Maksymalizacja wydajności dzięki akumulatorom LiFePO4: porównanie z akumulatorami ołowiowymi

Wybór odpowiedniego akumulatora ma kluczowe znaczenie dla wielu zastosowań, takich jak systemy solarne, pojazdy elektryczne i zastosowania morskie. Dwa najpopularniejsze typy akumulatorów to akumulatory LiFePO4 i kwasowo-ołowiowe. W tym artykule analizujemy różnice między akumulatorami LiFePO4 a kwasowo-ołowiowymi i argumentujemy, dlaczego LiFePO4 jest lepszym wyborem.

Ogłoszenie: Wszystkie dane pochodzą z Power Królowa Laboratorium.

Przykładowy produkt:

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

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

Podsumowanie porównania:

bateriatyp	akumulator kwasowo-ołowiowyN		LiFePO4 Bbaterie
	VRLA-50AH	VRLA-100AH	12V50Ah	12V 100Ah
Gęstość energii	Niski	Niski	3 Tylko wyższy Jak akumulator kwasowo-ołowiowy	3 Tylko wyższy Jak akumulator kwasowo-ołowiowy
Opór wewnętrzny I samorozładowanie	wysoki	wysoki	Niski	Niski
wskaźnik wypisać	zły	zły	Dobry	Dobry
Tolerancja temperatury	zły	zły	Dobry	Dobry
życie	300	300	4000	4000

Gęstość energii – porównanie wagi, rozmiaru i pojemności

Przy wyborze akumulatora, waga i rozmiar to istotne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, zwłaszcza w zastosowaniach, w których mobilność ma kluczowe znaczenie. W tym porównaniu przeanalizowano wagę, wymiary, specyfikacje modeli oraz gęstość energii akumulatorów VRLA i LFP.

Bateria przez	Waga(kg)	Wymiar(cm3)	Model	Gęstość energii (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

W tym porównaniu przyjrzeliśmy się pięciu różnym akumulatorom: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH i LFP-100AH. Waga tych akumulatorów wahała się od 4,7 kg (10,97 funta) w przypadku LFP-50AH do 27,5 kg (60,4 funta) w przypadku VRLA-100AH. Wymiary akumulatorów również się różniły, od 17,7 x 19,7 x 17,7 cm (6,7 x 7,5 x 6,7 cala) w przypadku LFP-50AH do 33 x 17,7 x 21,7 cm (13 x 17,7 x 8,42 cala) w przypadku VRLA-100AH ​​i VRLA2-100AH.

Specyfikacje modeli również różniły się między akumulatorami, a wartości napięcia i pojemności wahały się od 12 V 50 Ah dla modelu LFP-50 AH do 12 V 100 Ah dla modeli VRLA-100 AH i LFP-100 AH. Na koniec porównaliśmy gęstość energii każdego akumulatora w Ah/kg, przy czym akumulatory LFP charakteryzowały się znacznie wyższą gęstością energii niż akumulatory VRLA. Ogólnie rzecz biorąc, przy wyborze akumulatora ważne jest uwzględnienie zarówno masy, jak i gęstości energii, aby upewnić się, że akumulator nadaje się do konkretnego zastosowania.

Porównanie wydajności rozładowania

Pojemność rozładowania odnosi się do maksymalnego natężenia prądu, jakie akumulator może rozładować w określonym czasie, zazwyczaj wyrażanego w amperach (A) lub jako wielokrotność pojemności akumulatora, np. C/10 lub C/20. Reprezentuje ona zdolność akumulatora do dostarczania energii z określoną szybkością, przy czym wyższe szybkości odpowiadają szybszemu rozładowaniu, a niższe – wolniejszemu rozładowaniu. Pojemność rozładowania jest ważną cechą akumulatora, szczególnie w zastosowaniach wymagających dużej mocy wyjściowej, takich jak pojazdy elektryczne czy elektronarzędzia.

W porównaniu do akumulatorów LFP, akumulatory LA wykazują znacznie gorszą stabilność napięcia podczas szybkiego rozładowania.

Każda krzywa na diagramie ilustruje wpływ rozładowania z szybkością 0,2 C na stabilność napięcia, przy czym napięcie akumulatora kwasowo-ołowiowego spada szybko, a akumulator LFP wykazuje znacznie większą stabilność.

Porównanie oporu wewnętrznego i samorozładowania

Rezystancja wewnętrzna to ważna właściwość akumulatora, która może wpływać na jego wydajność. Podczas użytkowania akumulatora przepływ prądu elektrycznego generuje ciepło w akumulatorze ze względu na stawiany przez niego opór. Ciepło to może prowadzić do strat energii i zmniejszenia ogólnej wydajności akumulatora. Wyższa rezystancja wewnętrzna oznacza również, że do przepłynięcia tej samej ilości prądu przez akumulator potrzeba więcej energii, co może prowadzić do spadku napięcia i zmniejszenia pojemności akumulatora.

	VRLA-50	VRLA-100	VRLA2-100	LFP-50	LFP-100
Rezystancja wewnętrzna (mΩ)	7,95	5.23	4553	1	1

Jak widać, akumulatory kwasowo-ołowiowe charakteryzują się bardzo wysoką rezystancją wewnętrzną. Wynika ona z ich konstrukcji i składu chemicznego. Płyty wewnątrz akumulatora wykonane są z ołowiu, który charakteryzuje się stosunkowo niską przewodnością w porównaniu z innymi metalami, takimi jak miedź. Ponadto elektrolit stosowany w akumulatorach kwasowo-ołowiowych to rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego, który charakteryzuje się stosunkowo wysoką rezystancją w porównaniu z innymi rodzajami elektrolitów. Czynniki te przyczyniają się do ogólnie wysokiej rezystancji wewnętrznej akumulatorów kwasowo-ołowiowych, co może negatywnie wpływać na ich wydajność i sprawność.

Samorozładowanie to kolejny ważny czynnik wpływający na wydajność baterii. Nawet gdy bateria nie jest używana, stopniowo traci ładunek w wyniku zachodzących w niej reakcji chemicznych. Szybkość samorozładowania może się różnić w zależności od rodzaju i wieku baterii, a także innych czynników, takich jak temperatura i warunki przechowywania. Samorozładowanie może stanowić problem w przypadku urządzeń, które nie są często używane, ponieważ bateria może się rozładować, zanim będzie można jej ponownie użyć. Z czasem może również zmniejszyć całkowitą pojemność baterii, co może wpłynąć na jej wydajność i żywotność.

typ		dzień 1	dzień 6	dzień 11	dzień 16	dzień 21	dzień 26	dzień 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

Według danych, akumulatory LiFePO4 charakteryzują się znacznie niższą rezystancją wewnętrzną i niższym samorozładowaniem niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Te właściwości przyczyniają się do większej pojemności i dłuższej żywotności akumulatorów LiFePO4.

Porównanie tolerancji temperaturowej

Tolerancja temperaturowa odnosi się do zakresu temperatur, w którym akumulator może działać bezpiecznie i efektywnie. Akumulatory są wrażliwe na temperaturę, a ekstremalne ciepło lub zimno może znacząco wpłynąć na ich wydajność i żywotność.

Narażenie akumulatora na działanie temperatur spoza określonego zakresu może prowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia podzespołów wewnętrznych, zmniejszenia pojemności, skrócenia żywotności, a nawet zagrożeń bezpieczeństwa, takich jak wyciek lub wybuch. Zasadniczo wysokie temperatury mogą przyspieszać reakcje chemiczne w akumulatorze, co prowadzi do szybszej degradacji i obniżenia wydajności, natomiast niskie temperatury mogą spowalniać reakcje chemiczne, zmniejszając wydajność akumulatora i zmniejszając jego pojemność.

Dlatego przy wyborze i użytkowaniu baterii należy wziąć pod uwagę tolerancję temperaturową konkretnego typu baterii i upewnić się, że jest ona używana w zalecanym zakresie temperatur. Może to pomóc wydłużyć żywotność baterii oraz utrzymać jej wydajność i bezpieczeństwo przez długi czas.

Przyjrzyjmy się teraz porównaniu tych dwóch typów baterii:

typ	VRLA-100Ah	VRLA-50Ah	LFP-100	LFP-50
Napięcie początkowe	13.05	13,15	13,19	13,19
80°C 10 protokół	13,03	13,13	13,19	13,19
25°C10 protokół	13,03	13,14	13,19	13,20
80°C 10 protokół	13,01	13,11	13,19	13,20
25°C10 protokół	13,00	13,11	13,20	13,20
80°C 10 protokół	12,58	13,09	13,20	13,20
25°C10 protokół	12,57	13,10	13,20	13,20

Akumulator LiFePO4 charakteryzuje się większą tolerancją temperatury w porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Test wodoodporności

Wodoodporność oznacza, że ​​akumulator jest zaprojektowany tak, aby wytrzymać uszkodzenia spowodowane kontaktem z wodą lub innymi płynami.Akumulator wodoodporny jest mniej podatny na korozję, zwarcia i inne problemy, które mogłyby go potencjalnie uszkodzić w kontakcie z wilgocią. Należy jednak pamiętać, że akumulatory wodoodporne nie są całkowicie odporne na uszkodzenia spowodowane wodą i nadal należy obchodzić się z nimi ostrożnie w wilgotnym środowisku.

Płucz baterię wodą z każdej strony przez 10 minut, a następnie zmierz napięcie przed i po.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe charakteryzują się słabą stabilnością napięcia przed i po ładowaniu.

Pojemność cyklu wysokotemperaturowego

Cykl wysokotemperaturowy oznacza wystawianie akumulatora na działanie temperatur przekraczających zalecany zakres roboczy przez dłuższy czas. Może to przyspieszyć degradację akumulatora, a w rezultacie zmniejszyć jego pojemność i skrócić jego żywotność. Może to również zwiększyć ryzyko zagrożeń bezpieczeństwa, takich jak wycieki, nieszczelności, a nawet niekontrolowany wzrost temperatury. Teraz umieścimy akumulatory w temperaturze 55°C (131°F), aby sprawdzić ich wydajność.

Wniosek: Stabilność cyklu akumulatorów LA jest znacznie gorsza niż akumulatorów LFP.

Pojemność jest reprezentowana przez niebieską krzywą, a stan zdrowia przez czerwoną krzywą.

Nasz model szacowania żywotności baterii sugeruje, że bateria o stanie sprawności (SOH) na poziomie 80% może wytrzymać do 300 cykli przy normalnym użytkowaniu, natomiast bateria LFP może wytrzymać do 4000 cykli.

Akumulator o SOH niższym niż 80% uznajemy za niedopuszczalny według naszych standardów.

Eksperyment polegający na demontażu w celu obserwacji struktury wewnętrznej

akumulator kwasowo-ołowiowy

Akumulator LA nie posiada praktycznie żadnej ochrony; zawór powietrza to po prostu gumowa tuleja, którą można łatwo zdjąć. Nie ma też żadnej ochrony pomiędzy poszczególnymi ogniwami.

Zdjęcie niebieskiej gumowej osłony odsłania bezpośrednio wewnętrzny zacisk i elektrolit. Brak wewnętrznej ochrony.

Bateria LFP

Wewnątrz akumulatora LFP znajdują się strukturalne urządzenia ochronne, takie jak płyty ochronne i pianka wypełniająca o różnych funkcjach, a wewnętrzna struktura poszczególnych ogniw ma zabezpieczenie przed zwarciem.

Wniosek

Podsumowując, akumulatory LiFePO4 to doskonałe rozwiązanie do zasilania urządzeń morskich, takich jak silniki zaburtowe, pojazdy elektryczne, takie jak kampery, oraz systemy solarne. Oferują one szereg zalet w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, w tym niższą wagę, dłuższą żywotność, szybsze ładowanie, lepszą wydajność, bezpieczeństwo i bezobsługowość. Chociaż początkowo mogą być droższe, ich lepsza wydajność i dłuższa żywotność sprawiają, że w dłuższej perspektywie są bardziej opłacalną opcją. Jeśli planujesz wymianę akumulatora w silniku zaburtowym lub kamperze, inwestycja w akumulator LiFePO4 może być dobrym wyborem.