ลักษณะของแบตเตอรี่ LiFePo4

เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่สำรองที่มีน้ำแบบดั้งเดิม เช่น แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด นิกเกิล-ไฮโดรเจน และนิกเกิล-แคดเมียม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน LiFePO4 มีข้อดีของวงจรชีวิตที่ยาวนานและความหนาแน่นของพลังงานสูง และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ที่สูง แบตเตอรี่ LiFePO4 ได้กลายเป็นระบบแบตเตอรี่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในบรรดาระบบแบตเตอรี่ต่างๆ ดังนั้น แบตเตอรี่ LiFePO4 จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแหล่งจ่ายไฟของรถยนต์ไฟฟ้า ที่เก็บพลังงานขนาดใหญ่ สถานีฐานการสื่อสาร รถจักรยานไฟฟ้า และระบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์ บทความนี้ส่วนใหญ่ศึกษาและอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับวงจรชีวิต ประสิทธิภาพการปล่อยประจุด้วยความเร็วสูง ความปลอดภัยในการฝังเข็ม และความหนาแน่นของพลังงานตามน้ำหนักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน LiFePO4

โพสต์ที่เกี่ยวข้อง: การบำรุงรักษารถยนต์ไฟฟ้าสำหรับเดือนที่อากาศร้อน

1. ประสิทธิภาพของวงจรแบตเตอรี่ LiFePO4

ในฐานะที่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของรถยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของต้นทุนรถยนต์ไฟฟ้า ดังนั้นอายุการใช้งานของแบตเตอรี่จึงเป็นตัวกำหนดต้นทุนของการใช้รถยนต์ไฟฟ้าโดยตรง เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรของวัสดุบวกและลบของแบตเตอรี่ LiFePO4 ปริมาณประจุและการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าระหว่างกระบวนการคายประจุจึงน้อยมาก ดังนั้นวงจรชีวิตจึงยาวนานมาก รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 20Ah 12v ถูกชาร์จด้วยกระแส 1C ถึง 3.65V จากนั้นแปลงเป็นแรงดันคงที่จนกว่ากระแสไฟจะลดลงเหลือ 0.02C; กระแสคายประจุคือ 1C วงจรชีวิตภายใต้เงื่อนไขของแรงดันไฟตัดที่ 2.0V (ความลึกของการชาร์จและการคายประจุ 100%)

รูปที่ 1 แสดงว่าความจุที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่ยังคงมากกว่า 80% ของความจุเริ่มต้นหลังจากรอบเกิน 1600 ครั้ง แม้ว่าค่าใช้จ่ายปัจจุบันของแบตเตอรี่แหล่งจ่ายไฟ LiFePo4 จะสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเล็กน้อย แต่อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้นจะช่วยลดการใช้ EV และค่าบำรุงรักษาได้อย่างมาก

2. ปล่อยประสิทธิภาพในอัตราที่แตกต่างกัน

เนื่องจากแบตเตอรี่ LiFePO4 สามารถคายประจุในอัตราที่แตกต่างกันในการใช้งานจริง ความสามารถในการคายประจุจึงลดลงอย่างรวดเร็วในระบบแบตเตอรี่บางระบบเมื่อกระแสไฟคายประจุเพิ่มขึ้น ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจประสิทธิภาพการคายประจุของแบตเตอรี่ LiFePO4 ในอัตราที่สูง ให้คายประจุแบตเตอรี่ LiFePO4 20Ah ที่ 0.5C, 1C และ 3C ตามลำดับ ผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 2

จะเห็นได้จากรูปที่ 2 ว่าเมื่อกระแสดิสชาร์จเพิ่มขึ้นจาก 0.5C เป็น 3C ความสามารถในการดิสชาร์จของแบตเตอรี่จะลดลงเล็กน้อย แต่เพียงน้อยกว่า 5% ซึ่งบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตยังคงใช้ได้ดีในอัตราที่สูง กำลังทำงานอยู่ ในขณะเดียวกัน อัตราการปล่อย 3C สามารถตอบสนองความต้องการของรถยนต์ไฟฟ้าภายใต้สภาวะการปล่อยอัตราสูง ดังนั้นรถยนต์ไฟฟ้าจึงมีความสามารถในการปีนเขาและการเร่งความเร็วที่แข็งแกร่ง

อ่านเพิ่มเติม: สัญญาอัจฉริยะเปลี่ยนวิธีการจัดการธุรกิจอย่างไร

3. พลังการชาร์จสูง

ประสิทธิภาพการชาร์จอย่างรวดเร็วของแบตเตอรี่อาจทำให้ EV ใช้วิธีการชาร์จฉุกเฉินในสถานการณ์ที่ไม่คาดคิด ซึ่งสะดวกกว่าสำหรับการใช้งาน EV รูปที่ 3 แสดงผลการทดสอบแบตเตอรี่ที่มีความจุจริง 20 Ah ที่ชาร์จด้วยกระแส 3 C ถึง 3.65 V จากนั้นเปลี่ยนเป็นการชาร์จด้วยแรงดันคงที่

จากรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่าความจุของแบตเตอรี่จะเปลี่ยนเป็นเส้นตรงตามเวลาในช่วงแรกของการชาร์จ สามารถจุแบตเตอรี่ได้ถึง 55% ใน 15 นาที 90% ใน 25 นาที และมากกว่า 95% ใน 30 นาที นี่แสดงว่าสามารถชาร์จแบตเตอรี่ LiFePO4 ได้ในอัตราที่สูงกว่า และสามารถชาร์จแบตเตอรี่จนเต็มได้ในระยะเวลาอันสั้น

อ่านเพิ่มเติม: 10 เครื่องมือทดสอบ A/B ที่ดีที่สุดเพื่อช่วยเพิ่มธุรกิจของคุณ

4. ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ LiFePO4

วัสดุ LiFePO4 มีความเสถียรทางเคมีมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเสถียรที่อุณหภูมิสูงนั้นดีมาก แม้แต่อุณหภูมิที่สูงมากก็ไม่สามารถย่อยสลายเพื่อปล่อยออกซิเจนได้ ดังนั้นประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตจึงดีมาก ไม่ง่ายที่จะเผาไหม้และระเบิดและอันตรายอื่นๆ

ด้วยการออกแบบโครงสร้างที่ดี ความปลอดภัยจึงได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อให้แบตเตอรี่ไม่ไหม้หรือระเบิดในกรณีที่เกิดการกระแทก เข็มทิ่ม ไฟฟ้าลัดวงจร ฯลฯ รูปที่ 4 แสดงชุดแบตเตอรี่ LiFePO4 20Ah ที่ชาร์จเต็มแล้ว ซึ่งเป็นเหล็ก ตะปูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. เจาะก้อนแบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว และบันทึกการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของก้อนแบตเตอรี่

ดังที่เห็นจากรูปที่ 4 ที่จุดเริ่มต้นของการใส่ตะปู เนื่องจากไฟฟ้าลัดวงจรภายใน แรงดันแบตเตอรี่จะลดลงอย่างรวดเร็ว ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา และอุณหภูมิจะสูงขึ้น

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสูญญากาศภายในของแบตเตอรี่ลดลงอย่างมากหลังจากการเจาะ ส่วนหน้าสัมผัสลัดวงจรจะผิดรูปและเกิดการสัมผัสที่ไม่ดี ความร้อนจะไม่ถูกปล่อยออกมา ณ จุดนี้ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจึงมีแนวโน้มที่จะคงที่ และอุณหภูมิของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

5. ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ LiFePO4

ความหนาแน่นของพลังงานโดยน้ำหนักเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ รูปที่ 5 แสดงว่าลิเธียมไอรอนฟอสเฟต 20Ah ถูกชาร์จจนเต็มแล้ว และปล่อยอัตรา 0.3C ไปที่ 2.0V สามารถรวมเส้นโค้งการคายประจุเพื่อรับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่

หลังจากการคำนวณแบบสมบูรณ์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต 20Ah จะปล่อยพลังงานออกมา 70.7 Wh น้ำหนักของแบตเตอรี่คือ 580 กรัม ดังนั้นความหนาแน่นของพลังงานโดยน้ำหนักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตจึงสามารถคำนวณได้เท่ากับ 121.90Wh/กก.

อ่านเพิ่มเติม: 10 ประโยชน์ที่ดีที่สุดของการใช้แผนภูมิ PERT สำหรับการวางแผนโครงการ

6. การคายประจุแบตเตอรี่ LiFePo4 ที่อุณหภูมิต่างกัน

เนื่องจากความแตกต่างในระดับภูมิภาคอย่างมากในการใช้รถยนต์ไฟฟ้า สถานที่บางแห่งจึงมีสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำในฤดูหนาว และอุณหภูมิที่ต่ำจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจประสิทธิภาพการคายประจุของแบตเตอรี่ LiFePO4 ที่อุณหภูมิต่ำ การทดสอบจะเป็นแบตเตอรี่ LiFepP4 20Ah ที่เก็บที่อุณหภูมิ -20℃, -10℃, 0℃, 25℃ และ 55℃ เป็นเวลา 20 ชั่วโมง จากนั้นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำนี้ที่ 0.3 °C คูณอัตราการไหล (ที่อุณหภูมิห้อง 0.3 °C ความสามารถในการระบาย 100%) ผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 6 แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ LiFePO4 สามารถปล่อยประจุได้ประมาณ 55% ของความจุเท่านั้นที่อุณหภูมิห้องที่ -20°C ดังนั้นจึงอาจส่งผลเสียต่อรถยนต์ไฟฟ้าในระหว่างการทำงาน อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ก้อนเดียวจะลดลงมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง รถยนต์ไฟฟ้ามักจะรวมแบตเตอรี่หลายร้อยก้อนเข้าด้วยกัน และเมื่อแบตเตอรี่ทำงาน ความร้อนบางส่วนจะถูกปล่อยออกมา และอุณหภูมิของแบตเตอรี่จะต้องสูงขึ้น

ดังนั้น ในชุดแบตเตอรี่ในการใช้งานจริง ปัญหาการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำจึงไม่ร้ายแรงมากนัก ในระหว่างการทดสอบ เนื่องจากแบตเตอรี่ก้อนเดียวมีพื้นที่ผิวสัมผัสขนาดใหญ่ อุณหภูมิจะเท่ากันกับอุณหภูมิโดยรอบ ดังนั้นความสามารถในการคายประจุจึงได้รับผลกระทบอย่างมาก ที่อุณหภูมิสูงขึ้น แบตเตอรี่ LiFePO4 จะได้รับผลกระทบน้อยลง ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิ 55°C จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ 25°C

การวิจัยข้างต้นแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตมีอายุการใช้งานยาวนาน มีความปลอดภัยสูง และมีความหนาแน่นของพลังงาน ในขณะเดียวกัน เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียม RV ไม่ใช้ตะกั่ว แคดเมียม ปรอท เฮกซะวาเลนต์โครเมียม และโลหะหนักที่เป็นพิษอื่นๆ ในกระบวนการผลิตทั้งหมด วัสดุบรรจุภัณฑ์ของแบตเตอรี่จึงไม่มีโพลีโบรมิเนตเต็ดไบฟีนิลและโพลีโบรมิเนตเต็ดไดฟีนิลอีเทอร์ และ LiFePO4 แบตเตอรี่ยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าอีกด้วย ดังนั้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตจะพบการใช้งานที่กว้างขึ้นในรถยนต์ไฟฟ้าและการจัดเก็บพลังงานเคมีขนาดใหญ่