Głębokość Rozładowania Baterii (DoD – Depth of Discharge) i Wpływ na Żywotność

Każda ładowalna bateria (akumulator) ma nominalną pojemność, która określa maksymalną ilość przechowywanej energii, czyli 100%. Tę pojemność jednak nie można w pełni wykorzystać. Na obu krańcach pojemności – zarówno na górnej granicy (100%), jak i dolnej (0%) – występują krytyczne punkty, które mogą prowadzić do uszkodzenia ogniw baterii. Zjawisko to obejmuje tworzenie się dendrytów (zwarcie między anodą a katodą) lub przyspieszoną degradację baterii.

Co to jest głębokość rozładowania baterii (DoD)?

Depth of Discharge (DoD) oznacza procent pojemności baterii, który został rozładowany względem jej całkowitej pojemności nominalnej. Na przykład DoD 80% oznacza, że bateria została rozładowana do 80% swojej całkowitej pojemności, a pozostałe 20% stanowi rezerwę.

Aby zmaksymalizować żywotność baterii, kluczowe jest monitorowanie nie tylko maksymalnych prądów ładowania i rozładowania (C), ale także wartości DoD. Wyższe DoD oznacza wyższe wykorzystanie pojemności baterii, ale jednocześnie przyspiesza jej degradację.


Wpływ DoD na żywotność baterii

Ogólnie rzecz biorąc, im niższe DoD, tym dłuższa jest żywotność baterii. Wynika to z ograniczenia narażania ogniw baterii na ekstremalne stany, które zwiększają ryzyko degradacji.

Żywotność baterii przy różnych wartościach DoD:

  • DoD 50% : Najdłuższa żywotność, odpowiednie dla aplikacji z długoterminowym horyzontem, gdzie priorytetem jest stabilność.
  • DoD 80% : Kompromis między wykorzystaniem pojemności a żywotnością, idealne dla większości standardowych aplikacji.
  • DoD 95% : Maksymalne wykorzystanie pojemności, ale znacznie skrócona żywotność. Stosowane w aplikacjach, gdzie kluczowa jest wysoka pojemność, ale przy świadomości szybszej degradacji.

Przykłady wykorzystania DoD w praktyce

  • Domowe systemy bateryjne : Zaleca się DoD około 80% dla zrównoważonego kompromisu między pojemnością a żywotnością.
  • Systemy przemysłowe : DoD 90% jest odpowiednie dla aplikacji z wyższymi wymaganiami dotyczącymi dostępnej energii.
  • Systemy komercyjne : Niektórzy klienci wybierają DoD do 95%, ale wymaga to bardziej zaawansowanych systemów i monitorowania.

Optymalna wartość DoD

Najczęstszym kompromisem między żywotnością a wykorzystaną pojemnością jest DoD w zakresie 80% do 90%. Na przykład w przypadku baterii o pojemności 1 MWh oznacza to realnie wykorzystaną pojemność 800–900 kWh. Wartość ta zapewnia wystarczający bufor ochronny dla ogniw baterii, a jednocześnie zapewnia rozsądną wykorzystaną pojemność.

Dla systemów przeznaczonych do aplikacji SVR (Short Voltage Response) niektórzy klienci wymagają ustawienia DoD aż na 95%. Takie podejście jest jednak ryzykowne, ponieważ pozostawia dolny bufor na poziomie zaledwie 2,5%. Może to prowadzić do szybszej degradacji i pogorszenia wartości SoH (State of Health).


Reprezentacja graficzna:

1. Zależność pomiędzy wartością DoD a liczbą cykli

Poniższy wykres pokazuje, w jaki sposób różne wartości DoD wpływają na całkowitą liczbę cykli, jakie może wytrzymać akumulator. Wyższe wartości DoD skutkują niższą liczbą cykli, co pokazuje potrzebę znalezienia kompromisu.

2. Ryzyko degradacji przy wysokim DoD

W tabeli porównano wartości SoH po 1000 cyklach przy DoD 80%, 90% i 95%.

DoDLiczba cykliSoH po 1000 cyklach
80 %5000+90 %
90 %3000–400080 %
95 %2000–300070 %

3. Zalecany DoD według aplikacji

  • Gospodarstwa domowe: 80–85%
  • Zastosowania przemysłowe: 80–90%
  • Zastosowanie SVR: 90–95%

Podsumowanie

Ustawienie głębokości rozładowania (DoD) jest kluczowym czynnikiem w maksymalizacji żywotności baterii. Zbyt wysoka wartość DoD może skrócić żywotność baterii, podczas gdy zbyt niska wartość zmniejsza wykorzystaną pojemność. Kluczem jest znalezienie optymalnej wartości, która zapewni równowagę między pojemnością a długoterminową trwałością. Przy ustawianiu parametrów ważne jest uwzględnienie specyfiki zastosowania i preferowanie wysokiej jakości systemów bateryjnych.