Maximización del rendimiento con baterías LiFePO4: una comparación con las baterías de plomo-ácido

La elección de la batería adecuada es crucial para muchas aplicaciones, p. B para sistemas de energía solar, vehículos eléctricos y aplicaciones marinas. Dos de los tipos de batería más populares son LiFePO4 y baterías de plomo-ácido. En este artículo, examinamos las diferencias entre LiFePO4 y las baterías de plomo-ácido y argumentamos por qué LiFePO4 es la mejor opción.

Anuncio: Todos los datos provienen del laboratorio Power Queen.

Producto de ejemplo:

LFP-50: Batería Power Queen 12,8 V 50 Ah LiFePO4

LFP-100: Batería Power Queen 12,8 V 100 Ah LiFePO4

Resumen de comparación

Densidad de energía: comparación de peso, tamaño y capacidad

Al seleccionar una batería, el peso y el tamaño de la batería son factores importantes a considerar, especialmente en aplicaciones donde la portabilidad es una preocupación. En esta comparación, observamos el peso, las dimensiones, las especificaciones del modelo y la densidad de energía de las baterías VRLA y LFP.

En esta comparación, analizamos cinco baterías diferentes: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH y LFP-100AH. El peso de estas baterías osciló entre 10,97 lb para la LFP-50AH y 60,4 lb para la VRLA-100AH. Las dimensiones de las baterías también variaron, con tamaños que van desde las 6,7 x 7,5 x 6,7 pulgadas de la LFP-50AH hasta las 13 x 6,7 x 8,42 pulgadas de las VRLA-100AH ​​y VRLA2-100AH.

Las especificaciones del modelo también diferían entre las baterías, con clasificaciones de voltaje y capacidad que iban desde 12 V 50 Ah para LFP-50 AH hasta 12 V 100 Ah para VRLA-100 AH y LFP-100 AH. Finalmente, comparamos la densidad de energía de cada batería en Ah/kg, con las baterías LFP que tienen densidades de energía significativamente más altas que las baterías VRLA. En general, al elegir una batería, es importante tener en cuenta tanto el peso como la densidad de energía para asegurarse de que la batería sea adecuada para su aplicación específica.

Comparación de tasa de capacidad de descarga

La tasa de capacidad de descarga se refiere a la cantidad máxima de corriente que una batería puede descargar durante un período de tiempo determinado, generalmente expresada en amperios (A) o como un múltiplo de la capacidad de la batería, p. B C/10 o C/20. Representa la capacidad de la batería para entregar energía a un ritmo dado, con tasas más altas correspondientes a una descarga más rápida y tasas más bajas a una descarga más lenta. La tasa de capacidad de descarga es una característica de rendimiento importante de una batería, especialmente para aplicaciones donde se requiere una alta potencia de salida, como B vehículos eléctricos o herramientas eléctricas.

En comparación con las baterías LFP, las baterías LA tienen una estabilidad de voltaje significativamente menor durante la tasa de descarga.

Cada curva en el gráfico ilustra los efectos de una tasa de descarga de 0.2C en la estabilidad del voltaje, con el voltaje de la batería de plomo-ácido cayendo rápidamente y la batería LFP exhibiendo una estabilidad mucho mayor.

Comparación de resistencia interna y autodescarga

La resistencia interna es una propiedad importante de una batería que puede afectar su rendimiento. Cuando se usa una batería, el flujo de corriente eléctrica genera calor dentro de la batería debido a la resistencia que proporciona. Este calor puede provocar pérdidas de energía y reducir la eficiencia general de la batería. Una mayor resistencia interna también significa que se requiere más potencia para impulsar la misma cantidad de corriente a través de la batería, lo que puede provocar una caída de voltaje y una reducción en la capacidad de la batería.

Podemos ver que las baterías de plomo-ácido tienen una resistencia interna muy alta. Debido a su diseño y química, las baterías de plomo-ácido tienen una alta resistencia interna. Las placas dentro de la batería están hechas de plomo, que tiene una conductividad relativamente baja en comparación con otros metales como el cobre. Además, el electrolito utilizado en las baterías de plomo-ácido es una solución diluida de ácido sulfúrico, que tiene una resistividad relativamente alta en comparación con otros tipos de electrolitos. Estos factores contribuyen a la alta resistencia interna general de las baterías de plomo-ácido, lo que puede afectar su rendimiento y eficiencia.

La autodescarga es otro factor importante que afecta el rendimiento de una batería. Incluso cuando una batería no está en uso, pierde gradualmente su carga debido a reacciones químicas dentro de la batería. La tasa de autodescarga puede variar según el tipo y la antigüedad de la batería, así como otros factores, como la temperatura y las condiciones de almacenamiento. La autodescarga puede ser un problema para los dispositivos que no se usan con frecuencia, ya que la batería puede perder su carga antes de que se pueda volver a usar. También puede reducir la capacidad general de la batería con el tiempo, lo que puede afectar su rendimiento y vida útil.

La batería LFP vuelve a ganar.

Según los datos, las baterías LiFePO4 tienen una resistencia interna y una autodescarga significativamente más bajas que las baterías de plomo-ácido. Estas propiedades contribuyen a la capacidad superior y la vida útil más prolongada de las baterías LiFePO4.

Comparación de la tolerancia de temperatura

La tolerancia a la temperatura se refiere al rango de temperatura dentro del cual una batería puede funcionar de manera segura y efectiva. Las baterías son sensibles a la temperatura y el calor o el frío extremos pueden afectar significativamente su rendimiento y vida útil.

Exponer una batería a temperaturas fuera del rango especificado puede provocar daños irreparables en los componentes internos y una capacidad reducida, una vida útil más corta e incluso riesgos para la seguridad, como fugas o explosiones. En general, las altas temperaturas pueden acelerar las reacciones químicas dentro de la batería, lo que provoca una degradación más rápida y un rendimiento reducido, mientras que las bajas temperaturas pueden ralentizar las reacciones químicas, lo que hace que la batería sea menos eficiente y reduzca su capacidad.

Por lo tanto, al seleccionar y usar baterías, es importante tener en cuenta la tolerancia a la temperatura de cada tipo de batería y asegurarse de que esté funcionando dentro del rango de temperatura recomendado. Esto puede ayudar a prolongar la vida útil de la batería y mantener su rendimiento y seguridad a lo largo del tiempo.

Ahora veamos la comparación de estos dos tipos de batería.

La batería LiFePO4 tiene una mayor tolerancia a la temperatura en comparación con las baterías de plomo-ácido.

Prueba de resistencia al agua

Resistencia al agua significa que la batería está diseñada para resistir daños por contacto con agua u otros líquidos. Es menos probable que una batería resistente al agua sufra corrosión, cortocircuitos u otros problemas que podrían dañarla cuando se expone a la humedad. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las baterías a prueba de agua no son completamente inmunes al daño causado por el agua y deben manipularse con cuidado en ambientes húmedos.

Enjuague la batería con agua durante 10 minutos por cada lado, luego mida el voltaje antes y después.

Las baterías de plomo-ácido tienen poca estabilidad de voltaje antes y después.

Capacidad de ciclo de alta temperatura

Los ciclos de alta temperatura se refieren a la exposición de una batería a temperaturas superiores al rango de funcionamiento recomendado durante un período de tiempo prolongado. Esto puede conducir a una degradación acelerada de la batería, lo que resulta en una capacidad reducida y una vida útil más corta. También puede aumentar el riesgo de peligros para la seguridad, como fugas, hinchazón o incluso fugas térmicas. Ahora ponemos las pilas a 55° (131°F) para ver como es su rendimiento.

Conclusión: La estabilidad del ciclo de las baterías LA es mucho peor que la de las baterías LFP.

La capacidad está representada por la curva azul y la salud está representada por la curva roja.

Nuestro modelo de estimación de batería sugiere que una batería con un estado de salud (SOH) del 80 % puede durar hasta 300 ciclos con un uso normal, mientras que una batería LFP puede durar hasta 4000 ciclos.

Consideramos que una batería con menos del 80 % de SOH es inaceptable según nuestros estándares.

Experimentar con el desmontaje para observar la estructura interna

Batería de plomo-ácido

Casi no hay protección dentro de la batería LA, la válvula de aire es solo una funda de goma que se puede quitar fácilmente y no hay protección entre cada celda.

Quitar la funda de goma azul expone directamente la pieza polar interna y el electrolito. No hay protección en el interior.

Batería LFP

Dentro de la batería LFP, hay protecciones estructurales como placas protectoras y guata de espuma con varias funciones, y la estructura interna de las celdas individuales internas tiene protección contra cortocircuitos.

Finalización

En resumen, las baterías LiFePO4 son una excelente opción para alimentar aplicaciones marinas, como motores de arrastre, vehículos eléctricos como vehículos recreativos y sistemas solares. Ofrecen varias ventajas sobre las baterías de plomo-ácido, que incluyen peso ligero, mayor vida útil, carga más rápida, mejor rendimiento, seguridad y ausencia de mantenimiento. Aunque inicialmente pueden ser más costosos, su rendimiento superior y su mayor vida útil los convierten en una opción más rentable a largo plazo. Si planea reemplazar su motor de pesca por curricán o la batería de su RV, invertir en una batería LiFePO4 podría ser una buena opción.