Maximierung der Leistung mit LiFePO4-Batterien: Ein Vergleich zu Bleibatterien
, Von PQ DE, 16 min Lesezeit
Die Wahl der richtigen Batterie ist für viele Anwendungen von entscheidender Bedeutung, z. B. für Solarstromsysteme, Elektrofahrzeuge und Schiffsanwendungen. Zwei der beliebtesten Batterietypen sind LiFePO4- und Blei-Säure-Batterien. In diesem Artikel untersuchen wir die Unterschiede zwischen LiFePO4- und Blei-Säure-Batterien und argumentieren, warum LiFePO4 die bessere Option ist.
Ankündigung: Alle Daten stammen aus dem Power Queen Labor.
Beispielprodukt:
LFP-50: Power Queen 12,8V 50 Ah LiFePO4 Akku
LFP-100: Power Queen 12,8V 100Ah LiFePO4 Batterie
Zusammenfassung des Vergleichs:
|
Batterietyp |
Blei-Säure-Batterien |
LiFePO4 Batterien |
||
|
VRLA-50AH |
VRLA-100AH |
12V50Ah |
12V100Ah |
|
|
Energiedichte |
niedrig |
niedrig |
3 mal höher als Blei-Säure-Batterie |
3 mal höher als Blei-Säure-Batterie |
|
Innenwiderstand und Selbstentladung |
hoch |
hoch |
niedrig |
niedrig |
|
Rate Entladung |
schlecht |
schlecht |
gut |
gut |
|
Temperaturtoleranz |
schlecht |
schlecht |
gut |
gut |
|
Lebensdauer |
300 |
300 |
4000 |
4000 |
Energiedichte – Vergleich von Gewicht, Größe und Kapazität
Bei der Auswahl eines Akkus sind das Gewicht und die Größe des Akkus wichtige Faktoren, die es zu berücksichtigen gilt, insbesondere bei Anwendungen, bei denen es auf Mobilität ankommt. In diesem Vergleich betrachten wir Gewicht, Abmessungen, Modellspezifikationen und Energiedichte von VRLA- und LFP-Batterien.
|
Batteriebyp |
Gewicht（kg） |
Dimension（cm3） |
Modell |
Energiedichte(Ah/kg) |
|
VRLA-50 |
15,15 |
23*13,8*21,1 |
12V55Ah |
3,63 |
|
VRLA-100 |
27,40 |
33*17,1*21,4 |
12V100Ah |
3,65 |
|
VRLA2-100 |
28,11 |
33*17,1*21,4 |
12V100Ah |
3,56 |
|
LFP-50 |
4,98 |
17*19*17 |
12V50Ah |
10,04 |
|
LFP-100 |
9,85 |
32*17*21 |
12V100Ah |
10,15 |
In diesem Vergleich haben wir uns fünf verschiedene Batterien angesehen: VRLA-50AH, VRLA-100AH, VRLA2-100AH, LFP-50AH und LFP-100AH. Das Gewicht dieser Batterien reichte von 10,97 lb für den LFP-50AH bis 60,4 lb für den VRLA-100AH. Die Abmessungen der Batterien variierten ebenfalls, mit Größen, die von 6,7 x 7,5 x 6,7 Zoll für den LFP-50AH bis 13 x 6,7 x 8,42 Zoll für den VRLA-100AH und VRLA2-100AH reichten.
Die Modellspezifikationen unterschieden sich auch zwischen den Batterien, wobei die Spannungs- und Kapazitätswerte von 12V 50Ah für den LFP-50 AH bis 12V 100Ah für den VRLA-100 AH und den LFP-100 AH reichten. Abschließend haben wir die Energiedichte jeder Batterie in Ah/kg verglichen, wobei die LFP-Batterien deutlich höhere Energiedichten als die VRLA-Batterien aufweisen. Insgesamt ist es bei der Auswahl einer Batterie wichtig, sowohl das Gewicht als auch die Energiedichte zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Batterie für Ihre spezifische Anwendung geeignet ist.
Ratenentladungskapazitätsvergleich
Ratenentladekapazität bezieht sich auf die maximale Strommenge, die eine Batterie über einen bestimmten Zeitraum entladen kann, normalerweise ausgedrückt in Ampere (A) oder als Vielfaches der Batteriekapazität, z. B. C/10 oder C/20. Es stellt die Fähigkeit der Batterie dar, Energie mit einer bestimmten Rate zu liefern, wobei höhere Raten einer schnelleren Entladung und niedrigere Raten einer langsameren Entladung entsprechen. Die Ratenentladungskapazität ist ein wichtiges Leistungsmerkmal einer Batterie, insbesondere für Anwendungen, bei denen eine hohe Ausgangsleistung erforderlich ist, wie z. B. Elektrofahrzeuge oder Elektrowerkzeuge.
Im Vergleich zu LFP-Batterien weisen LA-Batterien eine deutlich schlechtere Spannungsstabilität während der Ratenentladung auf.
Jede Kurve im Diagramm veranschaulicht die Auswirkungen einer Entladung mit einer Rate von 0,2 C auf die Spannungsstabilität, wobei die Spannung der Blei-Säure-Batterie schnell abfällt und die LFP-Batterie eine viel größere Stabilität aufweist.
Vergleich von Innenwiderstand und Selbstentladung
Der Innenwiderstand ist eine wichtige Eigenschaft einer Batterie, die ihre Leistung beeinflussen kann. Wenn eine Batterie verwendet wird, erzeugt der elektrische Stromfluss aufgrund des von ihr bereitgestellten Widerstands Wärme innerhalb der Batterie. Diese Wärme kann zu Energieverlusten führen und die Gesamteffizienz der Batterie verringern. Ein höherer Innenwiderstand bedeutet auch, dass mehr Leistung erforderlich ist, um die gleiche Strommenge durch die Batterie zu treiben, was zu einem Spannungsabfall und einer Verringerung der Batteriekapazität führen kann.
|
|
VRLA-50 |
VRLA-100 |
VRLA2-100 |
LFP-50 |
LFP-100 |
|
Innenwiderstand（mΩ） |
7,95 |
5,23 |
4,553 |
1 |
1 |
Wir können sehen, dass Blei-Säure-Batterien einen wirklich hohen Innenwiderstand haben. Blei-Säure-Batterien haben aufgrund ihres Designs und ihrer Chemie einen hohen Innenwiderstand. Die Platten im Inneren der Batterie bestehen aus Blei, das im Vergleich zu anderen Metallen wie Kupfer eine relativ geringe Leitfähigkeit aufweist. Außerdem ist der in Blei-Säure-Batterien verwendete Elektrolyt eine verdünnte Schwefelsäurelösung, die im Vergleich zu anderen Elektrolyttypen einen relativ hohen Widerstand aufweist. Diese Faktoren tragen zum insgesamt hohen Innenwiderstand von Blei-Säure-Batterien bei, was ihre Leistung und Effizienz beeinträchtigen kann.
Die Selbstentladung ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Leistung einer Batterie beeinflusst. Auch wenn ein Akku nicht verwendet wird, verliert er aufgrund chemischer Reaktionen im Akku allmählich seine Ladung. Die Selbstentladungsrate kann je nach Art und Alter der Batterie sowie anderen Faktoren wie Temperatur und Lagerbedingungen variieren. Die Selbstentladung kann bei Geräten, die nicht häufig verwendet werden, ein Problem darstellen, da der Akku seine Ladung verlieren kann, bevor er wieder verwendet werden kann. Es kann auch die Gesamtkapazität des Akkus im Laufe der Zeit verringern, was sich auf seine Leistung und Lebensdauer auswirken kann.
|
Typ |
Tag 1 |
Tag 6 |
Tag 11 |
Tag 16 |
Tag 21 |
Tag 26 |
Tag 31 |
|
|
VRLA |
50 |
13,20 |
13,18 |
13,16 |
13,15 |
13,15 |
13,14 |
13,15 |
|
100 |
13,24 |
13,20 |
13,17 |
13,15 |
13,11 |
13,07 |
13,05 |
|
|
PQ |
50 |
13,27 |
13,27 |
13,27 |
13,26 |
13,26 |
13,25 |
13,25 |
|
100 |
13,20 |
13,20 |
13,20 |
13,19 |
13,20 |
13,19 |
13,19 |
|
Den Daten zufolge weisen LiFePO4-Batterien einen deutlich geringeren Innenwiderstand und eine geringere Selbstentladung auf als Blei-Säure-Batterien. Diese Eigenschaften tragen zur überlegenen Kapazität und längeren Lebensdauer von LiFePO4-Batterien bei.
Vergleich der Temperaturtoleranz
Temperaturtoleranz bezieht sich auf den Temperaturbereich, innerhalb dessen eine Batterie sicher und effektiv betrieben werden kann. Batterien sind temperaturempfindlich und extreme Hitze oder Kälte können ihre Leistung und Lebensdauer erheblich beeinträchtigen.
Wenn eine Batterie Temperaturen außerhalb des angegebenen Bereichs ausgesetzt wird, kann dies zu irreparablen Schäden an den internen Komponenten und zu einer verringerten Kapazität, einer kürzeren Lebensdauer und sogar zu Sicherheitsrisiken wie Auslaufen oder Explosion führen. Im Allgemeinen können hohe Temperaturen chemische Reaktionen innerhalb der Batterie beschleunigen, was zu schnellerem Abbau und verringerter Leistung führt, während niedrige Temperaturen chemische Reaktionen verlangsamen können, wodurch die Batterie weniger effizient wird und ihre Kapazität verringert.
Daher ist es wichtig, bei der Auswahl und Verwendung von Batterien die Temperaturtoleranz des jeweiligen Batterietyps zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass er innerhalb des empfohlenen Temperaturbereichs betrieben wird. Dies kann dazu beitragen, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und ihre Leistung und Sicherheit im Laufe der Zeit aufrechtzuerhalten.
Sehen wir uns nun den Vergleich dieser beiden Batterietypen an:
|
Typ |
VRLA-100Ah |
VRLA-50Ah |
LFP-100 |
LFP-50 |
|
Anfangsspannung |
13,05 |
13,15 |
13,19 |
13,19 |
|
80℃10 Minuten |
13,03 |
13,13 |
13,19 |
13,19 |
|
25℃10 Minuten |
13,03 |
13,14 |
13,19 |
13,20 |
|
80℃10 Minuten |
13,01 |
13,11 |
13,19 |
13,20 |
|
25℃10 Minuten |
13,00 |
13,11 |
13,20 |
13,20 |
|
80℃10 Minuten |
12,58 |
13,09 |
13,20 |
13,20 |
|
25℃10 Minuten |
12,57 |
13,10 |
13,20 |
13,20 |
Die LiFePO4-Batterie hat im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien eine größere Temperaturtoleranz.
Wasserdichtigkeitstest
Wasserdichtigkeit bedeutet, dass die Batterie so konstruiert ist, dass sie Schäden durch Kontakt mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten widersteht. Eine wasserdichte Batterie leidet weniger unter Korrosion, Kurzschlüssen oder anderen Problemen, die sie möglicherweise beschädigen könnten, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass wasserfeste Batterien nicht vollständig gegen Wasserschäden gefeit sind und in nassen Umgebungen dennoch mit Vorsicht behandelt werden sollten.
Spülen Sie die Batterie auf jeder Seite 10 Minuten lang mit Wasser ab und messen Sie dann die Spannung vorher und nachher.
Blei-Säure-Batterien haben vorher und nachher eine schlechte Spannungsstabilität.
Hochtemperatur-Zykluskapazität
Ein Hochtemperaturzyklus bezieht sich darauf, eine Batterie über einen längeren Zeitraum Temperaturen über dem empfohlenen Betriebsbereich auszusetzen. Dies kann zu einer beschleunigten Verschlechterung der Batterie führen und zu einer verringerten Kapazität und einer kürzeren Lebensdauer führen. Es kann auch das Risiko von Sicherheitsrisiken wie Leckagen, Quellen oder sogar thermisches Durchgehen erhöhen. Jetzt legen wir die Batterien in 55 ° (131 ° F) um zu sehen, wie ihre Leistung ist.
Fazit: Die Zyklenfestigkeit von LA-Batterien ist weitaus schlechter als die von LFP-Batterien.
Die Kapazität wird durch die blaue Kurve dargestellt und die Gesundheit wird durch die rote Kurve angezeigt.
Unser Batterieschätzungsmodell legt nahe, dass eine Batterie mit einem Gesundheitszustand (SOH) von 80 % bei normalem Gebrauch bis zu 300 Zyklen halten kann, während eine LFP-Batterie bis zu 4000 Zyklen halten kann.
Wir betrachten eine Batterie mit weniger als 80% SOH als inakzeptabel gemäß unseren Standards.
Experiment mit Demontage zur Beobachtung der inneren Struktur
Blei-Säure-Batterie
Es gibt fast keinen Schutz im Inneren der LA-Batterie, das Luftventil ist nur eine Gummimanschette, die leicht entnommen werden kann, und es gibt keinen Schutz zwischen den einzelnen Zellen.
Durch Entfernen der blauen Gummimanschette werden das innere Polstück und der Elektrolyt direkt freigelegt. Es gibt keinen Schutz im Inneren.
LFP-Batterie
Innerhalb der LFP-Batterie befinden sich strukturelle Schutzvorrichtungen wie Schutzplatten und Schaumwatte mit verschiedenen Funktionen, und die interne Struktur der internen Einzelzellen verfügt über einen Kurzschlussschutz.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LiFePO4-Batterien eine hervorragende Option für die Stromversorgung von Schiffsanwendungen wie Trolling-Motoren, Elektrofahrzeugen wie Wohnmobilen und Solarsystemen sind. Sie bieten mehrere Vorteile gegenüber Blei-Säure-Batterien, darunter geringes Gewicht, längere Lebensdauer, schnelleres Aufladen, bessere Leistung, Sicherheit und Wartungsfreiheit. Obwohl sie anfangs teurer sein mögen, machen sie ihre überlegene Leistung und längere Lebensdauer auf lange Sicht zu einer kostengünstigeren Option. Wenn Sie vorhaben, Ihren Trolling-Motor oder die Batterie Ihres Wohnmobils auszutauschen, könnte die Investition in eine LiFePO4-Batterie eine gute Wahl sein.
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