Virran maksimointi LIFEPO4 -akkuilla: Vertailu lyijyakuihin

Oikean akun valinta on ratkaisevan tärkeää monissa sovelluksissa, kuten aurinkoenergiajärjestelmissä, sähköajoneuvoissa ja merisovelluksissa. Kaksi suosituinta akkutyyppiä ovat LiFePO4- ja lyijyakut. Tässä artikkelissa tutkimme 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	12V 100Ah
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 akun paino ja koko ovat tärkeitä tekijöitä, erityisesti sovelluksissa, joissa liikkuvuus on kriittistä. Tässä vertailussa tarkastelemme VRLA- ja LFP-akkujen painoa, mittoja, mallikohtaisia ​​tietoja ja energiatiheyttä.

Akun tyyppi	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	12V 100Ah	3.65
VRLA2-100	28.11	33 * 17,1 * 21,4	12V 100Ah	3.56
LFP-50	4.98	17 * 19 * 17	12V50Ah	10.04
LFP-100	9.85	32 * 17 * 21	12V 100Ah	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 akkumallien tekniset tiedot vaihtelivat toisistaan, ja jännite- ja kapasiteettiarvot 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:na, ja LFP-akuilla oli huomattavasti suurempi energiatiheys kuin VRLA-akuilla. Kaiken kaikkiaan akkua valittaessa on tärkeää ottaa huomioon sekä paino että energiatiheys sen varmistamiseksi, että akku sopii tiettyyn sovellukseen.

Purkauskapasiteetin vertailu

Purkauskapasiteetti viittaa akun enimmäisvirran määrään tietyssä ajassa, yleensä ilmaistuna ampeereina (A) tai akun kapasiteetin kerrannaisena, esim. C/10 tai C/20. Se kuvaa akun kykyä tuottaa energiaa tietyllä nopeudella, jolloin nopeampi purkausnopeus ja hitaampi purkausnopeus vastaavat sitä. Purkauskapasiteetti on tärkeä akun suorituskykyominaisuus, erityisesti suurta lähtötehoa vaativissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa tai sähkötyökaluissa.

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

Jokainen kaavion käyrä kuvaa 0,2 C:n purkausnopeudella tapahtuvan 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. Akkua käytettäessä sähkövirran kulku tuottaa lämpöä akun sisällä sen tarjoaman resistanssin vuoksi. Tämä lämpö voi johtaa energiahäviöön ja heikentää akun kokonaistehokkuutta. 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. Lyijyakuilla on korkea sisäinen resistanssi niiden rakenteen ja kemian vuoksi. 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 niiden suorituskykyyn ja hyötysuhteeseen.

Itsepurkautuminen on toinen tärkeä akun suorituskykyyn vaikuttava tekijä. Vaikka akkua ei käytettäisikään, se menettää varaustaan ​​vähitellen akun 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 varauksensa 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 lämpötilaherkkiä, ja äärimmäinen kuumuus tai kylmyys voi vaikuttaa merkittävästi niiden suorituskykyyn ja käyttöikään.

Akun altistaminen määritetyn lämpötila-alueen ulkopuolisille lämpötiloille voi aiheuttaa korjauskelvottomia vaurioita sisäisille komponenteille, mikä johtaa 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 ℃ 10 minuuttia	13,03	13,13	13,19	13,19
25 ℃ 10 minuuttia	13,03	13,14	13,19	13,20
80 ℃ 10 minuuttia	13,01	13,11	13,19	13,20
25 ℃ 10 minuuttia	13,00	13,11	13,20	13,20
80 ℃ 10 minuuttia	12,58	13,09	13,20	13,20
25 ℃ 10 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 10 minuuttia kummaltakin puolelta ja mittaa sitten jännite ennen ja jälkeen.

Lyijyakuilla on huono jännitestabiilisuus ennen ja jälkeen.

Korkean lämpötilan syklikapasiteetti

Korkean lämpötilan syklillä tarkoitetaan akun altistamista suositellun käyttöalueen yläpuolella oleville lämpötiloille pitkäksi aikaa. Tämä voi aiheuttaa akun nopeutunutta heikkenemistä, mikä johtaa kapasiteetin heikkenemiseen ja lyhyempään käyttöikään. Se voi myös lisätä turvallisuusriskien, kuten vuotojen, turpoamisen tai jopa lämpöpurkausten, riskiä. Seuraavaksi asetamme akut 55°C:n (131°F) 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.

Tarkastelemme akkua, jonka kapasiteetti on alle 80% SOH on standardiemme mukaan kelpaamaton.

Kokeile purkamista sisäisen rakenteen tarkkailemiseksi

Lyijyakku

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

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

LFP-akku

LFP-akun sisällä on rakenteellisia suojalaitteita, kuten suojalevyjä ja vaahtomuovipuuvillaa, joilla on erilaisia ​​toimintoja, ja sisäisten yksittäisten kennojen sisäisessä rakenteessa on oikosulkusuojaus.

Johtopäätös

Yhteenvetona voidaan todeta, että LiFePO4-akut ovat erinomainen vaihtoehto merisovelluksiin, kuten uistelumoottoreihin, sähköajoneuvoihin, kuten matkailuautoihin, ja aurinkojärjestelmiin. Niillä on useita etuja lyijyakkuihin verrattuna, kuten keveys, 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 uistelumoottorisi tai matkailuautosi akun vaihtamista, LiFePO4-akkuun investoiminen voi olla loistava valinta.