Ghidul complet al bateriei cu stivuitor litiu-ion vs plumb-acid

Când vine vorba de alegerea bateriei potrivite pentru aplicația dvs., probabil că aveți o listă de condiții pe care trebuie să le îndepliniți. Câtă tensiune este necesară, care este necesarul de capacitate, ciclic sau standby etc.

Odată ce ați restrâns specificațiile, vă puteți întreba: „Am nevoie de o baterie cu litiu sau de o baterie tradițională sigilată cu plumb acid?” Sau, mai important, „care este diferența dintre litiu și acidul de plumb sigilat?” Există mai mulți factori de luat în considerare înainte de a alege o compoziție chimică a bateriei, deoarece ambii au puncte forte și puncte slabe.

În scopul acestui blog, litiu se referă numai la bateriile cu fosfat de fier litiu (LiFePO4), iar SLA se referă la bateriile cu plumb acid/plumb acid sigilate.

Aici ne uităm la diferențele de performanță dintre bateriile cu litiu și plumb acid

Performanță ciclică Litiu VS SLA

Cea mai notabilă diferență dintre fosfatul de fier litiu și acidul de plumb este faptul că capacitatea bateriei cu litiu este independentă de rata de descărcare. Figura de mai jos compară capacitatea reală ca procent din capacitatea nominală a bateriei față de rata de descărcare exprimată prin C (C este egal cu curentul de descărcare împărțit la capacitatea nominală). Cu rate de descărcare foarte mari, de exemplu .8C, capacitatea bateriei cu plumb acid este de numai 60% din capacitatea nominală.

Capacitatea bateriei cu litiu față de diferite tipuri de baterii cu plumb acid la diferiți curenți de descărcare

Bateriile cu litiu au o durată de viață mai lungă decât orice pachet de alimentare cu plumb-acid. Durata de viață a bateriilor cu plumb-acid este de 1000–1500 de cicluri sau mai puțin. Litiu-ion durează cel puțin 3,000 de cicluri, în funcție de aplicație.

Prin urmare, în aplicațiile ciclice în care rata de descărcare este adesea mai mare de 0.1C, o baterie cu litiu cu o valoare mai mică va avea adesea o capacitate reală mai mare decât o baterie comparabilă cu plumb-acid. Aceasta înseamnă că, la aceeași capacitate, litiu va costa mai mult, dar puteți folosi un litiu cu capacitate mai mică pentru aceeași aplicație la un preț mai mic. Costul de proprietate, atunci când luați în considerare ciclul, crește și mai mult valoarea bateriei cu litiu în comparație cu o baterie cu plumb-acid.

A doua cea mai notabilă diferență între SLA și litiu este performanța ciclică a litiului. Litiul are de zece ori mai mult decât durata de viață a SLA în majoritatea condițiilor. Acest lucru aduce costul pe ciclu al litiului mai mic decât SLA, ceea ce înseamnă că va trebui să înlocuiți o baterie cu litiu mai rar decât SLA într-o aplicație ciclică.

Comparând durata de viață a bateriei LiFePO4 vs SLA

Litiu cu putere constantă VS plumb-acid

Litiu furnizează aceeași cantitate de putere pe parcursul întregului ciclu de descărcare, în timp ce livrarea de energie a unui SLA începe puternic, dar se disipează. Avantajul de putere constantă al litiului este prezentat în graficul de mai jos, care arată tensiunea față de starea de încărcare.

Aici vedem avantajul constant al puterii litiului față de plumb-acid

O baterie cu litiu, așa cum se arată în portocaliu, are o tensiune constantă, deoarece se descarcă pe toată durata de descărcare. Puterea este o funcție de tensiune în funcție de curent. Cererea curentă va fi constantă și astfel puterea furnizată, puterea înmulțită cu curentul, va fi constantă. Deci, să punem asta într-un exemplu din viața reală.

Ați aprins vreodată o lanternă și ați observat că este mai slabă decât ultima dată când ați aprins-o? Acest lucru se datorează faptului că bateria din interiorul lanternei se stinge, dar nu este încă complet moartă. Emite puțină putere, dar nu suficientă pentru a ilumina complet becul.

Dacă aceasta ar fi o baterie cu litiu, becul ar fi la fel de strălucitor de la începutul vieții sale până la sfârșit. În loc să scadă, becul pur și simplu nu s-ar aprinde deloc dacă bateria ar fi descărcată.

Timpi de încărcare de litiu și SLA

Încărcarea bateriilor SLA este notoriu de lentă. În majoritatea aplicațiilor ciclice, trebuie să aveți la dispoziție baterii SLA suplimentare, astfel încât să puteți utiliza în continuare aplicația în timp ce cealaltă baterie se încarcă. În aplicațiile de așteptare, o baterie SLA trebuie menținută la o încărcare flotantă.

Cu bateriile cu litiu, încărcarea este de patru ori mai rapidă decât SLA. Încărcarea mai rapidă înseamnă că bateria este utilizată mai mult timp și, prin urmare, necesită mai puține baterii. De asemenea, se recuperează rapid după un eveniment (cum ar fi o aplicație de rezervă sau de așteptare). Ca bonus, nu este nevoie să păstrați litiul la o taxă flotantă pentru stocare. Pentru mai multe informații despre cum să încărcați o baterie cu litiu, consultați încărcarea cu litiu
Ghid.

Performanța bateriei la temperatură ridicată

Performanța litiului este cu mult superioară decât SLA în aplicații la temperaturi înalte. De fapt, litiul la 55°C are încă de două ori mai multă durată de viață decât SLA la temperatura camerei. Litiul va depăși plumbul în majoritatea condițiilor, dar este deosebit de puternic la temperaturi ridicate.

Ciclu de viață față de diferite temperaturi pentru bateriile LiFePO4

Performanța bateriei la temperatură rece

Temperaturile scăzute pot cauza o reducere semnificativă a capacității pentru toate componentele chimice ale bateriei. Știind acest lucru, există două lucruri de luat în considerare atunci când evaluați o baterie pentru utilizarea la temperaturi scăzute: încărcarea și descărcarea. O baterie cu litiu nu acceptă o încărcare la o temperatură scăzută (sub 32° F). Cu toate acestea, un SLA poate accepta încărcări de curent scăzut la o temperatură scăzută.

În schimb, o baterie cu litiu are o capacitate de descărcare mai mare la temperaturi scăzute decât SLA. Aceasta înseamnă că bateriile cu litiu nu trebuie să fie prea proiectate pentru temperaturi scăzute, dar încărcarea ar putea fi un factor limitator. La 0°F, litiul este descărcat la 70% din capacitatea sa nominală, dar SLA este la 45%.

Un lucru de luat în considerare la temperaturi scăzute este starea bateriei cu litiu atunci când doriți să o încărcați. Dacă bateria tocmai a terminat de descărcat, bateria va fi generat suficientă căldură pentru a accepta o încărcare. Dacă bateria a avut șansa să se răcească, este posibil să nu accepte încărcare dacă temperatura este sub 32°F.

Instalarea bateriei

Dacă ați încercat vreodată să instalați o baterie cu plumb-acid, știți cât de important este să nu o instalați într-o poziție inversată pentru a preveni eventualele probleme cu aerisirea. În timp ce un SLA este proiectat să nu curgă, orificiile de ventilație permit o anumită eliberare reziduală a gazelor.

Într-un design de baterie cu litiu, celulele sunt toate sigilate individual și nu pot curge. Aceasta înseamnă că nu există nicio restricție în orientarea instalării unei baterii cu litiu. Poate fi instalat pe o parte, cu susul în jos sau în picioare, fără probleme.

Comparația greutății bateriei

Litiu, în medie, este cu 55% mai ușor decât SLA, așa că este mai ușor de mutat sau instalat.

Ciclu de viață față de diferite temperaturi pentru bateriile LiFePO4

Stocare baterie SLA VS litiu

Litiul nu ar trebui să fie stocat la 100% Starea de încărcare (SOC), în timp ce SLA trebuie stocat la 100%. Acest lucru se datorează faptului că rata de auto-descărcare a unei baterii SLA este de 5 ori sau mai mare decât cea a unei baterii cu litiu. De fapt, mulți clienți vor menține o baterie cu plumb acid în depozit cu un încărcător de curent pentru a menține în mod continuu bateria la 100%, astfel încât durata de viață a bateriei să nu scadă din cauza stocării.

Instalare baterie în serie și paralelă

O notă rapidă și importantă: atunci când instalați bateriile în serie și în paralel, este important ca acestea să fie potrivite pentru toți factorii, inclusiv capacitatea, tensiunea, rezistența, starea de încărcare și chimia. Bateriile SLA și cu litiu nu pot fi folosite împreună în același șir.

Deoarece o baterie SLA este considerată o baterie „prost” în comparație cu litiu (care are o placă de circuit care monitorizează și protejează bateria), poate gestiona mult mai multe baterii într-un șir decât litiu.

Lungimea șirului de litiu este limitată de componentele de pe placa de circuit. Componentele plăcii de circuite pot avea limitări de curent și tensiune pe care șirurile de serie lungă le vor depăși. De exemplu, o serie de patru baterii cu litiu va avea o tensiune maximă de 51.2 volți. Un al doilea factor este protecția bateriilor. O baterie care depășește limitele de protecție poate perturba încărcarea și descărcarea întregului șir de baterii. Majoritatea corzilor de litiu sunt limitate la 6 sau mai puțin (în funcție de model), dar lungimi mai mari ale șirurilor pot fi atinse cu inginerie suplimentară.

Există multe diferențe între bateria cu litiu și performanța SLA. SLA nu ar trebui să fie redus, deoarece are încă un avantaj față de litiu în unele aplicații. Cu toate acestea, litiul este bateria mai puternică în cazul camioanelor cu furcă.