Características de la batería LiFePo4

En comparación con las baterías secundarias acuosas tradicionales, como las baterías de plomo-ácido, níquel-hidrógeno y níquel-cadmio, las baterías de iones de litio LiFePO4 tienen las ventajas de un ciclo de vida prolongado, una alta densidad de energía y una alta seguridad de la batería. Las baterías LiFePO4 se han convertido en el sistema de baterías más prometedor entre los diversos sistemas de baterías. Por lo tanto, las baterías LiFePO4 se utilizan ampliamente en el suministro de energía de vehículos eléctricos, almacenamiento de energía a gran escala, estaciones base de comunicación, bicicletas eléctricas y sistemas de paneles solares. Este artículo estudia y profundiza principalmente en el ciclo de vida, el rendimiento de carga y descarga a alta velocidad, la seguridad de la acupuntura y la densidad de energía por peso de las baterías de iones de litio LiFePO4.

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1. Rendimiento del ciclo de la batería LiFePO4

Como uno de los componentes clave de los vehículos eléctricos, las baterías representan aproximadamente la mitad del costo de los vehículos eléctricos. Por lo tanto, la duración de la batería determina directamente el costo del uso de vehículos eléctricos. Debido a las propiedades químicas estables de los materiales positivos y negativos de las baterías LiFePO4, el volumen de carga y el cambio de voltaje durante el proceso de descarga son muy pequeños, por lo que el ciclo de vida es muy largo. La Figura 1 muestra que una batería de iones de litio de 20Ah y 12v se carga con una corriente de 1C a 3,65V y luego se convierte a un voltaje constante hasta que la corriente cae a 0,02C; la corriente de descarga es 1C, el ciclo de vida bajo la condición de voltaje de corte de 2.0V (profundidad de carga y descarga 100%).

La figura 1 muestra que la capacidad restante de la batería sigue siendo más del 80 % de la capacidad inicial después de que el ciclo supera las 1600 veces. Aunque el costo actual de las baterías de fuente de alimentación LiFePo4 es ligeramente más alto que el de las baterías de plomo-ácido, la mayor duración de la batería reducirá significativamente el uso de vehículos eléctricos y los costos de mantenimiento.

2. Rendimiento de descarga a diferentes velocidades

Dado que las baterías LiFePO4 se pueden descargar a diferentes velocidades en aplicaciones prácticas, la capacidad de descarga disminuye rápidamente en algunos sistemas de baterías a medida que aumenta la corriente de descarga. Por lo tanto, para comprender el rendimiento de descarga de las baterías LiFePO4 a altas velocidades, descargue la batería LiFePO4 de 20 Ah a 0,5 C, 1 C y 3 C, respectivamente. Los resultados se muestran en la Figura 2.

En la Figura 2 se puede ver que cuando la corriente de descarga aumenta de 0,5 C a 3 C, la capacidad de descarga de la batería disminuye ligeramente, pero solo menos del 5 %, lo que sugiere que la batería de fosfato de hierro y litio sigue siendo buena a velocidades altas. está trabajando. Al mismo tiempo, la tasa de descarga 3C puede satisfacer las necesidades de los vehículos eléctricos en condiciones de descarga de alta tasa, por lo que los vehículos eléctricos tienen una gran capacidad de ascenso y aceleración.

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3. Alta potencia de carga

El rendimiento de carga rápida de la batería puede hacer que los vehículos eléctricos utilicen métodos de carga de emergencia en situaciones inesperadas, lo que es más conveniente para el uso de vehículos eléctricos. La Figura 3 muestra los resultados de la prueba de una batería con una capacidad real de 20 Ah cargada con una corriente de 3 C, alcanzando 3,65 V, y luego cambiada a carga de voltaje constante.

En la Figura 3, se puede ver que la capacidad de la batería cambia linealmente con el tiempo en la fase inicial de carga. Puede alcanzar el 55 % de la capacidad de la batería en 15 minutos, el 90 % en 25 minutos y más del 95 % en 30 minutos. Esto muestra que la batería LiFePO4 se puede cargar a un ritmo más alto y la batería se puede cargar por completo en poco tiempo.

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4. La seguridad de las baterías LiFePO4

Los materiales LiFePO4 son químicamente muy estables, especialmente la estabilidad a altas temperaturas es muy buena. Incluso las temperaturas muy altas no se pueden descomponer para liberar oxígeno, por lo que el rendimiento de seguridad de las baterías de fosfato de hierro y litio es muy bueno. No son fáciles de quemar y explotar y otros peligros.

Con un buen diseño estructural, se ha mejorado aún más la seguridad para que la batería no se queme ni explote en caso de impacto, pinchazo de aguja, cortocircuito, etc. El clavo de 8 mm de diámetro perforó rápidamente el paquete de baterías y se registraron los cambios de voltaje y temperatura del paquete de baterías.

Como se ve en la Figura 4, al comienzo de la inserción del clavo, debido al cortocircuito interno, el voltaje de la batería cae rápidamente, se libera una cierta cantidad de calor y la temperatura aumenta.

Sin embargo, dado que el vacío interno de la batería cae significativamente después de la perforación, la parte de contacto de cortocircuito se deforma y se produce un mal contacto. Ya no se emite calor en este punto, por lo que el voltaje tiende a estabilizarse y la temperatura de la batería aumenta solo un poco.

5. Densidad de energía de la batería LiFePO4

La densidad de energía del peso es un indicador importante del rendimiento de la batería. La figura 5 muestra que un fosfato de hierro y litio de 20 Ah está completamente cargado y una tasa de 0,3 C descargada a 2,0 V. La curva de descarga se puede integrar para obtener la energía liberada por la batería.

Después del cálculo integral, la batería de fosfato de hierro y litio de 20 Ah liberó 70,7 Wh de energía. El peso de la batería es de 580 g, por lo que la densidad de energía del peso de la batería de fosfato de hierro y litio se puede calcular como 121,90 Wh/kg.

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6. Descarga de la batería LiFePo4 a diferentes temperaturas

Debido a las grandes diferencias regionales en el uso de vehículos eléctricos, algunos lugares tienen condiciones climáticas de baja temperatura en invierno, y la baja temperatura inevitablemente tendrá un cierto impacto en el rendimiento de la batería.

Por lo tanto, para comprender el rendimiento de descarga de las baterías LiFePO4 a bajas temperaturas, la prueba será una batería LiFepP4 de 20 Ah almacenada a -20 ℃, -10 ℃, 0 ℃, 25 ℃ y 55 ℃ durante 20 horas. Luego, en este entorno de baja temperatura a 0,3 °C multiplicado por la tasa de descarga (a temperatura ambiente, 0,3 °C de capacidad de descarga del 100%). Los resultados se muestran en la Figura 6.

La figura 6 muestra que la batería LiFePO4 solo puede liberar alrededor del 55 % de su capacidad a temperatura ambiente a -20 °C, por lo que puede afectar negativamente a los vehículos eléctricos durante su funcionamiento. Sin embargo, la capacidad de descarga de una sola batería disminuye más a medida que baja la temperatura. Los vehículos eléctricos generalmente combinan cientos de baterías, y cuando la batería está funcionando, se libera algo de calor y la temperatura de la batería debe aumentar.

Por lo tanto, en paquetes de baterías en aplicaciones prácticas, el problema de descarga a baja temperatura no es muy serio. Durante la prueba, debido a la gran área de superficie específica expuesta de una sola batería, la temperatura es la misma que la temperatura ambiente, por lo que la capacidad de descarga se ve muy afectada. A temperaturas más altas, las baterías LiFePO4 se ven menos afectadas. Por ejemplo, la capacidad de descarga de la batería a 55 °C aumenta ligeramente en comparación con 25 °C.

La investigación anterior muestra que la batería de fosfato de hierro y litio tiene una larga vida útil, alta seguridad y densidad de energía. Al mismo tiempo, dado que la batería de litio para vehículos recreativos no utiliza plomo, cadmio, mercurio, cromo hexavalente ni otros metales pesados ​​tóxicos en todo el proceso de producción, los materiales de embalaje de la batería no contienen bifenilos polibromados ni éteres de difenilo polibromados, y el LiFePO4 La batería también es más respetuosa con el medio ambiente. Por lo tanto, la batería de fosfato de hierro y litio encontrará una aplicación más amplia en vehículos eléctricos y almacenamiento de energía química a gran escala.