194017 г. Санкт-Петербург,Проспект Тореза, 98, корпус 1

Время работы: с 10:00 до 18:00 кроме СБ и ВС

Батареи: LiFePO4 против AGM

Батареи: LiFePO4 против AGM применительно к яхтам

 Надеемся, что этот пост поможет Вам в принятии решений.

Из года в год покупка литий-ионных аккумуляторов набирает обороты. Для непосвященных легко отмахнуться от Литий-ионных батарей как дорогой альтернативы технологиям VRLA (свинцово-кислотным с регулировкой клапанами), например AGM (абсорбированный стеклянный мат), если просто взглянуть на значение в ампер-часах (А-ч). Это первая ошибка, которую можно сделать, не углубившись в суть вопроса. После изучения станет ясно, что при выборе лучших батарей для Вашего варианта энергосистемы нужно учитывать гораздо больше характеристик, чем оценка Ампер-Часов и стоимости АКБ.

В настоящее время выбор сервисных АКБ для яхт часто сводится к LiFePO4 или AGM батареям. В приведенных ниже сравнениях, хотя и показаны батареи GEL, они имеют более низкую эффективную емкость при высоких токах разряда. Они стоят примерно так же, как AGM, при условии, что оба типа являются моноблоками, а не 2-вольтовыми ячейками с длительным сроком службы. Свинцовые аккумуляторы с жидким кислотным электролитом (FLA), хотя и упоминаемые, не рассматриваются в рамках этого конкретного сравнения, главным образом из-за соображений технического обслуживания и безопасности в морской среде. Это, конечно, может не относиться к другим рынкам.

Полезная энергия и стоимость

Общепринято, что наиболее экономичная и практичная глубина разряда (DOD):
—  для AGM составляет 50%.
—  для LiFePO4 (LFP) составляет 80%, которые являются самыми безопасными из основных типов литий-ионных аккумуляторов.

Как это работает реально?


             Давайте возьмем два примера батарей Victron на 24 В и сравним полезную энергию для маленькой яхты:

  • 1 х Victron LiFePO4 24 Вольта 180 Ампер-Час

Номинальное напряжение элемента LFP составляет 3,3 Вольта. Эта батарея 26,4 В LFP состоит из 8 элементов, соединенных последовательно с номиналом 180 Ампер-часов. Доступная энергия составляет 26,4 х 180 = 4,75 кВт/час. Полезная энергия составляет 26,4 х 180 х 0,80 = 3,8 кВт/час .

  • 2 х Victron AGM 12 Вольт 220 Ампер-Час

Номинальное напряжение свинцово-кислотного элемента составляет 2,0 Вольт/элемент. Каждая 12 Вольт моноблочная батарея состоит из 6-ти последовательно соединенных элементов и имеет номинал 220 Ампер-часов. При последовательном соединении 2 х 12 Вольт 220 Ампер-часов аккумуляторов, обеспечивающих 24 Вольта и 220 Ампер-часов, доступная энергия составляет 24,0 х 220 = 5,28 кВт/час. Полезная энергия составляет 24 х 220 х 0,50 = 2,64 кВт/час.

В связи с этим возникает вопрос, какой показатель АА для батарей AGM будет эквивалентен 3,8 кВт полезной энергии литий-ионной батареи? Чтобы получить 3,8 кВт-ч полезной энергии от батареи AGM, для начала потребуется удвоение этого размера из-за правила экономии 50% DOD, то есть 3,8 x 2 = 7,6 кВт-ч. При 24 В это означает 7600/24, что дает нам номинал батареи 316,66 Ампер-час, что приближается к удвоенной номинальной емкости литий-ионного аккумулятора 24 В 180 Ампер-час. 
Обратите внимание, что это не учитывает старение батарей, снижение температуры или влияние более высоких нагрузок. Для батарей AGM более высокие нагрузки оказывают большее влияние, чем на литиевые. 

 Исходя из всего этого, разумно сказать, что батарея AGM должна иметь в два раза больше Ампер-часов, чем литиевая.

Как насчет цены? Используя прайс-лист Victron, мы видим, что
—  AGM 12 В 220 Ач составляет € 470 без НДС или 2,136 €/Ач. Для 316,66 Ач это эквивалентно 676,50 евро при 12 В или 1 353 евро при 24 В.
—  LiFePO4 на 24 В 180 Ач стоит 4 704 евро на то же количество полезной энергии и поэтому 4 704/ 1,353 = в 3,48 раза дороже (или меньше, если мы учитывать эффективную емкость батарей)

Исходя из этого, вы можете сразу сделать вывод, что литий не является экономически эффективным, однако полезная энергия по сравнению с ценой — это только часть истории.

Вес

Номинальные характеристики батарей — Ah, независимо от типа, указаны с для 20 часов разряда.
 Это хорошо для легких нагрузок, но, так как количество нагрузок и размер нагрузок со временем увеличивались, пришлось учитывать высокие краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные нагрузки для различных типов оборудования. Это требует большой аккумулятор и становится ясно, насколько тяжелее свинцовая батарея литиевой.  Свинцовая для одинаковых электрических параметров     1360/336 = в 4 раза тяжелее.

Полезная энергия: влияние на разрядную емкость и напряжение при различных нагрузках

Как указывалось ранее, большинство аккумуляторных батарей имеют рейтинг при разряде 20 часов. На рисунке ниже для свинцово-кислотной батареи, если это была батарея на 100 Ач с разрядом 20 часов, вы можете видеть, что 0,05C означает 100 х 0,05 = 5 А в течение 20 часов = 100 Ач, пока батарея полностью не разрядится. Поскольку мы используем только 50% батареи, мы видим, что напряжение при 50% DOD все равно будет 24 В для нагрузки 5 А в течение 10 часов, и поэтому мы бы потребляли 50 Ач.

Увеличение потребления тока (как показано на графиках ниже) может повлиять на доступную полезную энергию и напряжение аккумулятора. Это эффективное сокращение рейтинга известно как эффект Пейкерта. Со свинцовой АКБ, чем выше нагрузка, тем больше вам нужно увеличить емкость батареи Ач. Однако, для LiFePO4 нагрузка, даже в 10 раз большая при 0,5C, может иметь напряжение на клеммах 24 В при 80% DOD / 20% SOC , не повышая значение Ач батареи. Это то, что делает литий особенно подходящим для высоких нагрузок.

Примечание. На графиках ниже показана емкость разряда в зависимости от напряжения на клеммах. Обычно вы видите на графиках AGM время разряда в зависимости от напряжение на клеммах. Причина, по которой мы строим емкость разряда (вместо времени разряда), заключается в том, что у лития более высокое и более стабильное напряжение на клеммах, чем у AGM, поэтому построение графиков с учетом емкости разряда дает более точное сравнение химического состава, показывая, что литий увеличивает полезную энергию при более высоких нагрузках из-за более высоких и стабильных напряжений на клеммах. Хотя вы можете считать это серой зоной (отчасти и из-за различного внутреннего сопротивления батарей), это, вероятно, единственный верный способ сравнения технологий. Это дополнительно продемонстрировано на изображенных ниже графиках.

Литий — емкость разряда против напряжения на клеммах

Свинцово-кислотный — емкость разряда против напряжения на клеммах

Полезная энергия (свинцово-кислотная)

Полезная энергия (литий)

Эффективность зарядки

Многое из того, что мы видели в процессе разряда, верно и в обратном процессе зарядки. Не расстраивайтесь из-за больших размеров генератора, показанных ниже, так как этот блог просто показывает ряд сценариев. Решения в принципе масштабируемы. Сначала давайте сравним эффективность зарядки свинцовой АКБ слева с литиевой справа во время полного цикла зарядки. Зарядка последних 20% свинцово-кислотных аккумуляторных батарей всегда медленная и неэффективная по сравнению с литиевыми. Это подтверждается расходами на топливо генератора (или на используемые вами источники зарядки) на изображениях ниже. Обратите внимание на разницу во времени зарядки тоже.

Примечание: 

Рекомендуемый ток зарядки для батарей AGM большого размера составляет 0,2C, т.е. 120А для батареи 600А, состоящей из параллельных блоков по 200Ач.

Более высокие токи зарядки нагревают батарею (температурная компенсация, измерение напряжения и хорошая вентиляция абсолютно необходимы в таком случае для предотвращения теплового разгона), а благодаря внутреннему сопротивлению поглощающее напряжение будет достигаться, когда батарея заряжена только на 60%. или меньше, что приводит к более длительному времени поглощения, необходимому для полной зарядки батареи.

Поэтому высокоскоростная зарядка существенно не сократит время зарядки свинцово-кислотной батареи.

Для сравнения, литиевая батарея 200 Ач может заряжаться током до 500 Ампер, однако рекомендуемый ток зарядки для максимального срока службы составляет 100 А (0,5 С) или менее. Опять же, это показывает, что и в разряде, и в заряде литий превосходит.

Расход топлива генератора в 3 раза больше для свинцовых АКБ, добавьте к этому больший расход ресурса генератора и пересчитайте в затраты. Также учтите тот вариант, если у Вас доставка топлива, например, на далекие кордоны заповедника.

Выбор батареи, рынки и срок службы

В зависимости от того, как вы относитесь к аккумулятору, вы можете разумно ожидать, что диапазон циклов ниже, при условии, что DOD и банки аккумуляторов имеют правильный размер для нагрузки. Рабочая температура также влияет. Чем горячее батарея, тем меньше она прослужит. Емкость батареи также уменьшается с температурой окружающей среды. Базовая линия для изменений из-за температуры составляет 25 градусов по Цельсию.

Выводы

Очевидно, что батареи AGM необходимо будет менять чаще, чем литиевые. Стоит помнить об этом, поскольку это влечет за собой затраты времени, установки и транспортировки, что дополнительно сводит на нет более высокие начальные капитальные затраты на литий, так же как и более низкую стоимость зарядки лития.

Независимо от того, какой тип батареи Вы выберете, с самого начала есть и капитальные затраты, и технологический риск. Если вы обладаете достаточным капиталом для более высоких первоначальных затрат на литий, вы можете обнаружить, что этот выбор является экономически эффективным с течением времени. Многое из этого зависит от знаний оператора и того, как они относятся к системе батарей. Существует старая поговорка, что батареи не умирают, их убивают. Надлежащая практика использования батарей — это ваша страховка от раннего отказа, независимо от используемой технологии.

LiFePO4 против AGM? Выбор за вами. Лично я считаю, что настало время рассматривать литий в морской промышленности как экономически эффективное, надежное и высокопроизводительное решение. 

Тест-драйв литий-ионной батареи Tesla Model S — ни один уважающий себя производитель электромобилей по-прежнему не будет использовать технологии аккумуляторов на основе свинцово-кислотных аккумуляторов.

 Время для морской индустрии наверстать упущенное?

Добавить Комментарий

Copyright © 2010 - 2020 ООО "ТРИО". All Rights Reserved.

Copyright © 2010 - 2020 ООО "ТРИО". All Rights Reserved.