Maksymalizacja mocy za pomocą baterii LifePo4: porównanie z bateriami ołowiowymi

Wybór odpowiedniego akumulatora jest kluczowy dla wielu zastosowań, takich jak systemy zasilania słonecznego, pojazdy elektryczne i zastosowania morskie. Dwa najpopularniejsze typy akumulatorów to akumulatory LiFePO4 i kwasowo-ołowiowe. W tym artykule badamy różnice między akumulatorami LiFePO4 i kwasowo-ołowiowymi i argumentujemy, dlaczego LiFePO4 jest lepszym wyborem.

Ogłoszenie: Wszystkie dane pochodzą z Power Królowa Laboratorium.

Przykładowy produkt:

LFP-50: Królowa Mocy 12,8 V 50 Ah LiFePO4 Bateria

LFP-100: Królowa Mocy 12,8 V 100 Ah Akumulator LiFePO4

Podsumowanie porównania:

bateriatyp	Akumulator kwasowo-ołowiowyN		LiFePO4 Bbaterie
	VRLA-50AH	VRLA-100AH	12V50Ah	12V100Ah
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 masy, rozmiaru i pojemności

Przy wyborze akumulatora, waga i rozmiar akumulatora są ważnymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, szczególnie w zastosowaniach, w których mobilność ma kluczowe znaczenie. W tym porównaniu badamy wagę, wymiary, specyfikacje modelu i gęstość energii akumulatorów VRLA i LFP.

Typ baterii	Waga(kg）	Wymiar(cm3）	Model	Gęstość energii (Ah/kg)
VRLA-50	15.15	Wymiary: 23*13,8*21,1	12V55Ah	3.63
VRLA-100	27,40	Wymiary: 33*17,1*21,4	12V100Ah	3,65
VRLA2-100	28.11	Wymiary: 33*17,1*21,4	12V100Ah	3,56
LFP-50	4,98	17*19*17	12V50Ah	10.04
LFP-100	9,85	32*17*21	12V100Ah	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 10,97 funta dla LFP-50AH do 60,4 funta dla VRLA-100AH. Wymiary akumulatorów również się różniły, od 6,7 x 7,5 x 6,7 cala dla LFP-50AH do 13 x 6,7 x 8,42 cala dla VRLA-100AH ​​i VRLA2-100AH.

Specyfikacje modeli również różniły się między akumulatorami, przy czym napięcie i pojemność znamionowa wahały się od 12 V 50 Ah dla LFP-50 AH do 12 V 100 Ah dla VRLA-100 AH i LFP-100 AH. Na koniec porównaliśmy gęstość energii każdego akumulatora w Ah/kg, przy czym akumulatory LFP wykazywały znacznie wyższą gęstość energii niż akumulatory VRLA. Ogólnie rzecz biorąc, przy wyborze akumulatora ważne jest, aby wziąć pod uwagę zarówno wagę, jak i gęstość energii, aby upewnić się, że akumulator nadaje się do konkretnego zastosowania.

Porównanie wydajności rozładowania stawek

Pojemność rozładowania odnosi się do maksymalnej ilości prądu, jaką akumulator może rozładować w danym okresie czasu, zwykle wyrażanej w amperach (A) lub jako wielokrotność pojemności akumulatora, np. C/10 lub C/20. Reprezentuje ona zdolność akumulatora do dostarczania energii z daną szybkością, przy czym wyższe szybkości odpowiadają szybszemu rozładowaniu, a niższe szybkości odpowiadają wolniejszemu rozładowaniu. Pojemność rozładowania jest ważną cechą wydajności akumulatora, szczególnie w zastosowaniach wymagających dużej mocy wyjściowej, takich jak pojazdy elektryczne lub elektronarzędzia.

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

Każda krzywa na wykresie ilustruje wpływ rozładowywania 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 jest ważną właściwością baterii, która może wpływać na jej wydajność. Gdy bateria jest używana, przepływ prądu elektrycznego generuje ciepło w baterii ze względu na rezystancję, jaką zapewnia. Ciepło to może prowadzić do utraty energii i zmniejszenia ogólnej wydajności baterii. Większa rezystancja wewnętrzna oznacza również, że potrzeba więcej mocy, aby przepuścić tę samą ilość prądu przez baterię, co może prowadzić do spadku napięcia i zmniejszenia pojemności baterii.

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

Możemy zauważyć, że akumulatory kwasowo-ołowiowe mają bardzo wysoki opór wewnętrzny. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają wysoki opór wewnętrzny ze względu na swoją konstrukcję i chemię. Płytki wewnątrz akumulatora są wykonane z ołowiu, który ma stosunkowo niską przewodność w porównaniu do innych metali, takich jak miedź. Ponadto elektrolit stosowany w akumulatorach kwasowo-ołowiowych to rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego, który ma stosunkowo wysoką oporność w porównaniu do innych typów elektrolitów. Czynniki te przyczyniają się do ogólnego wysokiego oporu wewnętrznego akumulatorów kwasowo-ołowiowych, co może mieć wpływ na ich wydajność i efektywność.

Samorozładowanie jest kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność baterii. Nawet gdy bateria nie jest używana, stopniowo traci ładunek z powodu reakcji chemicznych zachodzących w baterii. Szybkość samorozładowania może się różnić w zależności od rodzaju i wieku baterii, a także innych czynników, takich jak temperatura i warunki przechowywania. Samorozładowanie może być problemem w przypadku urządzeń, które nie są często używane, ponieważ bateria może stracić ładunek, zanim będzie mogła być ponownie użyta. Może również zmniejszyć ogólną pojemność baterii z czasem, 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 wykazują znacznie niższy opór wewnętrzny i niższe samorozładowanie niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Te cechy przyczyniają się do wyższej pojemności i dłuższej żywotności akumulatorów LiFePO4.

Porównanie tolerancji temperaturowej

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

Narażenie baterii na temperatury spoza określonego zakresu może spowodować nieodwracalne uszkodzenie wewnętrznych podzespołów, co skutkuje zmniejszeniem pojemności, krótszą żywotnością, a nawet zagrożeniami bezpieczeństwa, takimi jak wyciek lub wybuch. Ogólnie rzecz biorąc, wysokie temperatury mogą przyspieszyć reakcje chemiczne w baterii, co prowadzi do szybszej degradacji i zmniejszenia wydajności, podczas gdy niskie temperatury mogą spowolnić reakcje chemiczne, co sprawia, że ​​bateria jest mniej wydajna i zmniejsza jej pojemność.

Dlatego przy wyborze i użytkowaniu baterii ważne jest, aby wziąć pod uwagę tolerancję temperatury konkretnego typu baterii i upewnić się, że jest ona używana w zalecanym zakresie temperatur. Może to pomóc wydłużyć żywotność baterii i utrzymać jej wydajność i bezpieczeństwo w czasie.

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℃10 protokół	13,03	13,13	13,19	13,19
25℃10 protokół	13,03	13,14	13,19	13,20
80℃10 protokół	13,01	13,11	13,19	13,20
25℃10 protokół	13,00	13,11	13,20	13,20
80℃10 protokół	12,58	13,09	13,20	13,20
25℃10 protokół	12,57	13,10	13,20	13,20

Akumulator LiFePO4 ma większą tolerancję temperatury niż akumulatory kwasowo-ołowiowe.

Test wodoodporności

Wodoodporność oznacza, że ​​akumulator jest zaprojektowany tak, aby był odporny na uszkodzenia spowodowane kontaktem z wodą lub innymi płynami.Wodoodporny akumulator jest mniej podatny na korozję, zwarcia lub inne problemy, które mogą potencjalnie go uszkodzić, gdy jest wystawiony na działanie wilgoci. Należy jednak pamiętać, że wodoodporne akumulatory nie są całkowicie odporne na uszkodzenia spowodowane wodą i nadal należy obchodzić się z nimi ostrożnie w wilgotnych środowiskach.

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

Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają słabą stabilność napięcia przed i po.

Pojemność cyklu wysokotemperaturowego

Cykle wysokotemperaturowe odnoszą się do wystawiania akumulatora na działanie temperatur przekraczających zalecany zakres roboczy przez dłuższy czas. Może to spowodować przyspieszone zużycie akumulatora, co skutkuje zmniejszeniem pojemności i krótszą żywotnością. Może to również zwiększyć ryzyko zagrożeń bezpieczeństwa, takich jak wycieki, pęcznienie, a nawet niekontrolowane zmiany temperatury. Teraz umieścimy akumulatory w temperaturze 55° (131°F), aby sprawdzić, jak działają.

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) wynoszącym 80% może wytrzymać do 300 cykli przy normalnym użytkowaniu, natomiast bateria LFP może wytrzymać do 4000 cykli.

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

Eksperymentuj z demontażem, aby zaobserwować strukturę wewnętrzną

Akumulator kwasowo-ołowiowy

Akumulator LA nie posiada praktycznie żadnej ochrony, zawór powietrza to po prostu gumowa tuleja, którą można łatwo usunąć, a pomiędzy poszczególnymi ogniwami nie ma żadnej ochrony.

Usunięcie niebieskiej gumowej tulei bezpośrednio odsłania wewnętrzny element biegunowy i elektrolit. Nie ma żadnej wewnętrznej ochrony.

Bateria LFP

Wewnątrz akumulatora LFP znajdują się strukturalne urządzenia zabezpieczające, takie jak płyty ochronne i pianka bawełniana, które spełniają różne funkcje, a wewnętrzna struktura pojedynczych ogniw ma zabezpieczenie przed zwarciem.

Wniosek

Podsumowując, akumulatory LiFePO4 są doskonałym wyborem do zasilania zastosowań morskich, takich jak silniki zaburtowe, pojazdy elektryczne, takie jak kampery, i systemy solarne. Oferują kilka zalet w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, w tym lekkość, dłuższą żywotność, szybsze ładowanie, lepszą wydajność, bezpieczeństwo i bezobsługową pracę. Chociaż początkowo mogą być droższe, ich lepsza wydajność i dłuższa żywotność sprawiają, że są bardziej opłacalną opcją w dłuższej perspektywie. Jeśli planujesz wymienić akumulator silnika zaburtowego lub kampera, inwestycja w akumulator LiFePO4 może być świetnym wyborem.