Potpuni vodič za litijum-jonsku bateriju viljuškara u odnosu na olovnu kiselinu


Kada je u pitanju odabir prave baterije za vašu aplikaciju, vjerovatno imate listu uslova koje morate ispuniti. Koliki je napon potreban, koji je zahtjev za kapacitetom, ciklički ili u stanju pripravnosti, itd.

Jednom kada suzite pojedinosti, možda ćete se zapitati „da li mi treba litijumska baterija ili tradicionalna zatvorena olovno-kiselinska baterija?“ Ili, što je još važnije, "koja je razlika između litijuma i zatvorene olovne kiseline?" Postoji nekoliko faktora koje treba uzeti u obzir prije nego što odaberete kemiju baterije, jer oba imaju prednosti i slabosti.

Za potrebe ovog bloga, litijum se odnosi samo na litijum-gvozdeno-fosfatne (LiFePO4) baterije, a SLA se odnosi na olovne/zapečaćene olovne baterije.

Ovdje ćemo pogledati razlike u performansama između litijumskih i olovnih baterija

Ciklične performanse Lithium VS SLA

Najznačajnija razlika između litij-željeznog fosfata i olovne kiseline je činjenica da kapacitet litijumske baterije ne zavisi od brzine pražnjenja. Na slici ispod se upoređuje stvarni kapacitet kao postotak nazivnog kapaciteta baterije u odnosu na brzinu pražnjenja izraženu sa C (C je jednaka struji pražnjenja podijeljenoj sa ocjenom kapaciteta). Uz vrlo visoke stope pražnjenja, na primjer .8C, kapacitet olovne baterije je samo 60% nazivnog kapaciteta.

Kapacitet litijumske baterije u odnosu na različite vrste olovnih baterija pri različitim strujama pražnjenja

Litijumske baterije imaju duži životni vek od bilo kojeg olovnog napajanja. Životni vek olovnih baterija je 1000-1500 ciklusa ili manje. Litijum-jonski traje najmanje 3,000 plus ciklusa u zavisnosti od primene.

Stoga, u cikličnim aplikacijama gdje je brzina pražnjenja često veća od 0.1C, litijumska baterija nižeg ranga će često imati veći stvarni kapacitet od uporedive olovne baterije. To znači da će uz istu ocjenu kapaciteta, litijum koštati više, ali možete koristiti litijum manjeg kapaciteta za istu aplikaciju po nižoj cijeni. Troškovi posjedovanja kada uzmete u obzir ciklus, dodatno povećavaju vrijednost litijumske baterije u poređenju sa olovnom baterijom.

Druga najprimetnija razlika između SLA i Litijuma je ciklična izvedba litijuma. Litijum ima deset puta duži vek trajanja od SLA u većini uslova. Ovo donosi cijenu po ciklusu litijuma nižu od SLA, što znači da ćete morati mijenjati litijumsku bateriju rjeđe nego SLA u cikličnoj primjeni.

Poređenje životnog ciklusa LiFePO4 i SLA baterije

Konstantna isporuka energije Lithium VS Lead-Acid

Litijum isporučuje istu količinu energije tokom čitavog ciklusa pražnjenja, dok SLA isporuka energije počinje snažno, ali se raspršuje. Prednost konstantne snage litijuma prikazana je na grafikonu ispod koji prikazuje napon u odnosu na stanje napunjenosti.

Ovdje vidimo konstantnu prednost litijuma u odnosu na olovnu kiselinu

Litijumska baterija kao što je prikazano narandžasto ima konstantan napon dok se prazni tokom celog pražnjenja. Snaga je funkcija napona puta struje. Trenutna potražnja će biti konstantna, a samim tim i isporučena snaga, snaga puta struja, će biti konstantna. Dakle, stavimo ovo na primjer iz stvarnog života.

Da li ste ikada upalili baterijsku lampu i primetili da je slabija nego kada ste je zadnji put upalili? To je zato što se baterija unutar svjetiljke prazni, ali još nije potpuno prazna. Daje malo snage, ali nedovoljno da u potpunosti osvijetli sijalicu.

Da je ovo litijumska baterija, sijalica bi bila jednako svetla od početka svog veka do kraja. Umjesto da nestane, sijalica se jednostavno ne bi upalila da je baterija prazna.

Vrijeme punjenja litijuma i SLA

Punjenje SLA baterija je notorno sporo. U većini cikličkih aplikacija morate imati na raspolaganju dodatne SLA baterije kako biste i dalje mogli koristiti svoju aplikaciju dok se druga baterija puni. U standby aplikacijama, SLA baterija mora biti napunjena.

Kod litijumskih baterija punjenje je četiri puta brže od SLA. Brže punjenje znači da je baterija u upotrebi više vremena i stoga zahtijeva manje baterija. Također se brzo oporavljaju nakon događaja (kao u sigurnosnoj ili pripravnoj aplikaciji). Kao bonus, nema potrebe držati litijum na plivajućem punjenju za skladištenje. Za više informacija o tome kako napuniti litijumsku bateriju, pogledajte naše Litijumsko punjenje
Vodič.

Performanse baterije pri visokim temperaturama

Performanse litijuma su daleko bolje od SLA u aplikacijama na visokim temperaturama. U stvari, litijum na 55°C i dalje ima dvostruko duži životni vek nego SLA na sobnoj temperaturi. Litijum će nadmašiti olovo u većini uslova, ali je posebno jak na povišenim temperaturama.

Životni vijek u odnosu na različite temperature za LiFePO4 baterije

Performanse baterije pri niskim temperaturama

Niske temperature mogu uzrokovati značajno smanjenje kapaciteta za sve kemijske sastave baterija. Znajući to, postoje dvije stvari koje treba uzeti u obzir kada procjenjujete bateriju za upotrebu na niskim temperaturama: punjenje i pražnjenje. Litijumska baterija neće prihvatiti punjenje na niskoj temperaturi (ispod 32° F). Međutim, SLA može prihvatiti niske struje na niskoj temperaturi.

Suprotno tome, litijumska baterija ima veći kapacitet pražnjenja na niskim temperaturama od SLA. To znači da litijumske baterije ne moraju biti previše dizajnirane za niske temperature, ali punjenje može biti ograničavajući faktor. Na 0°F, litijum se prazni sa 70% svog nazivnog kapaciteta, ali SLA je na 45%.

Jedna stvar koju treba uzeti u obzir pri niskim temperaturama je stanje litijumske baterije kada je želite napuniti. Ako je baterija tek prestala da se prazni, baterija će proizvesti dovoljno toplote da prihvati punjenje. Ako je baterija imala priliku da se ohladi, možda neće prihvatiti punjenje ako je temperatura ispod 32°F.

Instalacija baterije

Ako ste ikada pokušali da instalirate olovnu bateriju, znate koliko je važno da je ne instalirate u obrnutom položaju kako biste sprečili potencijalne probleme sa ventilacijom. Iako je SLA dizajniran da ne curi, otvori za ventilaciju omogućavaju određeno oslobađanje zaostalih plinova.

U dizajnu litijumske baterije, sve ćelije su pojedinačno zatvorene i ne mogu da procure. To znači da nema ograničenja u orijentaciji ugradnje litijumske baterije. Može se instalirati na bočnu stranu, naopako ili uspravno bez problema.

Poređenje težine baterije

Litijum je u prosjeku 55% lakši od SLA, tako da ga je lakše premjestiti ili instalirati.

Životni vijek u odnosu na različite temperature za LiFePO4 baterije

SLA VS Skladištenje litijumskih baterija

Litijum ne treba da se skladišti na 100% napunjenosti (SOC), dok SLA treba da se skladišti na 100%. To je zato što je brzina samopražnjenja SLA baterije 5 puta ili veća od one kod litijumske baterije. U stvari, mnogi kupci će održavati olovnu bateriju u skladištu uz pomoć punjača za kontinuirano održavanje baterije na 100%, tako da se vijek trajanja baterije ne smanjuje zbog skladištenja.

Serijska i paralelna instalacija baterija

Brza i važna napomena: Prilikom ugradnje baterija u seriju i paralelno, važno je da budu usklađene u svim faktorima uključujući kapacitet, napon, otpor, stanje napunjenosti i hemiju. SLA i litijumske baterije ne mogu se koristiti zajedno u istom nizu.

Budući da se SLA baterija smatra „glupom“ baterijom u poređenju s litijumskom (koja ima ploču koja nadgleda i štiti bateriju), ona može podnijeti mnogo više baterija u nizu od litijuma.

Dužina žice litijuma ograničena je komponentama na ploči. Komponente ploče mogu imati ograničenja struje i napona koja će dugi nizovi serije premašiti. Na primjer, serijski niz od četiri litijumske baterije će imati maksimalni napon od 51.2 volta. Drugi faktor je zaštita baterija. Jedna baterija koja prelazi granice zaštite može poremetiti punjenje i pražnjenje čitavog niza baterija. Većina litijumskih žica je ograničena na 6 ili manje (ovisno o modelu), ali veće dužine žica se mogu postići dodatnim inženjeringom.

Postoje mnoge razlike između litijumske baterije i SLA performansi. SLA ne treba odbacivati ​​jer još uvijek ima prednost u odnosu na litijum u nekim aplikacijama. Međutim, litijum je jača baterija u slučajevima viljuškara.

en English
X