В каких сценариях применяются цилиндрические батареи lifepo4?

Применение цилиндрических аккумуляторов LiFePO4 в электромобилях

Интеграция в электромобили и промышленные машины

Цилиндрический аккумулятор LiFePO4 меняет подход к электромобилям и автоматизации производства благодаря модульной конструкции и значительно лучшему уровню безопасности по сравнению с другими вариантами. Эти батареи не страдают от проблем теплового разгона и могут выдерживать значительные физические нагрузки без выхода из строя. Именно поэтому они встречаются повсеместно — от обычных пассажирских электромобилей до крупных автоматизированных погрузчиков, работающих в складах день за днем. Возьмем, к примеру, электрические погрузчики — при использовании батарейных блоков LiFePO4 они работают примерно на 30% дольше между зарядками по сравнению со старыми свинцово-кислотными системами. Ещё один плюс — они продолжают надежно работать даже при температуре около 60 градусов Цельсия (что составляет примерно 140 по Фаренгейту). Неудивительно, что многие отрасли начали переходить на эту технологию для эксплуатации в тяжелых условиях.

Эксплуатационные преимущества в электрических трансмиссиях

Цилиндрические аккумуляторные конструкции лучше справляются с отводом тепла, что позволяет LiFePO4-батареям обеспечивать впечатляющие показатели разряда, примерно в три раза превышающие их ёмкость, без падения уровня напряжения — это особенно важно при резком ускорении или при рекуперации энергии торможения. Проведенные испытания показали, что цилиндрические элементы LiFePO4 обеспечивают примерно на 15% более высокую энергоэффективность по сравнению с призматическими аналогами в силовых установках электромобилей. Это различие особенно заметно в городских грузовиках доставки, которые в течение дня постоянно останавливаются и снова трогаются с места.

Кейс: Легкие электрические коммерческие транспортные средства

В начале 2023 года испытания с участием пятидесяти электрических фургонов для доставки показали довольно впечатляющую экономию средств при использовании цилиндрических батарей LiFePO4 вместо обычных. Эти батареи продолжали отлично работать даже после примерно 1200 циклов зарядки, сохраняя около 92% своей первоначальной емкости. И вот что еще: обслуживание обходилось компаниям примерно на 40% дешевле по сравнению со старыми системами батарей NMC, от которых большинство людей все еще зависят. Плюс был еще один важный момент. Поскольку эти батарейные блоки состояли из модулей, которые соединялись как строительные блоки, замена разряженных модулей стала чрезвычайно быстрой. Для предприятий, эксплуатирующих грузовики без остановки день за днем, это означало гораздо более быстрое возвращение транспортных средств к работе. Речь идет о сокращении времени ожидания почти на три четверти, что имеет огромное значение в напряженные сезоны доставки, когда каждая минута на счету.

Модульные цилиндрические батарейные блоки: тенденции в проектировании электромобилей

Производители автомобилей в последнее время начали переходить к этим гибким цилиндрическим элементам, особенно к тем, которые имеют размер 4680 и позволяют увеличить плотность энергии батарейного блока свыше 160 Вт·ч на кг, одновременно упрощая производство. Красота этой конструкции заключается в том, как она работает при различных требованиях к напряжению. Речь идет обо всем — от базовых систем на 48 вольт, питающих освещение и климат-контроль, до высокомощных установок на 800 вольт, необходимых для сверхбыстрых зарядных станций. Кроме того, транспортные средства, построенные с использованием этой системы, могут наращивать емкость со временем, без необходимости полной замены батареи в течение всего срока службы.

Возобновляемая энергетика и стационарные системы хранения

Цилиндрические литиево-железо-фосфатные (LiFePO4) батареи для гибридных систем хранения солнечной и ветровой энергии

При хранении энергии, получаемой от солнечных и ветровых электростанций, литиевые цилиндрические аккумуляторы LiFePO4 выделяются благодаря своей высокой эффективности и хорошей термостойкости. Согласно исследованию, опубликованному MDPI в 2022 году, в ходе которого изучалась эффективность различных стационарных систем хранения энергии, в реальных условиях такие батареи демонстрируют эффективность около 98,5%. Это намного превосходит традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы, которые не в состоянии конкурировать по таким параметрам. Цилиндрическая форма батарей способствует их эффективному охлаждению даже при быстрой зарядке от непостоянных источников «зеленой» энергии. Это особенно важно в регионах с резкими перепадами температур, которые могут превышать 40 градусов Цельсия. Способность к терморегулированию без перегрева делает их особенно полезными в таких экстремальных условиях.

Долгий цикл жизни: 6 000+ циклов в реальном стационарном использовании

Испытания в реальных условиях показывают, что цилиндрические элементы LiFePO4 могут сохранять около 80% своей первоначальной емкости даже после более чем 6000 глубоких циклов зарядки-разрядки при использовании в промышленных масштабах для электросетей. Такая производительность эквивалентна примерно 16 годам ежедневной эксплуатации, если эти элементы используются ежедневно в бытовых системах хранения солнечной энергии. Продленный срок службы снижает так называемую удельную стоимость энергии примерно на треть по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторными технологиями. Несколько факторов способствуют этой впечатляющей долговечности. Во-первых, специальные катодные материалы помогают предотвратить растворение железа во время работы. Во-вторых, цилиндрическая форма равномерно распределяет давление по всей структуре элемента. И, наконец, эти батареи формируют очень стабильный слой твердого электролитного интерфейса, который остается целым на протяжении тысяч циклов зарядки.

Масштабируемые модульные конструкции для коммунального и бытового хранения

Стандартизированные цилиндрические форматы, такие как 32650 и 40152, обеспечивают беспрепятственное масштабирование от бытовых систем мощностью 5 кВт·ч до промышленных установок мощностью 100 МВт·ч. Производители достигают снижения стоимости на 22% на кВт·ч за счет модульных конструкций стоек, которые поддерживают:

Эта гибкость делает цилиндрические аккумуляторы LiFePO4 основой энергетических систем нового поколения, особенно для проектов с использованием возобновляемых источников энергии, требующих постепенного увеличения мощности

Промышленные и автоматизированные логистические приложения

Электропитание АГВ и автоматизированных систем погрузки-разгрузки

Цилиндрический аккумулятор LiFePO4 стал революционным решением для автоматизированных логистических систем в различных отраслях. Эти силовые установки обеспечивают бесперебойную работу автоматизированных наземных транспортных средств (AGV) и другого оборудования для перемещения грузов на таких объектах, как автомобильные заводы, склады лекарств и центры исполнения интернет-заказов. Что делает их особенными? Они способны работать непрерывно даже при высокой скорости разряда (около 3C). Это означает, что они быстро заряжаются в течение коротких периодов технического обслуживания и при этом обеспечивают почти 98% времени работы в условиях контролируемой температуры. Настоящее испытание происходит на оживленных предприятиях, где автоматизированные транспортные средства ежедневно перевозят более пяти тонн грузов без сбоев.

Тепловые характеристики цилиндрических элементов при непрерывной нагрузке

Цилиндрические конструкции отлично справляются с охлаждением при длительной работе. В ходе наших испытаний было установлено, что температура поверхностей остается ниже 50 градусов Цельсия (около 122 по Фаренгейту) после 12 часов непрерывной работы, что примерно на 35 процентов ниже, чем у пакетных элементов при аналогичных нагрузках. За счет эффективного управления теплом, потребность в охлаждении снижается примерно на 40 процентов по сравнению с призматическими аналогами. Обслуживание становится намного проще для компаний, управляющих большим количеством штабелеров и сортировочных роботов, так как все могут использовать стандартные размеры элементов 32650 или 40152. Больше нет необходимости хранить разные запчасти для разных машин.

Системы резервного, портативного и внегридного электропитания

Системы внегридной энергетики с использованием цилиндрических элементов LiFePO4

Что касается решений для внедорожных электросетей, цилиндрические элементы LiFePO4 выделяются как один из лучших вариантов благодаря своей способности надежно работать даже при температурах ниже нуля или выше комнатной (они хорошо работают в диапазоне от -20 градусов Цельсия до 60 градусов). Эти батареи служат намного дольше, чем многие альтернативы. То, что делает их действительно особенными, — это возможность масштабирования вверх или вниз в зависимости от потребностей. Небольшой домик может нуждаться всего в 5 киловатт-часах, тогда как для более крупных установок в удаленных деревнях может потребоваться около 500 кВт·ч. По сравнению с призматическими элементами, эти цилиндрические версии меньше раздуваются при повторных циклах зарядки. Они уже были протестированы в течение тысяч циклов зарядки\/разрядки и по-прежнему сохраняют около 80 процентов своей первоначальной емкости после непрерывного нахождения в гибридных солнечных ветровых системах почти пятнадцать лет.

Надежное резервное электропитание для телекоммуникаций и критически важной инфраструктуры

Цилиндрические батареи LiFePO4 становятся важными для нужд критически важной инфраструктуры, обеспечивая непрерывное электропитание в течение более чем 72 часов, когда у мобильных вышек происходит отключение электроэнергии. По сравнению с традиционными никелевыми вариантами, эти батареи демонстрируют на 40 процентов лучшие показатели по количеству циклов зарядки и разрядки. Конструкция включает прочные корпуса из нержавеющей стали и интеллектуальные системы вентиляции, которые помогают им соответствовать строгим стандартам безопасности UL1973. Их отличительной чертой является способность предотвращать опасное перегревание, что особенно важно в ограниченных пространствах, таких как серверные помещения, где накопление тепла может быть проблемой.

Портативные и бытовые системы хранения энергии для потребительского использования

Сегодня цилиндрические аккумуляторные батареи LiFePO4 практически доминируют на рынке портативных источников питания. Они используются примерно в 90 процентах готовых к подключению солнечных станций мощностью от 1 до 5 кВт·ч, поскольку хорошо справляются с вибрациями и компактно устанавливаются друг с другом. Для бытовых решений по хранению энергии пользователи могут соединить до 20 отдельных модулей с помощью технологии CAN-шинной связи. Это позволяет системе автоматически перераспределять нагрузку в периоды роста цен на электроэнергию. Возьмем, к примеру, стандартный настенный блок мощностью 10 кВт·ч. В сочетании с солнечными панелями на крыше такая система сокращает зависимость от центральной электросети примерно на 70%. Это существенная разница для домохозяйств, стремящихся экономить деньги и одновременно уменьшать свой углеродный след.

Безопасность и возможность расширения в модульных автономных системах

Модульные цилиндрические системы LiFePO4 обеспечивают повышенную масштабируемость и безопасность за счет следующего:

• Масштабируемая емкость : Добавляйте 2,5 кВт·ч без перенастройки BMS
• Централизованное тепловое управление : Одна охлаждающая пластина на стойку вместо систем на уровне ячеек
• Дизайн безопасности : Индивидуальная защита ячеек предотвращает каскадные отказы

Эта архитектура обеспечивает быстрое расширение мощности для удовлетворения растущих потребностей в энергии, сохраняя при этом сертификат пожарной безопасности UL9540A.

Технические и экономические преимущества конструкции цилиндрических аккумуляторов LiFePO4

Превосходный теплоотвод и механическая стабильность цилиндрической конструкции

Цилиндрические конструкции распределяют тепло во всех направлениях, что помогает поддерживать оптимальный температурный режим — примерно от минус 20 градусов Цельсия до 60 градусов, даже при высокой нагрузке. Балансная форма этих аккумуляторов равномерно распределяет напряжение по всему материалу, уменьшая степень деформации по сравнению с другими формами. Некоторые испытания показали снижение скорости деформации примерно на две трети по сравнению с призматическими элементами, как было опубликовано в прошлом году в отчёте Battery Engineering Reports. Благодаря устойчивости к физическим нагрузкам, многие производители отдают предпочтение цилиндрическим LiFePO4 элементам для применения в условиях сильной вибрации или сотрясений, например, в электромобилях и тяжёлой технике. В таких условиях у мешочных элементов часто возникают проблемы с расслоением внутренних слоёв со временем.

Экономическая эффективность массового производства по сравнению с призматическими и мешочными элементами

Цилиндрическая конструкция элементов хорошо подходит для автоматизированных производственных линий, что позволяет производить на 40 процентов больше единиц по сравнению с плоскими призматическими элементами. Кроме того, стоимость снижается до 87 долларов США за киловатт-час, что делает их примерно на 15% дешевле, чем варианты с элементами в виде мешочков. Что касается стандартных размеров, таких как популярные модели 32650 и 26700, такие габариты значительно упрощают работу роботов при сборке упаковки. Согласно некоторым данным отраслевого анализа за прошлый год, эта конструкция позволяет сократить расходы на рабочую силу почти на треть. Все эти преимущества обеспечивают производителям большую гибкость при расширении операций как для проектов возобновляемой энергетики, так и для различных промышленных задач, при этом сохраняются высокие стандарты качества продукции на разных рынках.

Сравнение в реальных условиях: цилиндрические и другие форматы аккумуляторов

Данные с солнечных установок мощностью 12 МВт показывают, что цилиндрические аккумуляторные блоки LiFePO4 сохраняют 92% своей емкости после 8 лет эксплуатации, что превосходит показатели призматических (84%) и мягких (73%) аналогов. Их модульная конструкция также позволяет заменять отдельные элементы, снижая затраты на техническое обслуживание на 55%.

Часто задаваемые вопросы

Каковы преимущества использования цилиндрических аккумуляторов LiFePO4 в электромобилях?

Цилиндрические аккумуляторы LiFePO4 обеспечивают повышенную безопасность, более длительный срок службы, лучшее управление тепловыделением и повышенную энергоэффективность по сравнению с другими типами аккумуляторов. Они особенно выгодны для применений, требующих быстрого ускорения и систем рекуперации энергии.

Как цилиндрические аккумуляторы LiFePO4 работают в системах хранения энергии из возобновляемых источников?

Эти аккумуляторы обладают высокой эффективностью (до 98,5%) и превосходным управлением тепловыделением, что делает их идеальными для хранения энергии, поступающей из нестабильных возобновляемых источников, таких как солнечные и ветровые электростанции.

Могут ли цилиндрические батареи LiFePO4 использоваться в автономных энергетических решениях?

Да, эти батареи подходят для автономных решений, обеспечивая надежность и масштабируемость в широком диапазоне температур, а также долговременное электропитание как для небольших домиков, так и для крупных установок.

Каков срок службы цилиндрической батареи LiFePO4?

Срок службы цилиндрических батарей LiFePO4 может превышать 6 000 циклов, что соответствует примерно 16 годам ежедневного использования без значительной потери емкости.

Являются ли цилиндрические батареи LiFePO4 экономически эффективными?

Да, они экономически эффективны благодаря более низким затратам на сборку и обслуживание, меньшему количеству отказов и более длительному сроку службы, что делает их жизнеспособным вариантом для промышленного и бытового применения.