Charakterystyka baterii LiFePo4

W porównaniu z tradycyjnymi wodnymi akumulatorami wtórnymi, takimi jak akumulatory ołowiowo-kwasowe, niklowo-wodorowe i niklowo-kadmowe, akumulatory litowo-jonowe LiFePO4 mają zalety długiego cyklu życia i wysokiej gęstości energii oraz wysokiego bezpieczeństwa baterii. Akumulatory LiFePO4 stały się najbardziej obiecującym systemem akumulatorów spośród różnych systemów akumulatorów. Dlatego akumulatory LiFePO4 są szeroko stosowane w zasilaniu pojazdów elektrycznych, magazynowaniu energii na dużą skalę, stacji bazowej komunikacji, rowerze elektrycznym i systemie paneli słonecznych. Ten artykuł dotyczy głównie cyklu życia, wydajności szybkiego ładowania i rozładowania, bezpieczeństwa akupunktury i gęstości energetycznej akumulatorów litowo-jonowych LiFePO4.

Powiązany post: Konserwacja pojazdów elektrycznych w miesiącach upałów

1. Wydajność cyklu akumulatora LiFePO4

Jako jeden z kluczowych elementów pojazdów elektrycznych, akumulatory stanowią około połowy kosztów pojazdów elektrycznych. Dlatego żywotność baterii bezpośrednio determinuje koszt użytkowania pojazdów elektrycznych. Ze względu na stabilne właściwości chemiczne dodatnich i ujemnych materiałów akumulatorów LiFePO4, objętość ładunku i zmiana napięcia podczas procesu rozładowania są bardzo małe, więc cykl życia jest bardzo długi. Rysunek 1 pokazuje, że akumulator litowo-jonowy 20 Ah 12 V jest ładowany prądem od 1 C do 3,65 V, a następnie przetwarzany na stałe napięcie, aż prąd spadnie do 0,02 C; prąd rozładowania wynosi 1C, cykl życia pod warunkiem napięcia odcięcia 2,0 V (głębokość ładowania i rozładowania 100%).

Rysunek 1 pokazuje, że pozostała pojemność baterii nadal przekracza 80% pojemności początkowej po przekroczeniu cyklu 1600 razy. Chociaż obecny koszt akumulatorów LiFePo4 jest nieco wyższy niż akumulatorów kwasowo-ołowiowych, dłuższa żywotność akumulatorów znacznie obniży koszty użytkowania i konserwacji pojazdów elektrycznych.

2. Wydajność rozładowania przy różnych szybkościach

Ponieważ akumulatory LiFePO4 mogą być rozładowywane z różną szybkością w praktycznych zastosowaniach, pojemność rozładowania w niektórych systemach akumulatorów gwałtownie spada wraz ze wzrostem prądu rozładowania. Dlatego, aby zrozumieć wydajność rozładowywania akumulatorów LiFePO4 przy dużych prędkościach, należy rozładować akumulator 20 Ah LiFePO4 odpowiednio w temperaturze 0,5°C, 1°C i 3°C. Wyniki przedstawiono na rycinie 2.

Na rysunku 2 widać, że gdy prąd rozładowania wzrasta z 0,5°C do 3°C, pojemność rozładowania akumulatora nieznacznie spada, ale tylko o mniej niż 5%, co sugeruje, że akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy jest nadal dobry przy dużych prędkościach działa. Jednocześnie szybkość rozładowania 3C może zaspokoić potrzeby pojazdów elektrycznych w warunkach rozładowania o dużej szybkości, więc pojazdy elektryczne mają duże możliwości wznoszenia i przyspieszania.

Przeczytaj także: Jak inteligentne kontrakty zmieniają sposoby prowadzenia biznesu?

3. Wysoka moc ładowania

Szybkie ładowanie akumulatora może spowodować, że pojazdy elektryczne będą korzystać z metod ładowania awaryjnego w nieoczekiwanych sytuacjach, co jest wygodniejsze w przypadku pojazdów elektrycznych. Na rysunku 3 przedstawiono wyniki badań akumulatora o rzeczywistej pojemności 20 Ah, naładowanego prądem 3 C, osiągając napięcie 3,65 V, a następnie przełączonego na ładowanie stałonapięciowe.

Z rysunku 3 widać, że pojemność akumulatora zmienia się liniowo w czasie w początkowej fazie ładowania. Może osiągnąć 55% pojemności baterii w 15 minut, 90% w 25 minut i ponad 95% w 30 minut. To pokazuje, że akumulator LiFePO4 można ładować z większą szybkością, a akumulator można w pełni naładować w krótkim czasie.

Przeczytaj także: 10 najlepszych narzędzi do testowania A/B, które pomogą rozwinąć Twój biznes

4. Bezpieczeństwo akumulatorów LiFePO4

Materiały LiFePO4 są bardzo stabilne chemicznie, szczególnie stabilność w wysokich temperaturach jest bardzo dobra. Nawet bardzo wysokie temperatury nie mogą ulec rozkładowi w celu uwolnienia tlenu, więc bezpieczeństwo akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych jest bardzo dobre. Nie są łatwe do spalenia i wybuchu oraz innych zagrożeń.

Dzięki dobremu projektowi konstrukcyjnemu bezpieczeństwo zostało jeszcze bardziej ulepszone, dzięki czemu akumulator nie pali się ani nie eksploduje w przypadku uderzenia, zakłucia igłą, zwarcia itp. Rysunek 4 przedstawia w pełni naładowany akumulator LiFePO4 20 Ah, stalowy gwóźdź o średnicy 8 mm szybko przebijał akumulator i rejestrowano zmiany napięcia i temperatury akumulatora.

Jak widać na rysunku 4, na początku wbijania gwoździa, w wyniku wewnętrznego zwarcia, napięcie akumulatora gwałtownie spada, wydziela się pewna ilość ciepła, a temperatura wzrasta.

Jednakże, ponieważ wewnętrzne podciśnienie akumulatora znacznie spada po przebiciu, część styku zwarciowego jest zdeformowana i dochodzi do słabego styku. Ciepło nie jest już emitowane w tym momencie, więc napięcie ma tendencję do stabilizacji, a temperatura akumulatora wzrasta tylko nieznacznie.

5. Gęstość energii akumulatora LiFePO4

Gęstość energetyczna masy jest ważnym wskaźnikiem wydajności baterii. Rysunek 5 pokazuje, że fosforan litowo-żelazowy 20 Ah jest w pełni naładowany i rozładowany z szybkością 0,3 C do 2,0 V. Krzywą rozładowania można zintegrować, aby uzyskać energię uwalnianą przez akumulator.

Po całkowitym obliczeniu akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy o pojemności 20 Ah uwolnił 70,7 Wh energii. Waga akumulatora wynosi 580 g, więc gęstość energii akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego można obliczyć jako 121,90 Wh/kg.

Przeczytaj także: 10 najlepszych korzyści z używania wykresu PERT do planowania projektów

6. Rozładowanie akumulatora LiFePo4 w różnych temperaturach

Ze względu na duże różnice regionalne w korzystaniu z pojazdów elektrycznych w niektórych miejscach zimą panują niskie temperatury, a niska temperatura nieuchronnie będzie miała pewien wpływ na wydajność akumulatorów.

Dlatego, aby zrozumieć wydajność rozładowania akumulatorów LiFePO4 w niskich temperaturach, testem będzie akumulator 20 Ah LiFepP4 przechowywany w temperaturach -20 ℃, -10 ℃, 0 ℃, 25 ℃ i 55 ℃ przez 20 godzin. Następnie w tym środowisku o niskiej temperaturze przy 0,3 ° C razy szybkość rozładowania (w temperaturze pokojowej, 0,3 ° C pojemność rozładowania 100%). Wyniki przedstawiono na rycinie 6.

Rysunek 6 pokazuje, że akumulator LiFePO4 może uwolnić tylko około 55% swojej pojemności w temperaturze pokojowej przy -20°C, więc może niekorzystnie wpływać na pojazdy elektryczne podczas pracy. Jednak pojemność rozładowania pojedynczego akumulatora spada bardziej wraz ze spadkiem temperatury. Pojazdy elektryczne zwykle składają się z setek akumulatorów, a gdy akumulator pracuje, wydziela się trochę ciepła, a temperatura akumulatora musi wzrosnąć.

Dlatego w pakietach akumulatorów w praktycznych zastosowaniach problem rozładowania w niskiej temperaturze nie jest bardzo poważny. Podczas testu, ze względu na dużą odsłoniętą powierzchnię właściwą pojedynczego akumulatora, temperatura jest taka sama jak temperatura otoczenia, co znacznie wpływa na pojemność rozładowania. W wyższych temperaturach akumulatory LiFePO4 są mniej podatne na uszkodzenia. Na przykład pojemność rozładowania akumulatora w temperaturze 55°C jest nieco większa niż w temperaturze 25°C.

Powyższe badania pokazują, że bateria litowo-żelazowo-fosforanowa ma długą żywotność, wysokie bezpieczeństwo i gęstość energii. Jednocześnie, ponieważ bateria litowa RV nie wykorzystuje ołowiu, kadmu, rtęci, sześciowartościowego chromu i innych toksycznych metali ciężkich w całym procesie produkcyjnym, materiały opakowaniowe baterii nie zawierają polibromowanych bifenyli i polibromowanych eterów difenylowych, a LiFePO4 bateria jest również bardziej przyjazna dla środowiska. Dlatego akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy znajdzie szersze zastosowanie w pojazdach elektrycznych i wielkoskalowym magazynowaniu energii chemicznej.