LiFePo4 バッテリーの特徴

鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの従来の水系二次電池と比較して、LiFePO4 リチウムイオン電池は、サイクル寿命が長く、エネルギー密度が高く、電池の安全性が高いという利点があります。 LiFePO4 電池は、さまざまな電池システムの中で最も有望な電池システムになりました。 そのため、LiFePO4 バッテリーは、電気自動車の電源、大規模なエネルギー貯蔵、通信基地局、電動自転車、およびソーラー パネル システムで広く使用されています。 この記事では主に、LiFePO4 リチウム イオン電池のサイクル寿命、高速充放電性能、鍼治療の安全性、および重量エネルギー密度について研究し、詳しく説明します。

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1. LiFePO4電池のサイクル性能

電気自動車の主要コンポーネントの 1 つとして、バッテリーは電気自動車のコストの約半分を占めています。 したがって、バッテリーの寿命は、電気自動車の使用コストを直接決定します。 LiFePO4 バッテリーの正極材料と負極材料の化学的特性が安定しているため、放電プロセス中の充電量と電圧の変化が非常に小さいため、サイクル寿命が非常に長くなります。 図 1 は、20Ah 12v リチウム イオン バッテリーが 1C の電流で 3.65V まで充電され、電流が 0.02C に低下するまで定電圧に変換されることを示しています。 放電電流は1C、カットオフ電圧2.0Vの条件下でのサイクル寿命（充電および放電深度100％）です。

図 1 は、サイクルが 1600 回を超えた後でも、バッテリの残存容量が初期容量の 80% 以上であることを示しています。 LiFePo4電源バッテリーの現在のコストは鉛酸バッテリーよりもわずかに高いですが、バッテリー寿命が長いため、EVの使用とメンテナンスのコストが大幅に削減されます。

2. 異なるレートでの放電性能

LiFePO4 バッテリは、実際のアプリケーションではさまざまな速度で放電できるため、放電電流が増加すると、一部のバッテリ システムでは放電容量が急速に減少します。 したがって、高レートでの LiFePO4 バッテリーの放電性能を理解するには、20Ah LiFePO4 バッテリーをそれぞれ 0.5C、1C、および 3C で放電してください。 結果を図 2 に示します。

図 2 からわかるように、放電電流が 0.5C から 3C に増加すると、バッテリーの放電容量はわずかに減少しますが、5% 未満であり、リン酸鉄リチウム バッテリーが高率でも良好であることを示唆しています。は働いている。 同時に、3C放電率は高率放電条件下で電気自動車のニーズを満たすことができるため、電気自動車は強力な上昇と加速能力を備えています。

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3.高い充電電力

バッテリーの急速充電性能により、EV は予期しない状況で緊急充電方法を使用することができ、EV の使用により便利になります。 図3は、実容量20Ahの電池を3Cの電流で充電し、3.65Vに達した後、定電圧充電に切り替えた試験結果です。

図 3 から、充電の初期段階では、バッテリの容量が時間とともに直線的に変化することがわかります。 15 分で 55%、25 分で 90%、30 分で 95% 以上のバッテリー容量に達することができます。 これは、LiFePO4 バッテリーの方が高速で充電でき、バッテリーを短時間で完全に充電できることを示しています。

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4. LiFePO4 電池の安全性

LiFePO4 材料は化学的に非常に安定しており、特に高温安定性が非常に優れています。 非常に高温でも分解して酸素を放出することはできないため、リン酸鉄リチウム電池の安全性能は非常に優れています。 それらは燃えやすく、爆発しやすく、その他の危険性もありません。

優れた構造設計により、安全性がさらに向上し、衝撃、針刺し、短絡などの場合にバッテリーが燃焼または爆発することはありません。図 4 は、完全に充電された 20Ah LiFePO4 バッテリー パックを示しています。直径8mmの釘を素早くバッテリーパックに突き刺し、バッテリーパックの電圧と温度の変化を記録しました。

図4からわかるように、釘刺し当初は内部短絡により電池電圧が急激に低下し、一定量の熱が放出され、温度が上昇します。

しかし、電池内部の真空度が貫通後に大きく低下するため、短絡接点部が変形し、接触不良が発生します。 この時点で熱が放出されなくなるため、電圧が安定しやすくなり、バッテリー温度の上昇はわずかになります。

5. LiFePO4 電池のエネルギー密度

重量エネルギー密度は、バッテリー性能の重要な指標です。 図 5 は、20Ah リン酸鉄リチウムが完全に充電され、0.3C レートで 2.0V まで放電されることを示しています。 放電曲線を積分して、バッテリーから放出されるエネルギーを得ることができます。

積分計算の後、20Ah リン酸鉄リチウム電池は 70.7 Wh のエネルギーを放出しました。 バッテリーの重量は580gなので、リン酸鉄リチウムバッテリーの重量エネルギー密度は121.90Wh/kgと計算できます。

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6. さまざまな温度での LiFePo4 バッテリーの放電

電気自動車の使用には地域差が大きいため、場所によっては冬季に低温の気象条件があり、低温は必然的にバッテリーの性能に一定の影響を与えます。

したがって、LiFePO4 バッテリーの低温での放電性能を理解するために、テストは 20Ah LiFepP4 バッテリーを -20℃、-10℃、0℃、25℃、および 55℃ で 20 時間保管したものになります。 次に、この低温環境下で 0.3 °C 倍の放電率 (室温、0.3 °C での放電容量 100%)。 結果を図 6 に示します。

図 6 は、LiFePO4 バッテリーが室温 -20°C でその容量の約 55% しか解放できないことを示しているため、動作中に電気自動車に悪影響を与える可能性があります。 ただし、単電池の放電容量は温度が下がるほど低下します。 通常、電気自動車は数百個のバッテリーを組み合わせており、バッテリーが作動すると熱が放出され、バッテリーの温度が上昇する必要があります。

したがって、実際のアプリケーションのバッテリーパックでは、低温放電の問題はそれほど深刻ではありません。 テスト中、単一のバッテリーの露出比表面積が大きいため、温度は周囲温度と同じであるため、放電容量に大きな影響を与えます。 高温では、LiFePO4 バッテリーは影響を受けにくくなります。 たとえば、55°C でのバッテリーの放電容量は、25°C に比べてわずかに増加します。

上記の研究は、リン酸鉄リチウム電池が長寿命で、安全性が高く、エネルギー密度が高いことを示しています。 同時に、リチウム RV バッテリーは製造プロセス全体で鉛、カドミウム、水銀、六価クロム、およびその他の有毒な重金属を使用しないため、バッテリーの包装材料にはポリ臭化ビフェニルおよびポリ臭化ジフェニル エーテルが含まれておらず、LiFePO4バッテリーもより環境に優しいです。 したがって、リン酸鉄リチウム電池は、電気自動車や大規模な化学エネルギー貯蔵でより広い用途を見つけるでしょう。