использования.

Социальное влияние

Подробнее

Батареи вторичного использования Nunam: избегайте отходов, экономьте ресурсы, сокращайте выбросы CO₂

Помимо сокращения отходов («ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ») и замены покупки новых систем хранения энергии вторичным использованием (второй жизнью) старых, проект также преследует следующие устойчивые цели:

Это новое техническое решение снижает выбросы CO₂ («СОКРАЩЕНИЕ»). Система не наносит вреда CO₂, поскольку производство и утилизация обычных свинцово-кислотных аккумуляторов, а также новых литий-ионных аккумуляторов приводит к образованию углекислого газа и дополнительного электронного лома. Используемые здесь аккумуляторы второй жизни уже произведены, и их использование продолжается как можно дольше в рамках их «второй жизни». Это означает, что необходимо производить меньше новых батарей. Это сопровождается меньшим количеством операций по добыче полезных ископаемых, например. литий или кобальт.

Есть и еще один положительный аспект: во многих регионах Индии каждый день происходят перебои с электричеством, которые в зависимости от ситуации компенсируют керосиновыми лампами, свинцово-кислотными аккумуляторами и дизель-генераторами (для крупных пользователей). Некоторые вообще не имеют системы резервного электроснабжения на случай отключения электроэнергии по экономическим причинам.

Во многих случаях использование недорогих аккумуляторных систем хранения, заряжаемых экологически чистой солнечной энергией, может предложить лучшее решение по сравнению с тем, что было возможно ранее.

Например, система накопления энергии Nunam может снабжать экологически чистой энергией домохозяйства, которые имеют ограниченный доступ к электричеству или вообще не имеют его, а также эффективно снижают выбросы CO₂ и минимизируют электронный лом благодаря положительному экологическому эффекту.

Соучредитель Продип Чаттерджи в портрете

Подробнее

Соучредитель Продип Чаттерджи в портрете

Как именно выглядит ваш пилотный проект с уличными торговцами в Индии?
Prodip Chatterjee: Целью нашего пилотного проекта является использование наших аккумуляторов второй жизни в различных целевых группах, которые получают от них большую выгоду. Мы начинаем с продавцов фруктов и овощей, которые используют наши аккумуляторные системы для освещения своих тележек после захода солнца, чтобы они могли продолжать продавать свою продукцию. Они также могут заряжать свои телефоны одновременно. В качестве следующего шага мы планируем использовать наши батареи в домашних хозяйствах в сельских индийских деревнях.

Аккумуляторы имеют размер автомобильного аккумулятора и весят два килограмма. Технология и интерфейсы такие же, как и у обычных стационарных батарей: имеется разъем для зарядки прототипов (например, солнечной энергией) и розетки для их разрядки.

Откуда вы берете батарейки?
Prodip Chatterjee: Литий-ионные аккумуляторы доставляются нам местными торговцами электронными отходами из Бангалора и других городов. Мы извлекаем элементы из старых аккумуляторов для ноутбуков и тестируем их. Средняя остаточная емкость составляет около 65 процентов. Безумно думать о том, сколько потенциала просто выброшено на помойку

На тему экономики замкнутого цикла: В какой-то момент батареи действительно разряжаются. Как вернуть батарейки, чтобы они в конце концов не оказались в мусорке?
Prodip Chatterjee: Я по-прежнему вижу в этом серьезную проблему, которую мы намерены решить с помощью различных элементов и протестировать в рамках этого проекта: изначально все прототипы подключены к Интернету круглосуточно и без выходных через встроенную SIM-карту. Это предоставляет нам различные точки данных в режиме реального времени и сообщает нам, где он находится и в каком состоянии (конечно, с согласия пользователей!).

Кроме того, каждая ячейка батареи имеет собственный идентификатор с QR-кодом, который мы называем «Nunam ID». Nunam ID содержит информацию о ячейке батареи и о том, от кого мы ее получили. Мы разработали приложение для смартфона и онлайн-панель для отслеживания. Таким образом, данные об использовании позволяют нам предсказать, как долго можно использовать батарею и когда она действительно подойдет к концу своего срока службы и должна быть возвращена нам. Эта функция позволяет нам заблаговременно связываться с пользователями и гарантировать, что эти устройства будут возвращены нам бесплатно, чтобы мы могли затем передать их в сертифицированный процесс переработки литий-ионных аккумуляторов. Постоянный контакт с клиентом будет иметь решающее значение для того, чтобы батарея больше не оказалась в мусоре.

Будущее Изменение климата Экологические технологии Защита окружающей среды Greenovation

Применение накопителей энергии Second Life в развивающихся странах

На семинаре этой недели Продип Чаттерджи из проекта SolarBox обсуждает, как эта инициатива с открытым исходным кодом на ранней стадии создает недорогие продукты хранения энергии с использованными батареями бытовой электроники для электрификации сельской местности с начальным сосредоточиться на Индии. В дополнение к своему выступлению он написал нам этот блог о своем опыте использования приложений для хранения энергии Second Life и возможностях, которые они предоставляют. Вы также можете скачать его слайды в формате PDF.

Значительные достижения в области электрохимического хранения, особенно с точки зрения плотности энергии, особенно с литий-ионными батареями, проложили путь для беспрецедентного разнообразия устройств с батарейным питанием во всех аспектах нашей повседневной жизни.

Воздействие этих устройств можно условно разделить на две категории:

1. Мобильные приложения , например, для электромобилей, электровелосипедов и электросамокатов.
2. Портативные электронные устройства , такие как ноутбуки, смартфоны, блоки питания, беспроводные наушники, смарт-часы и электроинструменты.

Только в 2018 году во всем мире было продано более миллиарда смартфонов и еще более миллиарда устройств портативной электроники. В области мобильности, особенно электромобили, набирают популярность во всем мире беспрецедентными темпами.

Несмотря на то, что до 2 квартала 2018 года в совокупности было продано всего 4 миллиона электромобилей (EV) (по сравнению с 81 миллионом автомобилей с бензиновым двигателем только в 2018 году), прогнозируемый объем продаж электромобилей, по прогнозам, составит 11 миллионов к 2025 году и 30 миллионов к 2030 году. Как следствие, клиенты покупают и используют устройства с батарейным питанием больше, чем когда-либо прежде.

Оказывается, мобильные приложения (такие как электромобили) должны заменять свои батареи, когда их оставшаяся емкость все еще составляет примерно 80% состояния работоспособности (SoH), потому что ниже этого порога SoH потребляется импульсный ток в первые несколько миллисекунд во время ускорения. от батарейного блока слишком высок для разряженной батареи. Другим элементом является уменьшающийся запас хода автомобиля, который ухудшается с увеличением использования.

В случае с портативными электронными устройствами коэффициент замены потребителей и корпоративных клиентов при переходе на новое поколение устройств приводит к увеличению количества старых устройств, которые почти не использовались в течение жизненного цикла продукта (включая аккумулятор внутри изделия).

Это явление также обусловлено отраслью, привлекая клиентов к переходу на новые поколения продуктов после их запуска вместо того, чтобы оставаться со своими существующими устройствами, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема электронных отходов (E-Waste) по всему миру. По данным Организации Объединенных Наций, в 2017 году было создано 41 миллион метрических тонн электронных отходов с темпами роста от 6 до 8% в год. В развивающихся странах часто отсутствует надлежащая инфраструктура сбора и переработки электронных отходов, что приводит к усугублению и нерешенности проблемы.

С точки зрения высшего уровня, в начале работы над проектом в 2017 году мы задались вопросом, можно ли повторно использовать батареи из вышеупомянутых приложений (особенно силовой электроники, такой как ноутбуки и смартфоны) после их утилизации в смарт-устройстве. и устойчивым способом путем объединения этих использованных аккумуляторных элементов в стационарное запоминающее устройство.

Сельское хозяйство в Индии

Недорогое хранение энергии – потребность часа; он считается ключевым компонентом для перехода к миру с возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия солнца или ветра. Также важно обеспечить децентрализованную энергию в отдаленных районах, особенно в развивающихся странах, где традиционная сеть экономически нецелесообразна, а также для небольших домашних солнечных систем, обеспечивающих электроэнергией те 1,3 миллиарда человек, которые имеют ограниченный доступ к энергии или вообще не имеют доступа к ней.

Самым доступным накопителем энергии, который можно купить сегодня, являются трубчатые свинцово-кислотные аккумуляторы по цене около 128 евро/кВтч. Эти батареи имеют ряд недостатков для пользователей, начиная от их ограниченного срока службы (около 400 циклов), большого веса и низкой производительности C-Rate. Тем не менее, благодаря своей надежности, высокой скорости рециркуляции и стойкости в сложных условиях, они до сих пор являются доминирующими системами резервного питания. Для большинства пользователей также нет прозрачности в отношении деградации и правильного времени для замены батарей в обмен на новую систему.

Повторное использование литий-ионных аккумуляторов для стационарного хранения энергии — явление не новое. В формальной экономике было проведено множество исследований и пилотных проектов по перепрофилированию использованных батарей электромобилей в стационарные накопители энергии в масштабе сети в крупных автомобильных компаниях, таких как Audi, BMW, Mercedes Benz, Jaguar LandRover, Nissan, Toyota и многих других. Из-за зарождающегося рынка электромобилей, который изначально привел к небольшому количеству использованных аккумуляторных батарей, большинство проектов находятся на экспериментальной стадии.

BMW i8 — гибридный спортивный автомобиль с подключаемым модулем, часть нового модельного ряда «Project i».

Тем не менее, как в академических кругах, так и в исследованиях потенциальных сценариев повторного использования использованных литий-ионных аккумуляторов из широкого спектра устройств бытовой электроники (таких как ноутбуки, смартфоны и блоки питания) не хватало работы. работы мы обнаружили, что использованные батареи бытовой электроники повторно используются в различных приложениях, таких как солнечные фонари, контрафактные товары, игрушки и многое другое в странах с развивающейся экономикой, таких как Индия.

Демонтаж электронных отходов в неформальном секторе Индии.

В развивающихся странах, таких как Индия, действует сложившийся неформальный сектор, который является положительным с точки зрения эффективности использования ресурсов, но вызывает значительные недостатки из-за отсутствия безопасности продукта, отсутствия сертификатов, плохо спроектированных продуктов и, что наиболее важно, эти использованные батареи обычно не заканчиваются. в официальном процессе переработки после окончания срока службы, а вместо этого на свалках, вызывающих опасность для почвы.

Мы протестировали более 600 бывших в употреблении литий-ионных аккумуляторов от старых ноутбуков (цилиндрические элементы типа 18650) и смартфонов (карманные элементы) всех основных брендов, которые были случайно получены от различных дилеров электронных отходов в Индии. Мы провели тесты заряд-разряд-заряд (CDC) с различными C-Rate для всех этих элементов, а также измерили дополнительные параметры, такие как внутреннее сопротивление (IR) и температура.

На рисунке ниже показана сводка данных, которые мы собрали, и распределение производительности между аккумуляторами ноутбуков и смартфонов.

Результаты испытаний от использованных литий-ионных аккумуляторов смартфонов в ноутбуках, полученных из Индии (2017 г.):

	< 2011		2011 – 2012		2013 – 2014		2015 – 2016		Всего
	Ноутбук	Смартфон	Ноутбук	Смартфон	Ноутбук	Смартфон	Ноутбук	Смартфон	Ноутбук	Смартфон
Размер образца	60	42	66	90	82	76	78	95	286	303
Номинальная емкость (Ач)	2,38	0,90	2,33	1,5	2,36	1,7	2,19	2. 1	2,32	1,55
Емкость CDC (Ач)	1,82	0,60	1,6	0,98	1,56	0,94	1,53	1,02	1,63	0,89
Состояние здоровья (%)	76,47	66,66	68,67	65,33	66.10	55,29	69,86	48,57	70,28	58,96
Внутреннее сопротивление (Ом)	123,82	750,33	161,14	786,82	128,7	714,85	121.09	722,8	133,69	743,70

Кроме того, мы провели тесты на затухание емкости и импульсные тесты с гораздо меньшим количеством ячеек, которые предоставили дополнительную информацию. Основным выводом был оставшийся SoH этих ячеек 67% или 5,11 Втч на ячейку, который остался на среднее значение по всем клеткам, которые мы тестировали. Доля нефункциональных клеток составила 7% (42 клетки). Обе цифры оказались лучше, чем мы ожидали изначально.

Команда также создала первый прототип устройства хранения данных на 12 В, работающего от использованных аккумуляторов для ноутбуков и смартфонов, и представляет собой продукт с подключением к Интернету, который может передавать данные о местоположении и производительности на серверную часть для удаленного обслуживания и отслеживания.

Изображение первого прототипа Solarbox, который работает от использованных аккумуляторов для ноутбуков и смартфонов и представляет собой устройство IoT.

Его номинальная мощность составляет около 0,7 кВтч и оптимальна для сельских домохозяйств с умеренным профилем нагрузки. Ключевым уроком прототипа стала сложность повторного использования аккумуляторных батарей с запатентованными разъемами, таких как аккумуляторы для смартфонов. Безопасное подключение этих разъемов к реальному изделию сопряжено с огромными трудностями; он работает на стадии прототипа, но это нерешенная проблема для коммерческого продукта. Эти ячейки мешочка не предназначены для работы вне устройства, в котором они использовались в предназначенном для них приложении, т.е. смартфон.

Цилиндрические элементы имеют стандартизированные форм-факторы и их значительно легче повторно использовать, в том числе благодаря их более прочной механической конструкции. Безопасность и производительность необходимы для работы систем накопления энергии с использованными батареями для бытовой электроники. Основываясь на данных испытаний батарей, автоматические решения о том, можно ли использовать элемент или нет, должны приниматься в режиме реального времени, а алгоритм сопоставления должен характеризовать и решать на основе метрик, какие элементы следует сгруппировать вместе в систему, отвечающую конкретному требованию клиента. Этот алгоритм сопоставления необходимо постоянно улучшать путем мониторинга данных о продуктах, а также внешних источников данных, таких как погода. Команда разработала первые модели для решения этих проблем.

Система хранения Solarbox, построенная с использованием литий-ионных аккумуляторов второго срока службы.

Что касается нетехнической стороны, то мы провели очень подробный анализ экосистемы поставок этих бывших в употреблении литий-ионных аккумуляторов в масштабе, взаимодействуя с более чем 40 дилерами электронных отходов разного размера, а также с официальными и неформальными игроками в Индии, Германии и Соединенные штаты. Это очень сложная экосистема, и предложение не определено, цены на электронные отходы не следуют принципам экономики единиц, а в большей степени определяются неформальными каналами повторного использования, а также мировыми ценами на товары (такие как литий).

Согласно нашим исследованиям, коммерческая осуществимость производства систем накопления энергии, конечная цена которых на 20% ниже, чем у трубчатых свинцово-кислотных аккумуляторов при несколько лучшем сроке службы, в значительной степени зависит от цены и состояния источников, используемых аккумуляторов из Источники электронных отходов.

Однако другие элементы затрат на запоминающее устройство, такие как силовая электроника, внешний корпус и накладные расходы, также вносят значительный вклад в общую стоимость. Эти затраты более или менее фиксированы рыночными показателями, поэтому важно снизить стоимость поиска и убедиться, что используемые ячейки имеют значительную остаточную емкость.

На приведенном ниже графике показана наша текущая оценка распределения затрат на создание системы хранения с емкостью <2 кВтч с использованием бывших в употреблении аккумуляторов бытовой электроники.

Коммерческий анализ систем хранения второго срока службы с аккумуляторами для бытовой электроники

Основные проблемы и выводы, которые необходимо решить для повторного использования литий-ионных аккумуляторов в больших масштабах, следующие: поставка использованных батарей является ключевым моментом. Это может быть достигнуто путем установления отношений с субъектами, занимающимися электронными отходами, или партнерства с организациями, использующими батареи в больших масштабах.

Характеристика, деградация и безопасность
Создание систем накопления энергии в условиях ячеек, которые отличаются своей историей, поставщиком, производителем и прошлым сроком службы, очень сложно. Сопоставление ячеек в эффективные пакеты, обеспечение безопасности на уровне ячеек и систем, а также прогнозирование деградации пакетов — сложная задача, которая, по нашему мнению, должна решаться с помощью данных, поступающих в соответствующие алгоритмы.

Демонтаж
Используемые ячейки будут поставляться в разных корпусах. Чтобы иметь возможность обрабатывать миллионы ячеек в год, важно демонтировать их в больших масштабах с очень низкими затратами. Автоматизация и роботы могут стать подходящим способом ее решения.

Профили нагрузки и пользователи
Учитывая сложные технические проблемы, необходимо тщательно продумать, для каких вариантов использования и профилей нагрузки системы хранения с использованными батареями целесообразны. Мы видим более высокие шансы на успех у пользователей, которым требуются резервные системы с мощностью менее 2 кВтч.

Циркулярность и возврат
В целях обеспечения экологической ответственности необходимо убедиться и позаботиться о том, чтобы системы хранения возвращались продавцом после окончания срока службы от своих пользователей для отправки элементов литий-ионных батарей. сертифицированному переработчику. Убедиться, что это работает с тысячами установленных систем, сложно.

Если эти проблемы будут решены и любой форм-фактор можно будет эффективно использовать повторно, появится реальный шанс сделать хранение энергии значительно более доступным для всех и в то же время существенно сократить электронные отходы. Это может быть образцом для подражания продукта замкнутого цикла в этой критической области хранения энергии. Это совместная работа, требующая большего количества талантов и внимания к этой теме, а также сотрудничества и обмена данными между заинтересованными сторонами.