Im Vergleich zu herkömmlichen wässrigen Sekundärbatterien wie Blei-Säure-, Nickel-Wasserstoff- und Nickel-Cadmium-Batterien haben LiFePO4-Lithium-Ionen-Batterien die Vorteile einer langen Zyklenlebensdauer und einer hohen Energiedichte sowie eine hohe Sicherheit der Batterien. Unter den verschiedenen Batteriesystemen sind LiFePO4-Batterien das vielversprechendste Batteriesystem geworden. Daher werden LiFePO4-Batterien häufig in der Stromversorgung von Elektrofahrzeugen, bei der Energiespeicherung in großem Maßstab, in Kommunikations-Basisstationen und in Elektrofahrrädern eingesetzt. In diesem Artikel werden hauptsächlich die Zykluslebensdauer, die Hochgeschwindigkeits-Lade-Entladeleistung, die Akupunktursicherheit und die Gewichts-Energiedichte von LiFePO4-Lithium-Ionen-Batterien untersucht und ausgearbeitet.

1.Zyklusleistung der LiFePO4 Batterie

Als eine der Schlüsselkomponenten von Elektrofahrzeugen machen die Batterien sogar etwa die Hälfte der Kosten für Elektrofahrzeuge aus. Daher bestimmt die Lebensdauer der Batterie direkt die Kosten für die Nutzung von Elektrofahrzeugen. Aufgrund der stabilen chemischen Eigenschaften der positiven und negativen Materialien von LiFePO4-Power-Batterien ist die Ladung Die Volumen- und Spannungsänderung während des Entladevorgangs sehr gering, so dass die Zyklenlebensdauer sehr lang ist. Abbildung 1 zeigt, dass eine 20Ah LiFePO4-Akkus mit einem Strom von 1 C auf 3,65 V aufgeladen und dann in eine konstante Spannung umgewandelt wird, bis der Strom auf 0,02 C abfällt; der Entladestrom beträgt 1C, die Zyklenlebensdauer unter der Bedingung einer Abschaltspannung von 2,0 V (Lade- und Entladetiefe 100%).

Abb.1 Zyklen einer 20Ah LiFePO4 Batterie

Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass die verbleibende Kapazität der Batterie immer noch mehr als 80% der Anfangskapazität beträgt, nachdem der Zyklus das 1600-fache überschreitet. Obwohl die aktuellen Kosten für LiFePo4-Stromversorgungsbatterien im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien etwas höher sind, wird die längere Batterielebensdauer die Nutzungs- und Wartungskosten von Elektrofahrzeugen deutlich reduzieren.

2. Entladeleistung bei unterschiedlichen Raten

Da LiFePO4-Batterien in praktischen Anwendungen unterschiedlich schnell entladen werden können, sinkt bei einigen Batteriesystemen bei steigendem Entladestrom die Entladekapazität der Batterie schnell. Um die Entladeleistung von LiFePO4-Batterien bei hohen Raten zu verstehen, entladen Sie daher die 20-Ah-LiFePO4-Batterie bei 0,5 C, 1 C bzw. 3 C. Die Ergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abb. 2 Entladen eines 20Ah LiFePO4 Akkus mit unterschiedlichen Raten

Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass bei einer Erhöhung des Entladestroms von 0,5 C auf 3 C die Entladekapazität der Batterie leicht abnimmt, jedoch nur um weniger als 5%, was darauf hindeutet, dass die LiFePO4-AKKU bei hohen Raten immer noch gut funktioniert. Gleichzeitig kann die 3C-Entladerate die Anforderungen von Elektrofahrzeugen unter Hochraten-Entladebedingungen erfüllen, sodass Elektrofahrzeuge über starke Steig- und Beschleunigungsfähigkeiten verfügen.

3. Hohe Ladeleistung

Die schnelle Ladeleistung der Batterie kann dazu führen, dass Elektrofahrzeuge in unerwarteten Situationen Notlademethoden verwenden, was für die Nutzung von Elektrofahrzeugen bequemer ist. Abbildung 3 zeigt die Testergebnisse einer Batterie mit einer tatsächlichen Kapazität von 20 Ah, die mit einem Strom von 3 C geladen wird und 3,65 V erreicht und dann auf Konstantspannungsladen umgestellt wird.

Abb.3 Aufladen eines 20Ah LiFePO4 Akkus bei 3C

Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass sich die Kapazität der Batterie in der Anfangsphase des Ladens linear mit der Zeit ändert. Es kann in 15 Minuten 55 % der Akkukapazität erreichen, in 25 Minuten 90 % und in 30 Minuten mehr als 95 %. Dies zeigt, dass die LiFePO4 akku mit einer höheren Rate geladen werden kann und die Batterie in kurzer Zeit vollständig aufgeladen werden kann.

4. Die Sicherheit von LiFePO4-Batterien

LiFePO4-Materialien sind chemisch sehr stabil, vor allem hohe Temperaturstabilität ist sehr gut, auch bei sehr hohen Temperaturen kann nicht zersetzt werden, um Sauerstoff freizusetzen, so dass die Sicherheit Leistung von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie ist sehr gut, nicht leicht zu brennen und explodieren und andere Gefahren. Durch ein vernünftiges strukturelles Design wurde die Sicherheit weiter verbessert, sodass die Batterie bei einem Aufprall, Nadelstich, Kurzschluss usw. nicht brennt oder explodiert. Abbildung 4 zeigt einen 20Ah LiFePO4-Akku, der vollständig geladen ist,mit einem Stahlnagel von 8 mm Durchmesser wurde der Akku schnell durchstochen, und die Spannungs- und Temperaturänderungen des Akkus wurden aufgezeichnet.

Abb. 4 Spannung & Temperatur des 20Ah LiFePO4 Akkus nach dem Durchstechen

Aus Abbildung 4 ist ersichtlich, fällt zu Beginn des Einstechens des Nagels aufgrund des internen Kurzschlusses die Batteriespannung schnell ab, und es wird eine gewisse Menge an Wärme freigesetzt, und die Temperatur der Batterie steigt. Da jedoch das Innenvakuum der Batterie nach dem Durchstechen deutlich abfällt, wird der Kurzschlusskontaktteil verformt und es kommt zu einem schlechten Kontakt. Zu diesem Zeitpunkt wird keine Wärme mehr abgegeben, sodass sich die Spannung tendenziell stabilisiert und die Batterietemperatur nur geringfügig ansteigt.

5. Energiedichte der LiFePO4-Batterie

Die Gewichtsenergiedichte ist ein wichtiger Indikator für die Batterieleistung. Abbildung 5 zeigt, daß ein 20 Ah Lithiumeisenphosphats vollständig geladen ist und 0,3 C Rate Entladung auf 2,0 V. Die Entladekurve kann integriert werden, um die von der Batterie freigesetzte Energie zu erhalten. Nach der integralen Berechnung hat die 20Ah Lithium-Eisenphosphat-Batterie 70,7 Wh Energie freigesetzt. Das Gewicht der Batterie beträgt 580 g, sodass die Gewichtsenergiedichte der Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit 121,90 Wh / kg berechnet werden kann.

Abb. 5 Entladeenergie eines 20Ah LiFePO4 Akkus bei 0,3C

6. Entladung des LiFePo4-Akkus bei verschiedenen Temperaturen

Aufgrund der großen regionalen Unterschiede in der Nutzung von Elektrofahrzeugen gibt es im Winter mancherorts Niedertemperatur-Wetterbedingungen, und die niedrige Temperatur wird zwangsläufig einen gewissen Einfluss auf die Leistung der Batterie haben. Um die Entladeleistung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien bei niedrigen Temperaturen zu verstehen, wird der Test daher eine 20-Ah-LiFepP4-Batterie sein, die bei -20 ℃, -10 ℃, 0 ℃, 25 ℃ und 55 für 20 Stunden gelagert wird. Dann in dieser Umgebung mit niedriger Temperatur bei 0,3 °C mal der Entladungsrate (bei Raumtemperatur 0,3 °C Entladungskapazität von 100%). Die Ergebnisse sind in Abbildung 6 dargestellt.

Abb. 6 Entladekapazität eines 20Ah LiFePO4 Akkus bei unterschiedlicher Temperatur

Aus Abbildung 6 ist ersichtlich, dass die LiFePO4-Batterie bei Raumtemperatur bei -20 °C nur etwa 55 % ihrer Kapazität freisetzen kann, sodass sie sich im Betrieb nachteilig auf Elektrofahrzeuge auswirken kann. Tatsächlich ist es jedoch offensichtlich, dass die Entladekapazität einer einzelnen Batterie mit sinkender Temperatur stärker abnimmt. Bei Elektrofahrzeugen werden normalerweise Hunderte von Batterien miteinander kombiniert, und beim Betrieb der Batterie wird eine gewisse Wärme freigesetzt, und die Temperatur der Batterie muss steigen. Daher ist bei Batteriepacks in praktischen Anwendungen das Problem der Niedertemperaturentladung nicht sehr ernst. Während des Tests entspricht die Temperatur während des gesamten Tests aufgrund der großen exponierten spezifischen Oberfläche einer einzelnen Batterie im Wesentlichen der Umgebungstemperatur, sodass die Entladekapazität stark beeinflusst wird. Bei höheren Temperaturen sind LiFePO4-Batterien weniger betroffen. So ist beispielsweise die Entladekapazität des Akkus bei 55°C im Vergleich zu 25°C nur geringfügig erhöht.

Die obigen Untersuchungen zeigen, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine lange Lebensdauer, hohe Sicherheit und Energiedichte aufweisen. Da gleichzeitig bei lifepo4 akku im gesamten Produktionsprozess kein Blei, Cadmium, Quecksilber, sechswertiges Chrom und andere giftige Schwermetalle verwendet werden, enthalten die Verpackungsmaterialien der Batterie keine polybromierten Biphenyle und polybromierten Diphenylether, und die LiFePO4-Batterie ist auch umweltfreundlicher. Daher wird die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie eine breitere Anwendung im Bereich von Elektrofahrzeugen und großtechnischen chemischen Energiespeichern finden.

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