Suorituskyvyn maksimointi LiFePO4-akuilla: vertailu lyijyakkuihin

Oikean akun valinta on ratkaisevan tärkeää monissa sovelluksissa, kuten aurinkoenergiajärjestelmissä, sähköajoneuvoissa ja merisovelluksissa. Kaksi suosituinta akkutyyppiä ovat LiFePO4- ja lyijyakut. Tässä artikkelissa tarkastelemme LiFePO4- ja lyijyakkujen eroja ja perustelemme, miksi LiFePO4 on parempi vaihtoehto.

Ilmoitus: Kaikki tiedot on otettu Powerista kuningatar Laboratorio.

Esimerkkituote:

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

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

Vertailun yhteenveto:

akkutyyppi	lyijyakkun		LiFePO4 Bparistot
	VRLA-50AH	VRLA-100AH	12V50Ah	12 V 100 Ah
Energiatiheys	matala	matala	3 vain korkeampi kuten lyijyakku	3 vain korkeampi kuten lyijyakku
Sisäinen vastus ja itsepurkautuminen	korkea	korkea	matala	matala
hinta vastuuvapaus	huono	huono	hyvä	hyvä
Lämpötilan toleranssi	huono	huono	hyvä	hyvä
elämä	300	300	4000	4000

Energiatiheys – painon, koon ja kapasiteetin vertailu

Akkua valittaessa paino ja koko ovat tärkeitä tekijöitä, erityisesti sovelluksissa, joissa liikkuvuus on ratkaisevan tärkeää. Tässä vertailussa tarkastellaan VRLA- ja LFP-akkujen painoa, mittoja, mallikohtaisia ​​tietoja ja energiatiheyttä.

Akku	Paino(kg)	Ulottuvuus(cm3)	Malli	Energiatiheys (Ah/kg)
VRLA-50	15.15	23 * 13,8 * 21,1	12V55Ah	3.63
VRLA-100	27.40	33 * 17,1 * 21,4	12 V 100 Ah	3.65
VRLA2-100	28.11	33 * 17,1 * 21,4	12 V 100 Ah	3.56
LFP-50	4.98	17 * 19 * 17	12V50Ah	10.04
LFP-100	9.85	32 * 17 * 21	12 V 100 Ah	10,15

Tässä vertailussa tarkastelimme viittä eri akkua: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH ja LFP-100AH. Näiden akkujen paino vaihteli LFP-50AH:n 10,97 paunasta VRLA-100AH:n 60,4 paunaan. Myös akkujen mitat vaihtelivat, ja koot vaihtelivat LFP-50AH:n 6,7 x 7,5 x 6,7 tuumasta VRLA-100AH:n ja VRLA2-100AH:n 13 x 6,7 x 8,42 tuumaan.

Myös akkujen mallien tekniset tiedot erosivat toisistaan. Jännite ja kapasiteetti vaihtelivat LFP-50 AH:n 12 V 50 Ah:sta VRLA-100 AH:n ja LFP-100 AH:n 12 V 100 Ah:iin. Lopuksi vertasimme kunkin akun energiatiheyttä Ah/kg-yksiköissä, ja LFP-akuilla oli huomattavasti suurempi energiatiheys kuin VRLA-akuilla. Kaiken kaikkiaan akkua valittaessa on tärkeää ottaa huomioon sekä paino että energiatiheys, jotta voidaan varmistaa, että akku sopii tiettyyn käyttötarkoitukseen.

Purkauskapasiteetin vertailu

Purkausnopeuskapasiteetti viittaa akun tietyn ajanjakson aikana purkamaan maksimivirran määrään, joka yleensä ilmaistaan ​​ampeereina (A) tai akun kapasiteetin kerrannaisena, esim. C/10 tai C/20. Se kuvaa akun kykyä tuottaa energiaa tietyllä nopeudella. Suuremmat purkausnopeudet vastaavat nopeampaa purkausta ja pienemmät hitaampaa purkausta. Purkausnopeuskapasiteetti on tärkeä akun suorituskykyominaisuus, erityisesti suurta tehoa vaativissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa tai sähkötyökaluissa.

LFP-akkuihin verrattuna LA-akuilla on huomattavasti huonompi jännitevakaus nopeuspurkauksen aikana.

Kaavion jokainen käyrä havainnollistaa 0,2 C:n purkauksen vaikutusta jännitteen vakauteen. Lyijyakun jännite laskee nopeasti ja LFP-akun jännite on paljon vakaampi.

Sisäisen resistanssin ja itsepurkautumisen vertailu

Sisäinen resistanssi on akun tärkeä ominaisuus, joka voi vaikuttaa sen suorituskykyyn. Kun akkua käytetään, sähkövirran kulku tuottaa lämpöä akun sisällä sen vastuksen vuoksi. Tämä lämpö voi johtaa energiahäviöihin ja heikentää akun kokonaishyötysuhdetta. Suurempi sisäinen resistanssi tarkoittaa myös sitä, että saman virtamäärän kuljettamiseen akun läpi tarvitaan enemmän tehoa, mikä voi johtaa jännitehäviöön ja akun kapasiteetin pienenemiseen.

	VRLA-50	VRLA-100	VRLA2-100	LFP-50	LFP-100
Sisäinen vastus (mΩ)	7,95	5.23	4 553	1	1

Voimme nähdä, että lyijyakuilla on erittäin korkea sisäinen resistanssi. Tämä korkea sisäinen resistanssi johtuu niiden rakenteesta ja kemiasta. Akun sisällä olevat levyt on valmistettu lyijystä, jonka johtavuus on suhteellisen alhainen verrattuna muihin metalleihin, kuten kupariin. Lisäksi lyijyakuissa käytetty elektrolyytti on laimennettu rikkihappoliuos, jonka resistanssi on suhteellisen korkea verrattuna muihin elektrolyyttityyppeihin. Nämä tekijät vaikuttavat lyijyakkujen korkeaan sisäiseen resistanssiin, mikä voi vaikuttaa negatiivisesti niiden suorituskykyyn ja hyötysuhteeseen.

Itsepurkautuminen on toinen tärkeä akun suorituskykyyn vaikuttava tekijä. Vaikka akkua ei käytettäisikään, se menettää varaustaan ​​vähitellen sisäisten kemiallisten reaktioiden vuoksi. Itsepurkautumisnopeus voi vaihdella akun tyypin ja iän sekä muiden tekijöiden, kuten lämpötilan ja säilytysolosuhteiden, mukaan. Itsepurkautuminen voi olla ongelma laitteille, joita ei käytetä usein, koska akku voi menettää varaustaan ​​ennen kuin sitä voidaan käyttää uudelleen. Se voi myös vähentää akun kokonaiskapasiteettia ajan myötä, mikä voi vaikuttaa sen suorituskykyyn ja käyttöikään.

tyyppi		päivä 1	päivä 6	päivä 11	päivä 16	päivä 21	päivä 26	päivä 31
VRLA	50	13.20	13,18	13,16	13,15	13,15	13,14	13,15
	100	13.24	13.20	13,17	13,15	13.11	13.07	13.05
PQ	50	13.27	13.27	13.27	13.26	13.26	13.25	13.25
	100	13.20	13.20	13.20	13,19	13.20	13,19	13,19

Tietojen mukaan LiFePO4-akuilla on huomattavasti alhaisempi sisäinen vastus ja alhaisempi itsepurkautuminen kuin lyijyakuilla. Nämä ominaisuudet myötävaikuttavat LiFePO4-akkujen erinomaiseen kapasiteettiin ja pidempään käyttöikään.

Lämpötilan toleranssin vertailu

Lämpötilatoleranssi viittaa lämpötila-alueeseen, jossa akku voi toimia turvallisesti ja tehokkaasti. Akut ovat herkkiä lämpötilalle, ja äärimmäinen kuumuus tai kylmyys voi vaikuttaa merkittävästi niiden suorituskykyyn ja käyttöikään.

Jos akku altistetaan määritellyn lämpötila-alueen ulkopuolisille lämpötiloille, se voi johtaa korjauskelvottomaan vaurioitumiseen sisäisissä komponenteissa, kapasiteetin heikkenemiseen, lyhyempään käyttöikään ja jopa turvallisuusriskeihin, kuten vuotoihin tai räjähdyksiin. Yleisesti ottaen korkeat lämpötilat voivat kiihdyttää akun kemiallisia reaktioita, mikä johtaa nopeampaan hajoamiseen ja suorituskyvyn heikkenemiseen, kun taas matalat lämpötilat voivat hidastaa kemiallisia reaktioita, mikä tekee akusta tehottomamman ja vähentää sen kapasiteettia.

Siksi akkuja valittaessa ja käytettäessä on tärkeää ottaa huomioon tietyn akkutyypin lämpötilansietokyky ja varmistaa, että sitä käytetään suositellulla lämpötila-alueella. Tämä voi auttaa pidentämään akun käyttöikää ja ylläpitämään sen suorituskykyä ja turvallisuutta ajan mittaan.

Vertaillaanpa nyt näitä kahta akkutyyppiä:

tyyppi	VRLA-100Ah	VRLA-50Ah	LFP-100	LFP-50
Alkujännite	13.05	13,15	13,19	13,19
80°C 10 minuuttia	13,03	13,13	13,19	13,19
25°C10 minuuttia	13,03	13,14	13,19	13,20
80°C 10 minuuttia	13,01	13,11	13,19	13,20
25°C10 minuuttia	13,00	13,11	13,20	13,20
80°C 10 minuuttia	12,58	13,09	13,20	13,20
25°C10 minuuttia	12,57	13,10	13,20	13,20

LiFePO4-akulla on parempi lämpötilansietokyky kuin lyijyakuilla.

Vedenpitävyystesti

Vedenpitävyys tarkoittaa, että akku on suunniteltu kestämään veden tai muiden nesteiden kanssa kosketuksesta aiheutuvia vaurioita.Vedenpitävä akku on vähemmän altis korroosiolle, oikosuluille tai muille ongelmille, jotka voisivat vahingoittaa sitä kosteudelle altistuessaan. On kuitenkin tärkeää huomata, että vedenpitävät akut eivät ole täysin immuuneja vesivahingoille ja niitä tulee silti käsitellä varoen märissä olosuhteissa.

Huuhtele akkua vedellä molemmilta puolilta 10 minuutin ajan ja mittaa sitten jännite ennen ja jälkeen.

Lyijyakuilla on huono jännitestabiilisuus ennen latausta ja sen jälkeen.

Korkean lämpötilan syklikapasiteetti

Korkean lämpötilan syklillä tarkoitetaan akun altistamista suositellun käyttöalueen ylittäville lämpötiloille pitkäksi aikaa. Tämä voi kiihdyttää akun heikkenemistä, mikä johtaa kapasiteetin heikkenemiseen ja lyhyempään käyttöikään. Se voi myös lisätä turvallisuusriskien, kuten vuotojen, vuotojen tai jopa lämpöpurkausten, riskiä. Seuraavaksi asetamme akut 55 °C:n lämpötilaan nähdäksemme, miten ne toimivat.

Johtopäätös: LA-akkujen syklinkestävyys on paljon huonompi kuin LFP-akkujen.

Kapasiteettia kuvaa sininen käyrä ja terveyttä punainen käyrä.

Akun arviointimallimme viittaa siihen, että 80 %:n kunnontilassa oleva akku voi kestää normaalikäytössä jopa 300 lataussykliä, kun taas LFP-akku voi kestää jopa 4000 lataussykliä.

Harkitsemme akkua, jonka teho on alle 80% SOH on standardiemme mukaan kelpaamatonta.

Purkamista sisältävä koe sisäisen rakenteen havaitsemiseksi

lyijyakku

LA-akun sisällä ei ole juurikaan suojaa; ilmaventtiili on vain helposti irrotettava kumiholkki, eikä yksittäisten kennojen välillä ole suojaa.

Sinisen kumiholkin poistaminen paljastaa sisänavan ja elektrolyytin suoraan. Sisäistä suojausta ei ole.

LFP-akku

LFP-akun sisällä on rakenteellisia suojalaitteita, kuten suojalevyjä ja vaahtomuovivanua, joilla on erilaisia ​​toimintoja, ja sisäisten yksittäisten kennojen sisäinen rakenne on oikosulkusuojattu.

Johtopäätös

Yhteenvetona voidaan todeta, että LiFePO4-akut ovat erinomainen vaihtoehto merisovelluksiin, kuten perämoottoriin, sähköajoneuvoihin, kuten matkailuautoihin, ja aurinkojärjestelmiin. Niillä on useita etuja lyijyakkuihin verrattuna, kuten kevyempi paino, pidempi käyttöikä, nopeampi lataus, parempi suorituskyky, turvallisuus ja huoltovapaa käyttö. Vaikka ne saattavat olla aluksi kalliimpia, niiden erinomainen suorituskyky ja pidempi käyttöikä tekevät niistä kustannustehokkaamman vaihtoehdon pitkällä aikavälillä. Jos suunnittelet perämoottorisi tai matkailuautosi akun vaihtamista, LiFePO4-akkuun investoiminen voi olla hyvä valinta.