Každá dobíjateľná batéria (akumulátor) má nominálnu kapacitu, ktorá predstavuje maximálne množstvo uložiteľnej energie, teda 100 %. Túto kapacitu však nie je možné plne využiť. Na oboch hraniciach kapacity – ako na hornej (100 %), tak na dolnej (0 %) – dochádza k kritickým bodom, ktoré môžu spôsobiť deštrukciu batériových článkov. Tento jav zahŕňa tvorbu dendritov (skrat medzi anódou a katódou), prípadne urýchlenú degradáciu batérie.
Čo je hloubka vybitia batérie (DoD)?
Depth of Discharge (DoD) označuje percento kapacity batérie, ktoré je vybité voči jej celkovej nominálnej kapacite. Napríklad DoD 80 % znamená, že batéria bola vybitá na 80 % jej celkovej kapacity a zostávajúcich 20 % je rezerva.
Pre maximalizáciu životnosti batérie je kľúčové sledovať nielen maximálne nabíjacie a vybíjacie prúdy (C), ale aj hodnotu DoD. Vyššie DoD znamená vyššie využitie kapacity batérie, ale zároveň urýchľuje jej degradáciu.
Dopad DoD na životnosť batérie
Všeobecne platí, že čím nižšie je DoD, tým dlhšia je životnosť batérie. To je dôsledkom zníženého vystavovania batériových článkov extrémnym stavom, ktoré zvyšujú riziko degradácie.
Životnosť batérie pri rôznych hodnotách DoD:
- DoD 50 %: Najdlhšia životnosť, vhodné pre aplikácie s dlhodobým horizontom, kde je prioritou stabilita.
- DoD 80 %: Kompromis medzi využitím kapacity a životnosťou, ideálne pre väčšinu štandardných aplikácií.
- DoD 95 %: Maximálne využitie kapacity, ale značne skrátená životnosť. Používa sa pri aplikáciách, kde je kľúčová vysoká kapacita, ale s vedomím rýchlejšej degradácie.
Príklady využitia DoD v praxi
- Domáce batériové systémy: Odporúča sa DoD okolo 80 % pre vyvážený pomer medzi kapacitou a životnosťou.
- Priemyselné systémy: DoD 90 % je vhodné pre aplikácie s vyššími požiadavkami na dostupnú energiu.
- Komerčné systémy: Niektorí zákazníci volia DoD až 95 %, ale vyžaduje to kvalitnejšie systémy a monitorovanie.
Optimálna hodnota DoD
Najčastejším kompromisom medzi životnosťou a využiteľnou kapacitou je DoD v rozmedzí 80 % až 90 %. Napríklad pri batérii s kapacitou 1 MWh to znamená reálne využiteľných 800–900 kWh. Táto hodnota poskytuje dostatočne veľký buffer na ochranu batériových článkov a zároveň zabezpečuje rozumnú využiteľnú kapacitu.
Pre systémy určené pre aplikácie SVR (Short Voltage Response) niektorí zákazníci požadujú nastavenie DoD až na 95 %. Tento prístup je ale rizikový, pretože ponecháva dolný buffer iba 2,5 %. To môže viesť k rýchlejšej degradácii a zhoršeniu hodnoty SoH (State of Health).
Grafické znázornenie:
1. Vzťah medzi hodnotou DoD a počtom cyklov
Nasledujúci graf ukazuje, ako rôzne hodnoty DoD ovplyvňujú celkový počet cyklov, ktoré batéria dokáže zvládnuť. Vyššie hodnoty DoD vedú k nižšiemu počtu cyklov, čo ilustruje potrebu hľadania kompromisu.
2. Riziko degradácie pri vysokom DoD
Tabuľka porovnáva hodnoty SoH po 1000 cykloch pri DoD 80 %, 90 %, a 95 %.
| DoD | Počet cyklov | SoH po 1000 cykloch |
|---|---|---|
| 80 % | 5000+ | 90 % |
| 90 % | 3000–4000 | 80 % |
| 95 % | 2000–3000 | 70 % |
3. Odporúčané DoD podľa aplikácie
- Domácnosti: 80–85 %
- Priemyselné aplikácie: 80–90 %
- SVR aplikácie: 90–95 %
Záver
Nastavenie hĺbky vybitia (DoD) je kľúčovým faktorom pri maximalizácii životnosti batérie. Príliš vysoká hodnota DoD môže skrátiť životnosť batérie, zatiaľ čo príliš nízka hodnota znižuje využiteľnú kapacitu. Kľúčom je nájsť optimálnu hodnotu, ktorá zabezpečí rovnováhu medzi kapacitou a dlhodobou udržateľnosťou. Pri nastavovaní parametrov je dôležité zvážiť špecifiká použitia a preferovať kvalitu batériových úložísk.