خصائص بطارية LiFePo4

بالمقارنة مع البطاريات الثانوية المائية التقليدية مثل بطاريات الرصاص والنيكل والهيدروجين والنيكل والكادميوم ، تتميز بطاريات LiFePO4 الليثيوم أيون بعمر دورة طويل وكثافة طاقة عالية وسلامة عالية للبطارية. أصبحت بطاريات LiFePO4 أكثر أنظمة البطاريات الواعدة بين أنظمة البطاريات المختلفة. لذلك ، يتم استخدام بطاريات LiFePO4 على نطاق واسع في إمدادات الطاقة للمركبات الكهربائية ، وتخزين الطاقة على نطاق واسع ، ومحطة قاعدة الاتصالات ، والدراجات الكهربائية ، ونظام الألواح الشمسية. تدرس هذه المقالة بشكل أساسي وتشرح بالتفصيل دورة الحياة وأداء الشحن والتفريغ عالي السرعة وسلامة الوخز بالإبر وكثافة طاقة الوزن لبطاريات الليثيوم أيون LiFePO4.

الوظائف ذات الصلة: صيانة المركبات الكهربائية لأشهر الطقس الحار

1. أداء دورة بطارية LiFePO4

باعتبارها أحد المكونات الرئيسية للسيارات الكهربائية ، تمثل البطاريات حوالي نصف تكلفة السيارات الكهربائية. لذلك ، فإن عمر البطارية يحدد بشكل مباشر تكلفة استخدام السيارات الكهربائية. نظرًا للخصائص الكيميائية المستقرة للمواد الإيجابية والسلبية لبطاريات LiFePO4 ، فإن حجم الشحن وتغير الجهد أثناء عملية التفريغ صغير جدًا ، وبالتالي فإن دورة الحياة طويلة جدًا. يوضح الشكل 1 أن بطارية ليثيوم أيون 20Ah 12v مشحونة بتيار من 1C إلى 3.65V ثم يتم تحويلها إلى جهد ثابت حتى ينخفض ​​التيار إلى 0.02C ؛ تيار التفريغ هو 1 درجة مئوية ، وعمر الدورة بشرط قطع التيار الكهربائي 2.0 فولت (عمق الشحن والتفريغ 100٪).

يوضح الشكل 1 أن السعة المتبقية للبطارية لا تزال أكثر من 80٪ من السعة الأولية بعد تجاوز الدورة 1600 مرة. على الرغم من أن التكلفة الحالية لبطاريات إمداد الطاقة LiFePo4 أعلى قليلاً من بطاريات الرصاص الحمضية ، فإن عمر البطارية الأطول سيقلل بشكل كبير من استخدام المركبات الكهربائية وتكاليف الصيانة.

2. أداء التفريغ بمعدلات مختلفة

نظرًا لأنه يمكن تفريغ بطاريات LiFePO4 بمعدلات مختلفة في التطبيقات العملية ، تقل سعة التفريغ بسرعة في بعض أنظمة البطاريات مع زيادة تيار التفريغ. لذلك ، لفهم أداء تفريغ بطاريات LiFePO4 بمعدلات عالية ، قم بتفريغ بطارية 20Ah LiFePO4 عند 0.5 درجة مئوية و 1 درجة مئوية و 3 درجة مئوية على التوالي. النتائج موضحة في الشكل 2.

يمكن أن نرى من الشكل 2 أنه عند زيادة تيار التفريغ من 0.5 درجة مئوية إلى 3 درجات مئوية ، تقل سعة تفريغ البطارية بشكل طفيف ، ولكن بنسبة أقل من 5٪ فقط ، مما يشير إلى أن بطارية فوسفات الحديد الليثيوم لا تزال جيدة بمعدلات عالية يعمل. في الوقت نفسه ، يمكن لمعدل التفريغ 3C أن يلبي احتياجات السيارات الكهربائية في ظل ظروف تفريغ عالية السرعة ، لذلك تتمتع السيارات الكهربائية بقدرات قوية على التسلق والتسارع.

اقرأ أيضًا: كيف تغير العقود الذكية طرق التعامل مع الأعمال؟

3. قوة شحن عالية

يمكن أن يتسبب أداء الشحن السريع للبطارية في استخدام المركبات الكهربائية لطرق الشحن في حالات الطوارئ في المواقف غير المتوقعة ، وهو أمر أكثر ملاءمة لاستخدام المركبات الكهربائية. يوضح الشكل 3 نتائج اختبار بطارية بسعة فعلية 20 آه مشحونة بتيار 3 درجة مئوية ، يصل إلى 3.65 فولت ، ثم تحول إلى شحن الجهد المستمر.

من الشكل 3 ، يمكن ملاحظة أن سعة البطارية تتغير خطيًا بمرور الوقت في المرحلة الأولية من الشحن. يمكن أن تصل سعة البطارية إلى 55٪ في 15 دقيقة ، و 90٪ في 25 دقيقة ، وأكثر من 95٪ في 30 دقيقة. يوضح هذا أنه يمكن شحن بطارية LiFePO4 بمعدل أعلى ، ويمكن شحن البطارية بالكامل في وقت قصير.

اقرأ أيضًا: أفضل 10 أدوات لاختبار A / B للمساعدة في زيادة عملك

4. سلامة بطاريات LiFePO4

مواد LiFePO4 مستقرة كيميائيًا جدًا ، وخاصة استقرار درجات الحرارة العالية جيد جدًا. حتى درجات الحرارة العالية جدًا لا يمكن أن تتحلل لإطلاق الأكسجين ، لذا فإن أداء أمان بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم جيد جدًا. ليس من السهل حرقها وانفجارها وغيرها من المخاطر.

بفضل التصميم الهيكلي الجيد ، تم تحسين السلامة بشكل أكبر بحيث لا تحترق البطارية أو تنفجر في حالة حدوث اصطدام أو عصا إبرة أو ماس كهربائي ، وما إلى ذلك. يوضح الشكل 4 حزمة بطارية LiFePO4 سعة 20 أمبير مشحونة بالكامل ، وهي عبارة عن فولاذ ثقب مسمار بقطر 8 مم حزمة البطارية بسرعة ، وتم تسجيل تغيرات الجهد ودرجة الحرارة لحزمة البطارية.

كما يتضح من الشكل 4 ، في بداية إدخال الظفر ، بسبب ماس كهربائي داخلي ، ينخفض ​​جهد البطارية بسرعة ، ويتم إطلاق قدر معين من الحرارة ، وترتفع درجة الحرارة.

ومع ذلك ، نظرًا لأن الفراغ الداخلي للبطارية ينخفض ​​بشكل كبير بعد الثقب ، فإن جزء التلامس ذي الدائرة القصيرة مشوه ، ويحدث اتصال ضعيف. لم تعد الحرارة تنبعث في هذه المرحلة ، لذلك يميل الجهد إلى الاستقرار ، وترتفع درجة حرارة البطارية قليلاً فقط.

5. كثافة طاقة البطارية LiFePO4

تعد كثافة الطاقة بالوزن مؤشرًا مهمًا لأداء البطارية. يوضح الشكل 5 أن فوسفات حديد الليثيوم 20Ah مشحون بالكامل ويتم تفريغه بمعدل 0.3 درجة مئوية إلى 2.0 فولت. يمكن دمج منحنى التفريغ للحصول على الطاقة الصادرة عن البطارية.

بعد الحساب المتكامل ، أطلقت بطارية فوسفات الحديد الليثيوم 20Ah 70.7 واط من الطاقة. يبلغ وزن البطارية 580 جرامًا ، لذلك يمكن حساب كثافة طاقة الوزن لبطارية فوسفات الحديد الليثيوم على أنها 121.90 واط / كجم.

اقرأ أيضًا: أفضل 10 فوائد لاستخدام مخطط بيرت لتخطيط المشروع

6. تفريغ بطارية LiFePo4 في درجات حرارة مختلفة

نظرًا للاختلافات الإقليمية الكبيرة في استخدام السيارات الكهربائية ، تتمتع بعض الأماكن بظروف مناخية منخفضة الحرارة في الشتاء ، وسيكون لدرجات الحرارة المنخفضة حتماً تأثير معين على أداء البطارية.

لذلك ، لفهم أداء تفريغ بطاريات LiFePO4 في درجات حرارة منخفضة ، سيكون الاختبار عبارة عن بطارية 20Ah LiFepP4 مخزنة في -20 ℃ و -10 ℃ و 0 و 25 و 55 لمدة 20 ساعة. ثم في هذه البيئة ذات درجة الحرارة المنخفضة عند 0.3 درجة مئوية ضعف معدل التفريغ (عند درجة حرارة الغرفة ، سعة تفريغ 0.3 درجة مئوية بنسبة 100٪). النتائج موضحة في الشكل 6.

يوضح الشكل 6 أن بطارية LiFePO4 يمكنها إطلاق حوالي 55٪ فقط من سعتها في درجة حرارة الغرفة عند -20 درجة مئوية ، لذلك قد تؤثر سلبًا على السيارات الكهربائية أثناء التشغيل. ومع ذلك ، فإن سعة التفريغ للبطارية الواحدة تنخفض بشكل أكبر مع انخفاض درجة الحرارة. عادة ما تجمع السيارات الكهربائية مئات البطاريات ، وعندما تعمل البطارية ، يتم إطلاق بعض الحرارة ، وتحتاج درجة حرارة البطارية إلى الارتفاع.

لذلك ، في حزم البطاريات في التطبيقات العملية ، فإن مشكلة التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة ليست خطيرة للغاية. أثناء الاختبار ، نظرًا لمساحة السطح المحددة الكبيرة المكشوفة لبطارية واحدة ، تكون درجة الحرارة مماثلة لدرجة الحرارة المحيطة ، وبالتالي تتأثر قدرة التفريغ بشكل كبير. في درجات الحرارة المرتفعة ، تكون بطاريات LiFePO4 أقل تأثراً. على سبيل المثال ، زادت سعة تفريغ البطارية عند 55 درجة مئوية بشكل طفيف مقارنة بـ 25 درجة مئوية.

يظهر البحث أعلاه أن بطارية فوسفات الحديد الليثيوم تتمتع بعمر طويل وأمان عالي وكثافة طاقة. في الوقت نفسه ، نظرًا لأن بطارية الليثيوم RV لا تستخدم الرصاص والكادميوم والزئبق والكروم سداسي التكافؤ والمعادن الثقيلة السامة الأخرى في عملية الإنتاج بأكملها ، فإن مواد تغليف البطاريات لا تحتوي على ثنائي الفينيل متعدد البروم وإيثرات ثنائي الفينيل متعدد البروم ، و LiFePO4 البطارية هي أيضًا أكثر ملاءمة للبيئة. لذلك ، سوف تجد بطارية فوسفات الحديد الليثيوم تطبيقًا أوسع في المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة الكيميائية على نطاق واسع.