A teljesítmény maximalizálása LiFePO4 akkumulátorokkal: Összehasonlítás az ólomelemekkel

A megfelelő akkumulátor kiválasztása számos alkalmazásnál kulcsfontosságú, például napelemes rendszereknél, elektromos járműveknél és tengeri alkalmazásoknál. A két legnépszerűbb akkumulátortípus a LiFePO4 és az ólom-savas akkumulátorok. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a LiFePO4 és az ólom-savas akkumulátorok közötti különbségeket, és megvitatjuk, miért a LiFePO4 a jobb választás.

Közlemény: Minden adat a Powerből származik Királynő Laboratórium.

Példa termék:

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

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

Az összehasonlítás összefoglalása:

akkumulátortípus	ólom-savas akkumulátorn		LiFePO4 B.elemek
	VRLA-50AH	VRLA-100AH	12V50Ah	12 V 100 Ah
Energiasűrűség	alacsony	alacsony	3 éppen magasabb mint ólom-savas akkumulátor	3 éppen magasabb mint ólom-savas akkumulátor
Belső ellenállás és önkisülés	magas	magas	alacsony	alacsony
arány kisütés	rossz	rossz	jó	jó
Hőmérséklet-tűrés	rossz	rossz	jó	jó
élet	300	300	4000	4000

Energiasűrűség – súly, méret és kapacitás összehasonlítása

Akkumulátor kiválasztásakor a súly és a méret fontos szempont, különösen azokban az alkalmazásokban, ahol a mobilitás kulcsfontosságú. Ez az összehasonlítás a VRLA és LFP akkumulátorok súlyát, méreteit, modellspecifikációit és energiasűrűségét vizsgálja.

Akkumulátor	Súly(kg)	Dimenzió(cm3)	Modell	Energiasűrűség (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

Ebben az összehasonlításban öt különböző akkumulátort vizsgáltunk: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH és LFP-100AH. Az akkumulátorok súlya 10,97 font (LFP-50AH) és 60,4 font (VRLA-100AH) között mozgott. Az akkumulátorok méretei is változtak, a 6,7 ​​x 7,5 x 6,7 hüvelyk (LFP-50AH) és a 13 x 6,7 x 8,42 hüvelyk (VRLA-100AH ​​és VRLA2-100AH) között.

Az akkumulátorok modellspecifikációi is eltértek, a feszültség- és kapacitásértékek 12V 50Ah-tól (LFP-50 AH) 12V 100Ah-ig (VRLA-100 AH és LFP-100 AH) terjedtek. Végül összehasonlítottuk az egyes akkumulátorok energiasűrűségét Ah/kg-ban, és az LFP akkumulátorok lényegesen nagyobb energiasűrűséget mutattak, mint a VRLA akkumulátorok. Összességében az akkumulátor kiválasztásakor fontos figyelembe venni mind a súlyt, mind az energiasűrűséget, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy az akkumulátor megfelel az adott alkalmazásnak.

A kisülési kapacitás összehasonlítása

A gyorskisütési kapacitás az akkumulátor által egy adott időszak alatt leadható maximális árammennyiségre utal, amelyet általában amperben (A) vagy az akkumulátor kapacitásának többszöröseként fejeznek ki, pl. C/10 vagy C/20. Ez az akkumulátor azon képességét jelzi, hogy egy adott sebességgel energiát tud leadni, ahol a nagyobb sebesség gyorsabb kisütést, az alacsonyabb sebesség pedig lassabb kisütést jelent. A gyorskisütési kapacitás az akkumulátor fontos teljesítményjellemzője, különösen a nagy teljesítményt igénylő alkalmazásoknál, például elektromos járműveknél vagy elektromos szerszámoknál.

Az LFP akkumulátorokhoz képest az LA akkumulátorok lényegesen rosszabb feszültségstabilitást mutatnak a gyorskisütés során.

Az ábrán látható görbék mindegyike a 0,2 C sebességű kisülés feszültségstabilitásra gyakorolt ​​hatását szemlélteti, ahol az ólomakkumulátor feszültsége gyorsan csökken, míg az LFP akkumulátor sokkal nagyobb stabilitást mutat.

A belső ellenállás és az önkisülés összehasonlítása

A belső ellenállás az akkumulátor fontos tulajdonsága, amely befolyásolhatja a teljesítményét. Használat közben az akkumulátor áramlása során az elektromos áram hőt termel az akkumulátorban az általa képviselt ellenállás miatt. Ez a hő energiaveszteséghez vezethet, és csökkentheti az akkumulátor általános hatásfokát. A nagyobb belső ellenállás azt is jelenti, hogy több energiára van szükség ugyanazon áramerősség akkumulátoron keresztüli áthaladásához, ami feszültségeséshez és az akkumulátor kapacitásának csökkenéséhez vezethet.

	VRLA-50	VRLA-100	VRLA2-100	LFP-50	LFP-100
Belső ellenállás (mΩ)	7,95	5.23	4553	1	1

Láthatjuk, hogy az ólomakkumulátorok nagyon magas belső ellenállással rendelkeznek. Ez a magas belső ellenállás a kialakításuknak és a kémiai összetételüknek köszönhető. Az akkumulátor belsejében lévő lemezek ólomból készülnek, amelynek viszonylag alacsony a vezetőképessége más fémekhez, például a rézhez képest. Továbbá, az ólomakkumulátorokban használt elektrolit híg kénsavoldat, amelynek viszonylag magas az ellenállása más elektrolit típusokhoz képest. Ezek a tényezők hozzájárulnak az ólomakkumulátorok összességében magas belső ellenállásához, ami negatívan befolyásolhatja teljesítményüket és hatékonyságukat.

Az önkisülés egy másik fontos tényező, amely befolyásolja az akkumulátor teljesítményét. Még használaton kívül is, az akkumulátor fokozatosan veszít a töltését a benne zajló kémiai reakciók miatt. Az önkisülés sebessége az akkumulátor típusától és korától, valamint egyéb tényezőktől, például a hőmérséklettől és a tárolási körülményektől függően változhat. Az önkisülés problémát jelenthet a nem gyakran használt eszközöknél, mivel az akkumulátor elveszítheti a töltését, mielőtt újra használható lenne. Idővel csökkentheti az akkumulátor teljes kapacitását is, ami befolyásolhatja a teljesítményét és az élettartamát.

típus		nap 1	nap 6	nap 11	nap 16	nap 21	nap 26	nap 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

Az adatok szerint a LiFePO4 akkumulátorok lényegesen alacsonyabb belső ellenállással és alacsonyabb önkisüléssel rendelkeznek, mint az ólomakkumulátorok. Ezek a tulajdonságok hozzájárulnak a LiFePO4 akkumulátorok kiváló kapacitásához és hosszabb élettartamához.

A hőmérséklet-tűrés összehasonlítása

A hőmérséklet-tűrés azt a hőmérsékleti tartományt jelenti, amelyen belül az akkumulátor biztonságosan és hatékonyan működhet. Az akkumulátorok érzékenyek a hőmérsékletre, és a szélsőséges meleg vagy hideg jelentősen befolyásolhatja teljesítményüket és élettartamukat.

Ha egy akkumulátor a megadott tartományon kívül eső hőmérsékletnek van kitéve, az helyrehozhatatlan károsodást okozhat a belső alkatrészekben, csökkent kapacitást, rövidebb élettartamot, sőt biztonsági kockázatokat, például szivárgást vagy robbanást is okozhat. Általánosságban elmondható, hogy a magas hőmérséklet felgyorsíthatja az akkumulátoron belüli kémiai reakciókat, ami gyorsabb lebomláshoz és teljesítménycsökkenéshez vezet, míg az alacsony hőmérséklet lelassíthatja a kémiai reakciókat, ezáltal csökkentve az akkumulátor hatékonyságát és kapacitását.

Ezért az akkumulátorok kiválasztásakor és használatakor fontos figyelembe venni az adott akkumulátortípus hőmérséklet-tűrését, és biztosítani, hogy az az ajánlott hőmérsékleti tartományon belül működjön. Ez segíthet meghosszabbítani az akkumulátor élettartamát, valamint megőrizni teljesítményét és biztonságát az idő múlásával.

Most hasonlítsuk össze a két akkumulátortípust:

típus	VRLA-100Ah	VRLA-50Ah	LFP-100	LFP-50
Kezdeti feszültség	13.05	13,15	13,19	13,19
80°C 10 jegyzőkönyv	13,03	13,13	13,19	13,19
25°C10 jegyzőkönyv	13,03	13,14	13,19	13,20
80°C 10 jegyzőkönyv	13,01	13,11	13,19	13,20
25°C10 jegyzőkönyv	13,00	13,11	13,20	13,20
80°C 10 jegyzőkönyv	12,58	13,09	13,20	13,20
25°C10 jegyzőkönyv	12,57	13,10	13,20	13,20

A LiFePO4 akkumulátor nagyobb hőmérséklet-tűréssel rendelkezik az ólomakkumulátorokhoz képest.

Vízállósági teszt

A vízállóság azt jelenti, hogy az akkumulátort úgy tervezték, hogy ellenálljon a vízzel vagy más folyadékokkal való érintkezésből eredő károknak.A vízálló akkumulátor kevésbé érzékeny a korrózióra, rövidzárlatra vagy más olyan problémákra, amelyek potenciálisan károsíthatják, ha nedvesség éri. Fontos azonban megjegyezni, hogy a vízálló akkumulátorok sem teljesen immunisak a víz okozta károsodásra, és nedves környezetben is óvatosan kell kezelni őket.

Öblítsd le az akkumulátort vízzel mindkét oldalon 10 percig, majd mérd meg a feszültséget előtte és utána.

Az ólomakkumulátorok feszültségstabilitása gyenge a töltés előtt és után.

Magas hőmérsékletű cikluskapacitás

A magas hőmérsékletű ciklus azt jelenti, hogy az akkumulátort hosszabb ideig az ajánlott üzemi tartomány feletti hőmérsékletnek tesszük ki. Ez felgyorsíthatja az akkumulátor lebomlását, ami csökkent kapacitást és rövidebb élettartamot eredményez. Emellett növelheti a biztonsági kockázatokat, például a szivárgásokat, ömléseket vagy akár a túlmelegedést. Most 55°C-ra (131°F) helyezzük az akkumulátorokat, hogy lássuk, hogyan teljesítenek.

Következtetés: Az LA akkumulátorok ciklusstabilitása sokkal rosszabb, mint az LFP akkumulátoroké.

A kapacitást a kék görbe, az egészséget pedig a piros görbe mutatja.

Az akkumulátorbecslési modellünk azt sugallja, hogy egy 80%-os állapotú (SOH) akkumulátor normál használat mellett akár 300 ciklust is kibírhat, míg egy LFP akkumulátor akár 4000 ciklust is kibírhat.

Szabványaink szerint a 80%-nál kevesebb SOH-t tartalmazó akkumulátorokat elfogadhatatlannak tartjuk.

Szétszereléssel járó kísérlet a belső szerkezet megfigyelésére

ólom-savas akkumulátor

Az LA akkumulátor belsejében szinte semmilyen védelem nincs; a levegőszelep csak egy könnyen eltávolítható gumihüvely, és az egyes cellák között sincs védelem.

A kék gumihüvely eltávolítása közvetlenül a belső csatlakozót és az elektrolitot teszi szabaddá. Nincs belső védelem.

LFP akkumulátor

Az LFP akkumulátor belsejében különféle funkciókkal rendelkező szerkezeti védőeszközök találhatók, például védőlemezek és habvatta, a belső egyes cellák belső szerkezete pedig rövidzárlatvédelemmel rendelkezik.

Következtetés

Összefoglalva, a LiFePO4 akkumulátorok kiváló választást jelentenek tengeri alkalmazások, például csónakmotorok, elektromos járművek, például lakókocsik és napelemes rendszerek áramellátására. Számos előnnyel rendelkeznek az ólomakkumulátorokkal szemben, beleértve a könnyebb súlyt, a hosszabb élettartamot, a gyorsabb töltést, a jobb teljesítményt, a biztonságot és a karbantartásmentes működést. Bár kezdetben drágábbak lehetnek, kiváló teljesítményük és hosszabb élettartamuk hosszú távon költséghatékonyabb megoldást jelent. Ha csónakmotorja vagy lakókocsi akkumulátorának cseréjét tervezi, a LiFePO4 akkumulátorba való befektetés jó választás lehet.