Какви са сценариите за прилагане на цилиндрични lifepo4 батерии?

Приложения в електромобили на цилиндрични батерии LiFePO4

Интеграция в електромобили и индустриални машини

Цилиндричният батерей LiFePO4 променя начина, по който мислим за електрическите превозни средства и автоматизацията в заводите, благодарение на модулната си конструкция и значително по-добрите показатели за безопасност в сравнение с другите опции. Тези батерии нямат проблеми с термичното разбягване и могат да поемат значително физическо натоварване, без да се повредят. Затова те се използват навсякъде – от обикновени пътнически електромобили до големите автоматизирани роботи-електрокари, които работят в складове ден след ден. Вземете конкретно електрическите роботи-електрокари – когато са оборудвани с батерийни блокове LiFePO4, те работят около 30 процента по-дълго между зарежданията в сравнение със старите оловно-киселинни системи. Още по-добре е, че те продължават да работят надеждно дори когато температурата се покачи до около 60 градуса по Целзий (което е приблизително 140 градуса по Фаренхайт). Не е изненадващо, че много индустрии вече започват да преминават към тази технология за тежките работни условия.

Предимства в перформанса на електрическите трансмисии

Цилиндричният дизайн на батериите работи по-добре при управлението на топлината, което означава, че батериите LiFePO4 могат да поемат доста високи токове на изтощение – около три пъти номиналния си капацитет непрекъснато – без да пада нивото на напрежението, което е от решаващо значение по време на рязко ускорение или при улавянето на енергия чрез системи за рекуперативно спиране. Всъщност полеви тестове са показали, че тези цилиндрични клетки LiFePO4 осигуряват около 15 процента по-добра енергийна ефективност в сравнение с призматичните им аналогове в задвижванията на електромобили. Разликата става особено забележима при градски камиони за доставки, които постоянно тръгват и спират през деня.

Пример за изследване: Леки електрически търговски превозни средства

В началото на 2023 г. тестови пробег с участието на петдесет електрически камиона за доставки показа значителни икономии при използването на цилиндрични батерии от типа LiFePO4 вместо обичайните такива. Тези батерии продължаваха да работят отлично дори след около 1200 цикъла на зареждане, като запазваха около 92% от първоначалния си капацитет. Освен това, поддръжката им струваше на компаниите приблизително с 40% по-малко в сравнение със стандартните NMC батерийни системи, от които все още се използват масово. Имаше и още нещо, което също заслужава внимание. Тъй като тези батерийни пакети бяха модулни и се сглобяваха като строителни блокчета, размяната на изтощените ставаше много бързо. За предприятия, които използват непрекъснато превозните си средства ден след ден, това означаваше по-бързо връщане на автомобилите в употреба. Спечеленото време беше съкратено почти с три четвърти, което е от решаващо значение по време на натоварените сезони за доставки, когато всяка минута има значение.

Модулни цилиндрични батерийни пакети: тенденции в проектирането на ЕВ

Производителите на автомобили започнаха да преминават към тези гъвкави цилиндрични клетки в последно време, особено тези 4680 LiFePO4 батерии, които могат да повишат енергийната плътност на батерията над 160 Wh на килограм, докато опростяват производството като цяло. Прелестта на този дизайн е начинът, по който работи при различни нужди за напрежение. Говорим за всичко, от основни 48-волтови системи, които захранват осветление и климатичен контрол, до високомощните 800-волтови системи, необходими за свръхбързи зарядни станции. Освен това, превозните средства, изградени с тази система, могат действително да получават увеличения на капацитета с течение на времето, без да се налага пълна смяна на батериите през целия им експлоатационен срок.

Възобновяема енергия и стационарни системи за съхранение

LiFePO4 цилиндрични батерии в слънчеви и вятърни хибридни системи за съхранение

Когато става въпрос за съхраняване на енергия от слънчева и вятърна енергия заедно, цилиндричните батерии LiFePO4 се отличават, защото работят много добре и поемат топлината доста успешно. Според проучване, публикувано от MDPI през 2022 г., изследващо как различни системи съхраняват енергия в неподвижни условия, тези батерийни системи постигат около 98,5% ефективност, когато се тестват в реални ситуации. Това е далеч по-добре в сравнение с традиционните оловни киселинни батерии, които просто не могат да се конкурират. Формата на тези батерии им помага да останат охладени дори при бързо зареждане от тези непредсказуеми източници на зелена енергия. Това е особено важно в региони, където температурите рязко се променят и понякога надхвърлят 40 градуса по Целзий. Способността им да поемат топлината, без да се прегрят, ги прави особено полезни в такива екстремни условия.

Дълъг цикъл на живот: 6 000+ цикъла в реални неподвижни условия

В реални условия се установява, че цилиндричните елементи LiFePO4 могат да запазят около 80% от първоначалния си капацитет дори след повече от 6 000 пълни цикъла на зареждане и изтощване, когато се използват в мащаб за електрически мрежи. Подобна производителност означава приблизително 16 години ежедневна употреба, ако тези елементи се използват всеки ден в домакински системи за съхранение на енергия от слънце. Продължителният живот на елементите намалява така наречената уеднаквена цена на енергията с около една трета в сравнение с традиционните технологии на литиеви батерии. Няколко фактора допринасят за тази забележителна издръжливост. Първо, специални катодни материали предотвратяват разтварянето на желязо по време на работа. Второ, цилиндричният формат равномерно разпределя налягането в цялата структура на елемента. И накрая, тези батерии формират много стабилен твърд електролитен интерфейсен слой, който остава непроменен през хилядите цикъла на зареждане.

Модулни дизайн решения за мащабируемост в промишлено и жилищно съхранение

Стандартизираните цилиндрични формати като 32650 и 40152 осигуряват лесно мащабиране от 5kWh домашни системи до 100MWh инсталации за обществено използване. Производителите постигат 22% намаление в разходите за kWh чрез модулни конструкции, които поддържат следното:

Тази гъвкавост прави цилиндричните батерии LiFePO4 основа на енергийните системи на следващото поколение, особено за ВЕИ проекти изискващи стъпаловиден ръст на капацитета.

Индустриални и автоматизирани логистически приложения

Захранване на АГВ и автоматизирани системи за транспортиране на материали

Цилиндричният батерей LiFePO4 се превърна в промяна на правилата за автоматизираните логистически системи в различни индустрии. Тези енергийни блокове поддържат автоматичните возила (AGV) и другото оборудване за транспортиране на материали да работят безпроблемно в места като автомобилни фабрики, складове за лекарства и центрове за изпълнение на онлайн поръчки. Какво ги прави уникални? Те могат да работят непрекъснато дори при високи скорости на изтощване (около 3C). Това означава, че се зареждат бързо по време на кратките периоди на поддръжка и все още постигат около 98% оперативно време в контролирани температурни условия. Най-големият тест е в натоварени съоръжения, където автоматичните насочени превозни средства редовно транспортират повече от пет тона стоки на ден, без да пропуснат нито един ритъм.

Термични характеристики на цилиндричните клетки при непрекъснат товар

Цилиндричните конструкции се справят много добре с поддържането на ниска температура при дълготрайна работа. Нашите тестове показаха, че след 12 часа непрекъсната работа повърхностите остават под 50 градуса по Целзий (около 122 по Фаренхайт), което е с около 35 процента по-студено в сравнение с това, което виждаме при призматични клетки, изпълняващи сходни задачи. Начинът, по който тези клетки отводняват топлината, намалява изискванията за охлаждане с около 40% в сравнение с призматични аналогове. Поддръжката става много по-лесна и за компаниите, управляващи големи количества палетни шатли и роботи за сортиране, тъй като всички могат да използват стандартните размери на клетки 32650 или 40152. Повече няма нужда да се съхраняват различни части за различни машини.

Енергийни решения за автономно захранване, резервно и преносимо захранване

Системи за автономно енергоснабдяване с цилиндрични клетки LiFePO4

Когато става въпрос за автономни решения за захранване, цилиндричните LiFePO4 клетки се открояват като първи избор благодарение на способността си да работят надеждно дори когато температурите паднат под нулата или се покачат над стайната температура (те работят добре между -20 градуса по Целзий и до 60 градуса). Тези батерии имат значително по-дълъг живот в сравнение с много алтернативи. Това, което ги прави наистина специални, е тяхната възможност за мащабиране нагоре или надолу в зависимост от нуждите. Една малка вила може да има нужда от около 5 киловатчаса, докато по-големи инсталации за отдалечени села може да изискват около 500 kWh. В сравнение с призматичните клетки, тези цилиндрични версии не се разширяват толкова много при многократни цикли на зареждане. Те са тествани през хиляди цикли на зареждане/рязко изтощаване и все още запазват около 80 процента от първоначалния си капацитет след като са били използвани в хибридни слънчеви и вятърни системи почти петнадесет години подред.

Надеждно резервно захранване за телекомуникации и критична инфраструктура

Цилиндричните батерии LiFePO4 стават основни за нуждите на критичната инфраструктура, осигурявайки непрекъснато захранване, което продължава повече от 72 часа, когато мобилните кули преживеят прекъсване на тока. Тези батерии всъщност имат около 40 процента по-добри резултати от традиционните никелови варианти по отношение на броя пълнене и изтощване. Дизайнът включва издръжливи корпуси от неръждаема стомана, както и интелигентни вентилационни системи, които им помагат да издържат строгите тестове за безопасност UL1973. Особеното им качество е способността да предотвратяват опасни ситуации с прегряване, което е от голямо значение в тесни помещения като сървърни стаи, където натрупването на топлина може да е проблем.

Портативни и домашни системи за съхранение на енергия за потребителска употреба

Цилиндричните батерийни блокове с LiFePO4 технология по-скоро са поели контрола върху сцената на преносимата енергия напоследък. Те се намират вътре в около 90 процента от тези станции с вградена соларна технология в диапазона 1 до 5 kWh, защото понасят добре вибрациите и се подреждат старателно един до друг. За решения за домашно съхранение на енергия, потребителите всъщност могат да свържат до 20 отделни модула чрез технология за комуникация чрез CAN шина. Това позволява на системата автоматично да пренасочва натоварванията по време на високи електроцени. Вземете например стандартна 10 kWh уредба, монтирана на стена. Когато се комбинира с няколко покривни соларни панела, този вид настройка намалява зависимостта от основната електропреносна мрежа с приблизително 70%. Това прави голяма разлика за домакинства, които искат да спестяват пари, докато намалят едновременно въглеродния си отпечатък.

Сигурност и разширяемост в модулни автономни системи

Модулните цилиндрични LiFePO4 системи предлагат подобрена мащабируемост и безопасност чрез:

• Масштабируема капацитет : Добавяйте по 2,5 kWh без преинициализация на системата за управление на батерии
• Централизирано термично управление : Един охлаждащ модул на стелаж вместо системи на ниво отделна батерия
• Проект „Fail-Safe“ : Индивидуално предпазване на отделните батерии предотвратява каскадни повреди

Тази архитектура позволява бързо разширение на капацитета, за да се отговори на нарастващите енергийни нужди, като се запази сертификата за противопожарна безопасност UL9540A.

Технически и икономически предимства на цилиндричния LiFePO4 дизайн

Превъзходно отвеждане на топлина и механична стабилност на цилиндричната конструкция

Цилиндричните конструкции разпределят топлината във всички посоки, което помага да се поддържа оптималният температурен диапазон – от около минус 20 градуса по Целзий до около 60 градуса, дори и при интензивна работа. Балансираната форма на тези батерии разпределя натоварването равномерно в целия материал, което намалява степента на деформация в сравнение с други форми. Някои изпитвания показаха намаление с около две трети в скоростта на деформация в сравнение с призматични клетки, съгласно данни, публикувани миналата година в "Battery Engineering Reports". Поради тази устойчивост към физическо натоварване, много производители предпочитат цилиндрични LiFePO4 клетки за приложения, които включват значително тресене или вибрации, като електрически превозни средства и тежкотоварно оборудване. Плик клетките често имат проблеми с отделянето на вътрешните си слоеве с течение на времето в подобни условия.

Изгодност по отношение на разходите при масово производство спрямо призматични и плик клетки

Цилиндричният дизайн на клетките работи много добре с автоматизираните производствени съоръжения, което означава, че те могат да произведат около 40 процента повече единици в сравнение с плоските призматични клетки. Освен това, цената пада до около 87 долара за киловатчас, което ги прави приблизително с 15% по-евтини в сравнение с опциите с торбички. Когато става въпрос за стандартни размери като популярните модели 32650 и 26700, тези размери значително улесняват роботите по време на опаковъчната сглобка. Според данни от индустрията от миналата година, тази настройка всъщност намалява разходите за труд с почти една трета. Всички тези ефективности осигуряват на производителите по-голяма гъвкавост при мащабирането на операциите както за проекти в областта на възобновяемата енергия, така и за различни индустриални нужди, като в същото време се поддържат високи стандарти за качество на продукта в различни пазари.

Сравнение в реални условия: Цилиндрични клетки спрямо други формати на батерии

Данни от 12 MW слънчеви инсталации показват, че цилиндричните пакети LiFePO4 запазват 92% от капацитета си след 8 години, което е по-добро от призматичните (84%) и торбичните (73%) аналогове. Поради модулния си дизайн те също позволяват подмяна на отделни клетки, което намалява разходите за поддръжка с 55% на дълъг срок.

Често задавани въпроси

Какви са предимствата от използването на цилиндрични LiFePO4 батерии в електрически превозни средства?

Цилиндричните LiFePO4 батерии предлагат подобрена безопасност, по-дълъг живот, по-добро управление на топлината и повишенa енергийна ефективност в сравнение с други типове батерии. Те са особено предимни за приложения, изискващи бързо ускорение и системи за възстановяване на енергия.

Как се представят цилиндричните LiFePO4 батерии при съхранение на енергия от възобновяеми източници?

Тези батерии предлагат висока ефективност (до 98.5%) и отлично управление на топлината, което ги прави идеални за съхраняване на енергия от променливи възобновяеми източници като слънчева и вятърна енергия.

Могат ли цилиндричните LiFePO4 батерии да се използват в автономни енергийни решения?

Да, тези батерии са подходящи за автономни решения, предлагайки надеждност и мащабируемост в различни температурни диапазони, осигурявайки дълготрайна енергия както за малки вили, така и за по-големи инсталации.

Какъв е животът на цилиндрична LiFePO4 батерия?

Вече на LiFePO4 цилиндрични батерии може да надхвърли 6 000 цикъла, което съответства на приблизително 16 години ежедневна употреба без значителна загуба на капацитет.

LiFePO4 цилиндричните батерии струват ли си парите?

Да, те са рентабилни поради по-ниски разходи за монтаж и поддръжка, намалени нива на откази и по-дълъг срок на живот, което ги прави жизнеспособен избор за индустриални и жилищни приложения.