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【新能源】磷酸铁锂锂电池与三元锂电池性能对比

发布时间:2019/03/15

这是一个专业的公众号。

目前国内的动力电池主要分为两个派系,根据正极材料的不同分为磷酸铁锂派和三元材料派。虽然两者均属于二次电池,都可以反复进行充放电使用,但由于材料的差异,在最终反映到使用层面的性能还是有比较大的差别。

 随着国家对太阳能能源的应用更加广泛,出现了越来越多的太阳能路灯厂家,很多厂家只是单纯的在追求商业利益,并没有过多的技术专利储备。很多厂家根据过往的经验还是使用的12V的胶体铅酸蓄电池,而我们已经率先使用3.2V磷酸铁锂电池作为太阳能路灯的蓄电池。因为在行业中的出类拔萃,我们受到了很多同行在技术上对我们的诋毁,同时也有一批忠实的铁杆粉丝。

下面我来给粉丝们分享一个技术问题。

首先我们先谈几个低级的技术层面谣言:

1、太阳能路灯使用12V的蓄电池比3.2V磷酸铁锂电池的亮度更高

现在我问问一个很常识性的问题:汽车用的大灯和家里的照明灯哪个亮度高?

汽车大灯一般12V或24V,家里的照明灯都是220V,很低级的技术常识告诉我们,亮度和电压是没有直接关系的。

2、3.2V磷酸铁锂电池的结构太过简单

这点倒也没有说错,3.2V是比12V的系统简洁一些,关键点不在这。大家都知道,铁锂要串联到12V须在四节电池间做节间保护和匀流均衡,但是,这对于串联的四节电池一致性要求很高,对于每节电池工作时的温度一致性要求更高——这一点太阳能灯在户外是很难保证的。没错,如果是户内使用的笔记本电脑或者户外电动汽车,你可以使用昂贵的BMS系统来做到这一点,但是对于区区几百元的太阳能灯具,甚至都不够保护器芯片的价格。再加上铁锂电池大都用的是梯次利用电池和所谓的B品(A品价格这几年一直是铅酸的3倍以上,不可能被大量采用)。电池一致性就更不必说了。

因此,结构简单不需要节间保护的3.2V获得了空前的机会,6年测试下来,故障率甚至远低于市电路灯。顺便说一下,三元锂本身是A品没毛病,但其出身大多数主要是室内产品(笔记本、充电宝等),不宜户外。

易燃易爆本身也是可以控制(三星例外 ),但条件是需要有足够的BMS成本(特斯拉),灯具兄弟们显然没这个条件。所以,光伏路灯着火爆炸的清一色12V三元锂。烧坏的灯可以换一盏,若点着了森林,制造商、工程商就不是赔钱那么简单了。

3、3.2V磷酸铁锂电池电流过大,会烧坏MOS和电线

这个观点非常搞笑了,区区不足百瓦,现在的高导通MOS,IGBT技术已经很白菜价了,在50A的电流下不过才几元钱,电线就更不必说了,一共几十公分长的线,你连加粗一点的勇气都没有?我看是长期偷工减料的惯性思维在作怪。

4、3.2V磷酸铁锂电池不宜于恒流智能控制和最大功率点追踪

反驳这个观点之前,我先说个技术常识:3.2V磷酸铁锂电池的充满和放空之间的电压波动很小,主要容量的释放集中在2.9V-3.3V之间,恰好落在了白光LED的结电压范围里——这是上帝设计的“量子纠缠”。即使用满电去驱动白光LED也不会超过LED最大额定的功率,所以,PWM控制足矣,不必再加上故障率很高的恒流驱动。其次,关于智能控制和最大功率点追踪(MPPT),我认为,这些当年都是为了降低高昂的电池板和蓄电池成本设计的,只是有些人目前还觉得光伏的故事没讲完,控制器的故事还没讲完,存量思维。新能源补贴基本歇菜了,锂电池和电池板已经便宜到今天这个程度了——不算灯杆,也就是铺设20米电缆的价格,而每盏路灯至少需要50米电缆。

用这种底层算法,太阳能电池板低于30元/瓦时,光跟踪技术废了,低于15元/瓦时MPPT(最大功率点追踪)没有意义了,现在是低于2元/瓦,电缆废了,国家补贴完全没有必要了。

不能为了卖点设计需要而去用MPPT讲故事,直接简单地加点电池板更便宜可靠。智能控制也是一样,太阳能路灯大部分是装在落后地区的,我不相信村电工每天拿着手机跑几十里山路去调光控时间,更像是伪需求,有这功夫,加大电池配置更省钱省力——要么不懂技术,要么就是为了高价卖控制器。

 

所有太阳能路灯均选择3.2V的磷酸铁锂电池作为蓄电池!

下面我介绍一下单节磷酸铁锂电池3.2V的优点:

1、电池没有均衡问题,寿命可以在15年以上

因为磷酸铁锂电池清一色为电动汽车生产的生产商几乎全是主板上市公司,户外环境3C的放电强度,出身设计“根正苗红”。转到路灯上,只有0.1-0.3C的充电强度,车上用8年太阳能路灯上用15年没有问题。我常举例说明比如让刘翔年龄太大了不能百米跨栏了,让他练习慢走肯定能服役到80岁。

2、控制器和灯珠直接贴在一起,可靠性极大提高,安装工只要插一下直流插头即可。

3、弱光发电好很多,光伏路灯晴天谁都能做好,关键是弱光的阴雨天珍贵发电量。道理很简单,光伏效应靠光照强度产生电动势(电压),通俗点讲,开车上坡起步时,你是挂一档还是挂四挡?3.2V在阴雨天不会截止弱电流充电。

4、LiFePO4 看分子式就知道,铁锂电池没有重金属,没有稀缺资源,一定会成为廉价而干净的储能电池。而三元锂中的钴非常稀缺,钴酸盐仅去年就涨了三倍。

5、优点还有几个,过段日子再说出来同行分享。

最后有很多人会问任何事物都有它的两面性,那我也说说几个3.2V磷酸铁锂电池的缺点。

①接线确实要加粗,插头我们甚至用上军用级的了。

②对供应链管理和生产装备要求很高,比如,铁锂生产商起步一般是主板上市公司,有资金和量的门槛;再比如,全并联对LED供应商要求很高,我们只用全球第一的日亚化工,批次容差在百万分之一以下。

③对铅酸厂家,控制器厂家,三元锂厂家有颠覆性破坏,而传统的政府招标文件一般由他们编写。

④以上几点,归纳一句话,对低故障率、长寿命、高性价比的诉求,才是多年来光伏路灯行业的真实痛点,两害相权取其轻,我们用六年时间,上千万盏灯的践行,证明并且确信,选择3.2V磷酸铁锂电池才是未来。

目前越来越多的竞争同行在选择3.2V磷酸铁锂电池的技术路径。过几天,我们将推出日亚光源150瓦,3万流明以上的高亮度太阳能路灯,将会成为单灯头里最亮的光伏路灯,十五年寿命。

综上所述,3.2V磷酸铁锂电池当下已经渐成大势,国内很多规模很小的工厂,在没有任何技术背景的条件下,简单模仿了这一技术路径,故障率和性价比,寿命都已经远远好于12V产品。就写到这里,单节磷酸铁锂电池3.2V微电网新照明时代已拉开大幕,感谢所有的3.2V磷酸铁锂电池同行,大家一起努力剪断电缆,用阳光的覆盖代替最后五公里的户外电网。

  二者区别

 

【1】什么是磷酸铁锂电池

所谓磷酸铁锂电池,就是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。这一类电池的特点是不含贵重金属元素(比如钴等)。在实际使用中,磷酸铁锂电池具有耐高温,安全稳定性强,价格便宜,循环性能更好的优势。

【2】什么是三元材料锂电池

而三元材料锂电池是指使用镍钴锰酸锂做为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池。与磷酸铁锂不同,三元锂电池电压平台很高,这也就意味着在相同的体积或是重量下,三元锂电池的比能量、比功率更大。除此之外,在大倍率充电、和耐低温性能等方面,三元锂电池也有很大的优势。

【3】主要区别

✰铁锂标称电压3.2-3.3V,锰系3.6-3.7V,这个是最明显的区别。

✰铁锂体系的优点:理论寿命长,理论耐过充过放性能优良。

✰三元体系的优点:能量密度高,低温性能好,体积小,放电线性好。

✰铁锂的缺点:体积大,重量大,放电线性不好,低温性能差。

✰三元体系的缺点:循环寿命略差,高温条件下寿命差。

单论电池,也没有所谓的谁更好谁更差。只是套用到实际使用场景中,三元锂电池相比磷酸铁锂电池,更加适应现在以及未来的家用电动汽车。

  三元材料适合新能源汽车

 

【1】低温放电性能更好

我国幅员辽阔,气候复杂,从最北端的东北三省到最南端的海南诸岛温度变化非常丰富。以北京为例,作为电动汽车的主力市场,北京夏季最高温度在40℃左右,而冬季则基本保持在零下16℃左右,甚至更低。这样的温度区间显然适合低温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。

 

“相对25℃容量”是指不同温度条件下放电容量与25℃时放电容量的比值。该数值能够准确反映出电池在不同温度条件下续航的衰减,越接近100%,电池表现越好。

从上图中能够看出,以25℃为基准常温,两类电池在55℃高温下放电与常温25℃下放电,放电容量几乎没有差别。但在零下20℃时,三元锂电池与磷酸铁锂电池相比有比较明显的优势。

【2】能量密度更高

根据国内三元材料18650圆柱电池龙头企业——比克电池提供的资料,其18650电池的能量密度已经达到了232Wh/kg,后续将会进一步提高至293Wh/kg。而相比之下,目前国内主流的磷酸铁锂电池能量密度也仅达到150Wh/kg左右,据国内电池行业专家剖析,未来几年之内,磷酸铁锂电池的能量密度能够达到300Wh/kg的希望非常渺茫。

不同于体积庞大的电动巴士,对于家用电动汽车来说,空间永远是第一位的。能量密度较低的磷酸铁锂电池将会占据原本就不多的汽车空间,并且由于更重的质量,在使用时的放电续航也会受到比较大的影响。相对而言能量密度较高的三元锂电池在解决重量问题的同时也为家庭用车节省出了空间。

【3】充电效率更高

除了续航之外,充电也是电动汽车在实际使用中的重要环节,而三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。

目前市面上较为常见的充电方式为恒流恒压式充电。一般在充电开始时先采用恒流充电,此时的电流较大,充电效率相对更高。而在电压达到一定数值之后,降低电流改为恒压充电,这样可以让电池充的比较满一些。在这个过程中,恒流充电容量与电池总容量的比值,称为恒流比。它是衡量一组电池在充电过程中充电效率的关键数值。

通常百分比越大说明在恒流阶段充入的电量越高,也就证明该电池的充电效率更高。

从表中可以看出,三元锂电池与磷酸铁锂电池在10C以下充电时,恒流比无明显差距,10C以上倍率充电时,磷酸铁锂电池恒流比例迅速降低,充电效率迅速降低。

【4】循环寿命有保障

对于家庭用车来说,三元材料和磷酸铁锂动力电池的额定循环寿命都远远超过了实际用户的使用习惯,因此在使用寿命上可以完全放心。

以比克电池目前的高容量18650电池为例,在充放电循环1000次之后,电池容量依然能够保持在最初的90%以上。

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