Caratteristiche della batteria LiFePO4

Rispetto alle tradizionali batterie secondarie acquose, come le batterie piombo-acido, nichel-idrogeno e nichel-cadmio, le batteria LiFePO4 agli ioni di litio presentano i vantaggi di una lunga durata del ciclo e di un'elevata densità di energia e le batterie hanno anche un'elevata sicurezza. Tra i vari sistemi di batterie, le batteria LiFePo4 sono diventate il sistema di batterie più promettente. Pertanto, le batteria LiFePO4 sono state ampiamente utilizzate negli alimentatori dei veicoli elettrici, nell'accumulo di energia su larga scala, nelle stazioni base di comunicazione e nelle biciclette elettriche. Questo articolo studia ed elabora principalmente la durata del ciclo, le prestazioni di carica-scarica ad alta velocità, la sicurezza dell'agopuntura e la densità di energia del peso delle batterie agli ioni di litio LiFePO4.

 

1. Prestazioni del ciclo della batteria LiFePO4

Essendo uno dei componenti chiave dei veicoli elettrici, il costo delle batterie ha addirittura rappresentato circa la metà di quello dei veicoli elettrici. Pertanto, la durata della batteria determina direttamente il costo dell'utilizzo dei veicoli elettrici. A causa delle proprietà chimiche stabili dei materiali positivi e negativi delle batterie al litio ferro fosfato, la carica Il volume e lo stress cambiano durante il processo di scarica sono molto piccoli, quindi la sua durata è molto lunga. La figura 1 mostra che una batteria di alimentazione al litio ferro fosfato da 20 Ah viene caricata a 3,65 V con una corrente di 1 C e quindi convertita a una tensione costante finché la corrente non scende a 0,02 C; la corrente di scarica è 1 C, la durata del ciclo nella condizione di una tensione di interruzione di 2,0 V (profondità di carica e scarica 100%).

Fig.1 Ciclo della batteria LiFePO4 da 20 Ah

Si può vedere dalla figura 1 che la capacità rimanente della batteria è ancora più dell'80% della capacità iniziale dopo che il ciclo supera 1600 volte. Anche se il costo attuale delle batterie al litio ferro fosfato è superiore a quello delle batterie al piombo, è più lungo La durata della batteria ridurrà significativamente l'uso e i costi di manutenzione dei veicoli elettrici.

 

2.Prestazioni di scarico a velocità diverse

Poiché le batterie al litio ferro fosfato possono essere scaricate a velocità diverse nelle applicazioni pratiche, per alcuni sistemi di batterie, quando la corrente di scarica aumenta, la capacità di scarica della batteria diminuisce rapidamente. Pertanto, al fine di comprendere le prestazioni di scarica di accumulatore litio ferro fosfato a tassi elevati, scaricare la batteria 20 Ah fosfato di ferro e litio a 0,5 C, 1 C, e 3 C correnti , rispettivamente, ed i risultati sono mostrati in Figura 2.

Fig. 2 Scarica della batteria LiFePO4 da 20 Ah a velocità diverse

Si può vedere dalla Figura 2 che quando la corrente di scarica viene aumentata da 0,5 C a 3 C, la capacità di scarica della batteria diminuisce leggermente, ma solo meno del 5%, indicando che la batteria LiFePO4 funziona ancora bene a velocità elevate . Allo stesso tempo, la velocità di scarica 3 C può soddisfare i requisiti dei veicoli elettrici in condizioni di scarica ad alta velocità, in modo che i veicoli elettrici abbiano forti capacità di salita e accelerazione.

 

3. Prestazioni di ricarica ad alta velocità

Le prestazioni di ricarica rapida della batteria possono far sì che i veicoli elettrici utilizzino metodi di ricarica di emergenza in situazioni impreviste, il che è più conveniente per l'uso di veicoli elettrici. La Figura 3 mostra i risultati del test di una batteria con una capacità effettiva di 20 Ah che viene caricata con una corrente di 3 C e raggiunge 3,65 V e quindi convertita in carica a tensione costante.

Fig.3 ricarica della batteria 20Ah LiFePO4 a 3 C

Si può vedere dalla Figura 3 che nella fase iniziale di carica, la capacità della batteria cambia linearmente nel tempo. Può raggiungere il 55% della capacità della batteria in 15 minuti, il 90% in 25 minuti e oltre il 95% in 30 minuti. Ciò dimostra che la batterie al litio ferro fosfato può essere caricata a una velocità maggiore e la batteria può essere caricata completamente in breve tempo.

 

4. La sicurezza delle batterie LiFePO4

Le proprietà chimiche del materiale al litio ferro fosfato sono molto stabili, in particolare la stabilità alle alte temperature è molto buona, anche a temperature molto elevate, non può essere separata per liberare ossigeno, quindi le prestazioni di sicurezza della batteria al litio ferro fosfato sono molto buone, e non è soggetto a pericoli come combustione ed esplosione. Con un design strutturale ragionevole, la sua sicurezza è stata ulteriormente migliorata, quindi la batteria non brucerà o esploderà in caso di impatto, puntura dell'ago, cortocircuito, ecc. con un diametro di 8 mm I chiodi in acciaio perforano rapidamente la batteria mentre registrano le variazioni di tensione e temperatura della batteria.

Fig. 4 Tensione e temperatura della batteria LiFePO4 da 20 Ah dopo il piercing

Si può vedere dalla figura 4 che nella fase iniziale della perforazione del chiodo, a causa del cortocircuito interno, la tensione della batteria diminuisce rapidamente, viene rilasciata una certa quantità di calore e la temperatura della batteria aumenta. Tuttavia, poiché il vuoto interno della batteria diminuisce notevolmente dopo essere stato perforato, la parte di contatto in cortocircuito si deforma e si verifica un contatto scadente. In questo momento, non viene rilasciato più calore, quindi la tensione tende a stabilizzarsi e la temperatura della batteria aumenta solo leggermente.

 

5. Densità energetica della batteria LiFePO4

La densità energetica del peso è un indicatore importante delle prestazioni della batteria. La figura 5 mostra una batteria LiFePO4 da 20 Ah scaricata a 2,0 V con un velocità di 0,3 C dopo una carica completa, e l'energia scaricata dalla batteria può essere ottenuta integrando la curva di scarica. Dopo il calcolo integrale, la batteria LiFePO4 da 20 Ah scarica 70,7 Wh di energia, mentre il peso della batteria è di 580 g. Pertanto, la densità energetica del peso di LiFePO4 può essere calcolata come 121,90 Wh/kg.

Fig.5 Energia scarica della batteria 20Ah LiFePO4 a 0.3C

 

6. Scarica della batteria LiFePo4 a diverse temperature

A causa delle grandi differenze regionali nell'uso dei veicoli elettrici, in alcuni luoghi ci sono condizioni meteorologiche di bassa temperatura in inverno e la bassa temperatura avrà inevitabilmente un certo impatto sulle prestazioni della batteria. Pertanto, per comprendere le prestazioni di scarica a bassa temperatura della batteria al litio ferro fosfato, il test sarà una batteria di alimentazione al litio ferro fosfato da 20 Ah conservata a -20°C, -10°C, 0°C, 25°C e 55°C per 20 h. Quindi in questo ambiente a bassa temperatura a 0,3 C volte la velocità di scarico (a temperatura ambiente 0,3 C capacità di scarico del 100%). I risultati sono mostrati in Figura 6.

Fig.6 Capacità di scarica della batteria LiFePO4 da 20 Ah a diverse temperature

Si può vedere dalla Figura 6 che la batteria al litio ferro fosfato può rilasciare solo circa il 55% della sua capacità a temperatura ambiente a -20°C, quindi potrebbe avere un effetto negativo sui veicoli elettrici durante l'uso. Ma in effetti, è ovvio che la capacità di scarica di una singola batteria diminuisce di più al diminuire della temperatura. Per i veicoli elettrici, di solito vengono combinate centinaia di batterie e una certa quantità di calore viene rilasciata quando la batteria è in funzione e la temperatura della batteria deve aumentare. Pertanto, per i pacchi batteria in applicazioni pratiche, il problema della scarica a bassa temperatura non è molto grave. Durante il test, a causa dell'ampia superficie specifica esposta di una singola batteria, la temperatura durante l'intero test è sostanzialmente la stessa dell'ambiente, quindi la capacità di scarica è fortemente influenzata. A temperature più elevate, le batteria al litio ferro fosfato sono meno colpite. Ad esempio, la capacità di scarica della batteria a 55°C è solo leggermente aumentata rispetto a quella a 25°C.

La ricerca di cui sopra mostra che le batterie al litio ferro fosfato hanno una lunga durata del ciclo, elevata sicurezza e densità di energia. Allo stesso tempo, poiché le batterie al litio ferro fosfato non utilizzano piombo, cadmio, mercurio, cromo esavalente e altri elementi di metalli pesanti tossici nell'intero processo di produzione, i materiali di imballaggio della batteria non contengono bifenili polibromurati ed eteri di difenile polibromurato e il La batteria al litio ferro fosfato è anche più rispettosa dell'ambiente. Pertanto, la batteria al litio ferro fosfato avrà un'applicazione più ampia nel campo dei veicoli elettrici e dello stoccaggio di energia chimica su larga scala.

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