Eigenschaften der LiFePo4-Batterie

Im Vergleich zu herkömmlichen wässrigen Sekundärbatterien wie Blei-Säure-, Nickel-Wasserstoff- und Nickel-Cadmium-Batterien haben LiFePO4-Lithium-Ionen-Batterien die Vorteile einer langen Lebensdauer und einer hohen Energiedichte sowie einer hohen Batteriesicherheit. Unter den verschiedenen Batteriesystemen haben sich LiFePO4-Batterien zum vielversprechendsten Batteriesystem entwickelt. Daher werden LiFePO4-Batterien häufig in der Stromversorgung von Elektrofahrzeugen, in großen Energiespeichern, Kommunikationsbasisstationen, Elektrofahrrädern und Sonnenkollektorsystemen eingesetzt. Dieser Artikel untersucht und erläutert hauptsächlich die Zykluslebensdauer, die Hochgeschwindigkeits-Lade-/Entladeleistung, die Akupunktursicherheit und die Gewichtsenergiedichte von LiFePO4-Lithium-Ionen-Batterien.

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1. Zyklusleistung der LiFePO4-Batterie

Als eine der Schlüsselkomponenten von Elektrofahrzeugen machen Batterien etwa die Hälfte der Kosten von Elektrofahrzeugen aus. Daher bestimmt die Batterielebensdauer direkt die Kosten für die Nutzung von Elektrofahrzeugen. Aufgrund der stabilen chemischen Eigenschaften der positiven und negativen Materialien von LiFePO4-Batterien ist das Ladungsvolumen und die Spannungsänderung während des Entladevorgangs sehr gering, sodass die Zyklenlebensdauer sehr lang ist. Abbildung 1 zeigt, dass eine 20 Ah 12 V Lithium-Ionen-Batterie mit einem Strom von 1 C bis 3,65 V geladen und dann in eine konstante Spannung umgewandelt wird, bis der Strom auf 0,02 C abfällt; Der Entladestrom beträgt 1C, die Lebensdauer unter der Bedingung der Abschaltspannung von 2,0 V (Lade- und Entladetiefe 100%).

Abbildung 1 zeigt, dass die verbleibende Kapazität der Batterie nach mehr als 1600 Zyklen immer noch mehr als 80 % der Anfangskapazität beträgt. Obwohl die aktuellen Kosten für LiFePo4-Batterien zur Stromversorgung etwas höher sind als für Blei-Säure-Batterien, werden die Nutzungs- und Wartungskosten von Elektrofahrzeugen durch die längere Batterielebensdauer erheblich gesenkt.

2. Entladeleistung mit unterschiedlichen Raten

Da LiFePO4-Batterien in der Praxis unterschiedlich schnell entladen werden können, nimmt bei manchen Batteriesystemen mit zunehmendem Entladestrom die Entladekapazität schnell ab. Um die Entladeleistung von LiFePO4-Akkus bei hohen Raten zu verstehen, entladen Sie daher den 20-Ah-LiFePO4-Akku bei 0,5 °C, 1 °C bzw. 3 °C. Die Ergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt.

Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass bei Erhöhung des Entladestroms von 0,5 C auf 3 C die Entladekapazität der Batterie leicht abnimmt, jedoch nur um weniger als 5 %, was darauf hindeutet, dass die Lithium-Eisenphosphat-Batterie bei hohen Raten immer noch gut ist funktioniert. Gleichzeitig kann die 3C-Entladerate die Anforderungen von Elektrofahrzeugen unter Bedingungen mit hoher Entladerate erfüllen, sodass Elektrofahrzeuge über starke Steig- und Beschleunigungsfähigkeiten verfügen.

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3. Hohe Ladeleistung

Die schnelle Ladeleistung der Batterie kann dazu führen, dass Elektrofahrzeuge in unerwarteten Situationen Notlademethoden verwenden, was für die Verwendung mit Elektrofahrzeugen bequemer ist. Abbildung 3 zeigt die Testergebnisse einer Batterie mit einer tatsächlichen Kapazität von 20 Ah, die mit einem Strom von 3 C geladen wurde, 3,65 V erreichte und dann auf Konstantspannungsladung umgeschaltet wurde.

Aus Bild 3 ist ersichtlich, dass sich die Kapazität der Batterie in der Anfangsphase des Ladevorgangs linear mit der Zeit ändert. Es kann 55 % Akkukapazität in 15 Minuten, 90 % in 25 Minuten und mehr als 95 % in 30 Minuten erreichen. Dies zeigt, dass die LiFePO4-Batterie mit einer höheren Rate aufgeladen werden kann und die Batterie in kurzer Zeit vollständig aufgeladen werden kann.

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4. Die Sicherheit von LiFePO4-Batterien

LiFePO4-Materialien sind chemisch sehr stabil, insbesondere ist die Hochtemperaturstabilität sehr gut. Selbst sehr hohe Temperaturen können nicht unter Freisetzung von Sauerstoff zersetzt werden, daher ist die Sicherheitsleistung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien sehr gut. Sie sind nicht leicht zu brennen und zu explodieren und andere Gefahren.

Durch ein gutes konstruktives Design wurde die Sicherheit weiter verbessert, sodass der Akku bei einem Aufprall, Nadelstich, Kurzschluss usw. nicht durchbrennt oder explodiert Ein Nagel mit 8 mm Durchmesser durchbohrte schnell das Batteriepaket, und die Spannungs- und Temperaturänderungen des Batteriepakets wurden aufgezeichnet.

Wie aus Abbildung 4 ersichtlich, fällt zu Beginn der Nagelinsertion aufgrund des internen Kurzschlusses die Batteriespannung schnell ab, eine gewisse Wärmemenge wird freigesetzt und die Temperatur steigt an.

Da jedoch das Innenvakuum der Batterie nach dem Durchbohren erheblich abfällt, wird das Kurzschlusskontaktteil verformt und es tritt ein schlechter Kontakt auf. An dieser Stelle wird keine Wärme mehr abgegeben, sodass sich die Spannung tendenziell stabilisiert und die Batterietemperatur nur noch geringfügig ansteigt.

5. Energiedichte der LiFePO4-Batterie

Die Gewichtsenergiedichte ist ein wichtiger Indikator für die Batterieleistung. Abbildung 5 zeigt, dass ein 20-Ah-Lithium-Eisenphosphat vollständig geladen und mit einer Rate von 0,3 C auf 2,0 V entladen wird. Die Entladekurve kann integriert werden, um die von der Batterie freigesetzte Energie zu erhalten.

Nach der integralen Berechnung gab der 20Ah Lithium-Eisenphosphat-Akku 70,7 Wh Energie ab. Das Gewicht der Batterie beträgt 580 g, sodass die Gewichtsenergiedichte der Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit 121,90 Wh/kg berechnet werden kann.

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6. Entladung des LiFePo4-Akkus bei unterschiedlichen Temperaturen

Aufgrund der großen regionalen Unterschiede in der Nutzung von Elektrofahrzeugen herrschen im Winter mancherorts kältere Witterungsverhältnisse, die zwangsläufig einen gewissen Einfluss auf die Batterieleistung haben.

Um die Entladeleistung von LiFePO4-Batterien bei niedrigen Temperaturen zu verstehen, wird der Test daher mit einer 20-Ah-LiFepP4-Batterie durchgeführt, die 20 Stunden lang bei -20 ℃, -10 ℃, 0 ℃, 25 ℃ und 55 ℃ gelagert wird. Dann in dieser Umgebung mit niedriger Temperatur bei 0,3 °C mal die Entladungsrate (bei Raumtemperatur, 0,3 °C Entladungskapazität von 100 %). Die Ergebnisse sind in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6 zeigt, dass die LiFePO4-Batterie bei Raumtemperatur und -20 °C nur etwa 55 % ihrer Kapazität freisetzen kann und somit Elektrofahrzeuge im Betrieb beeinträchtigen kann. Die Entladekapazität einer einzelnen Batterie nimmt jedoch stärker ab, wenn die Temperatur abnimmt. Elektrofahrzeuge kombinieren normalerweise Hunderte von Batterien, und wenn die Batterie läuft, wird etwas Wärme freigesetzt, und die Temperatur der Batterie muss steigen.

Daher ist das Tieftemperatur-Entladungsproblem bei Batteriepaketen in praktischen Anwendungen nicht sehr ernst. Während des Tests entspricht die Temperatur aufgrund der großen exponierten spezifischen Oberfläche einer einzelnen Batterie der Umgebungstemperatur, sodass die Entladekapazität stark beeinflusst wird. Bei höheren Temperaturen werden LiFePO4-Akkus weniger beeinträchtigt. Beispielsweise ist die Entladekapazität der Batterie bei 55°C im Vergleich zu 25°C leicht erhöht.

Die obige Untersuchung zeigt, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine lange Lebensdauer, hohe Sicherheit und Energiedichte aufweisen. Da die Lithiumbatterie für Wohnmobile im gesamten Produktionsprozess kein Blei, Cadmium, Quecksilber, sechswertiges Chrom und andere giftige Schwermetalle verwendet, enthalten die Batterieverpackungsmaterialien gleichzeitig keine polybromierten Biphenyle und polybromierten Diphenylether sowie LiFePO4 Batterie ist auch umweltfreundlicher. Daher wird die Lithium-Eisenphosphat-Batterie eine breitere Anwendung in Elektrofahrzeugen und in großtechnischen chemischen Energiespeichern finden.