ほとんどの定置型エネルギー貯蔵プロジェクトでは、LFP が実用的な出発点となります。コスト、エネルギー密度、サイクル寿命、供給可能性のバランスが優れています。
LTO は、バッテリーが異常に激しく動作することが予想される場合に興味深いものになります。
太陽光発電で 1 回充電し、夜間に 1 回放電するシステムには、シフトごとに機会充電する AGV フリートとは異なる要件があります。グリッド周波数サポートバッテリーは数百回の浅い充放電イベントを実行することができますが、バックアップバッテリーは何か月もスタンバイ状態を維持することができます。
これらのシステムでは、同じバッテリー選択ロジックを使用しないでください。
チタン酸リチウム電池は、強力な充電受け入れ、長いサイクル寿命の可能性、有用な低温性能を提供します。それらの欠点も同様に重要であり、主流の LFP システムよりもエネルギー密度が低く、セル電圧が低く、初期コストが高くなります。
したがって、本当の問題は、LTO が持続可能なエネルギー貯蔵における「ミッシングリンク」であるかどうかではありません。プロジェクトの運用プロファイルがLTOの得意分野を実用化できるかどうかだ。
LTO が LFP よりも一般的に優れているわけではありません。
LTO は、バッテリーが次のことに対応する必要がある場合に評価する価値があります。
頻繁な充電と放電イベント
短い機会請求期間
高い回生充電電流
蓄積されたエネルギーに比べて高い出力
選択された低温環境での動作
高額なダウンタイムまたはバッテリー交換
毎日の集中的な使用による長いプロジェクト寿命
プロジェクトで以下が必要な場合は、通常、LFP がより経済的な選択肢になります。
1日あたり1〜2サイクル
数時間のエネルギー貯蔵
kWhあたりの初期コストが低い
LTOよりも高いエネルギー密度
幅広いセルの可用性
住宅用、商業用、または太陽光発電のエネルギーシフト
成熟した馴染み深いバッテリーサプライチェーン
決定は、製品広告に示されている最大のサイクル寿命や充電率の数値ではなく、デューティ サイクルに基づいて行う必要があります。
LTO と LFP は一般に競合する電池の化学的性質として議論されますが、その名前は技術的にはリチウムイオンセルの異なる部分を表しています。
LTO、つまりチタン酸リチウム酸化物は、通常、グラファイトの代わりにアノード材料として使用されます。 LFP (リン酸鉄リチウム) は、正極材料です。
市販の LTO セルには、依然としてカソード、電解質、セパレーター、集電体、および筐体が含まれています。カソードの化学的性質は、電圧、エネルギー密度、安全動作、コスト、完成した電池のリサイクルルートに影響を与える可能性があります。
このため、「すべての LTO バッテリーはコバルトフリー」または「すべての LTO バッテリーは同じエネルギー密度を有する」などの主張は避けるべきです。性能は完全なセルレベルで評価する必要があります。
商用バッテリーの議論では、「LTO バッテリー」と「LFP バッテリー」は依然として便利な省略表現ですが、調達の決定は常に実際のセル モデルとデータシートに関連付けられる必要があります。
次の表は、一般的な傾向を示しています。選択したセルの仕様を置き換えてはなりません。
| 選択要素 | LTO バッテリー | LFP バッテリー |
|---|---|---|
| 典型的な公称セル電圧 | 約2.3V～2.4V | 約3.2V |
| エネルギー密度 | 一般に低い | 一般にLTOよりも高い |
| 充電受付 | 厳選されたパワー系セルに強い | 多くの標準的なストレージ アプリケーションに適しています |
| サイクル寿命の可能性 | 適切な動作条件下では非常に強力です | 一般的な保管や毎日のサイクリングに強い |
| 低温充電 | 選択された LTO モデルに強い | 通常は電流を減らすか加熱する必要があります |
| kWhあたりの初期費用 | 通常はもっと高い | 通常は低い |
| 必要なセル数 | 同じパック電圧に対してより多くのセルが必要になる場合があります | 同じパック電圧でもセルの数が少なくなる |
| BMS 要件 | LTO 固有の電圧と SOC 構成 | 成熟し、広く利用可能な LFP ソリューション |
| 一般的な優先順位 | 高出力、頻繁なサイクリング、短い充電期間 | コスト効率の高いエネルギー貯蔵と毎日のエネルギーシフト |
| 主な制限事項 | エネルギー密度が低く、初期コストが高い | 特定の LTO セルよりも極端な高速充電およびサイクル スループットの可能性が低い |
それぞれの化学反応にもかなりの違いがあります。パワータイプの LTO パウチセルとエネルギータイプの LTO セルは、充電レートが大きく異なる場合があります。標準エネルギーおよび高出力 LFP 製品にも同じことが当てはまります。
容量だけでは適切なバッテリーを判断できません。
2 つのプロジェクトは両方とも 100kWh を必要とする可能性がありますが、セル要件はまったく異なる場合があります。
太陽電池システムは、1 日に 1 つのディープ サイクルを完了する可能性があります。産業用電力バッファ システムは、同じ期間内に数百の部分サイクルを完了する場合があります。 1つ目は主にエネルギー用途です。 2 つ目は主に電力とサイクル スループットのアプリケーションです。
LTO と LFP を比較する前に、以下を定義します。
必要な使用可能エネルギー
連続充放電電力
ピーク電流と持続時間
1 日あたりのサイクルまたは部分的なサイクルの数
平均放電深さ
充電可能時間
回生充電電流
使用温度範囲
プロジェクトの予想寿命
機器のダウンタイムのコスト
利用可能なバッテリーの寸法
最大バッテリー重量
冷暖房条件
必要な通信プロトコル
サイクル数も慎重に解釈する必要があります。 1 回の完全な 100% 放電深度サイクルは、周波数調整に使用される短い 5% の SOC 補正と同等ではありません。サイクル寿命データは、テスト条件がわかっている場合にのみ意味を持ちます。
バッテリーが 1 日を通して電力の吸収と放出を繰り返す場合、LTO が有力な候補となります。
これには以下が含まれる場合があります。
グリッド周波数のサポート
再生可能電力の平滑化
産業用電力バッファリング
回生ブレーキシステム
クレーンおよび吊り上げ装置
自動物流機器
繰り返しパルス負荷がかかる試験装置
これらの用途では、公称容量が比較的小さい場合でも、バッテリはその寿命にわたって大量のエネルギーを処理する可能性があります。
高スループットのバッテリーは、kWh あたりの購入価格以上で評価される必要があります。実際の負荷プロファイル下での内部抵抗、温度上昇、充電受け入れおよび劣化は、運用コストに大きな影響を与える可能性があります。
AGV、AMR、産業用ロボットは、数時間充電器に接続したままにするのではなく、短い休憩中に充電することがよくあります。
この運用モデルでは、各車両に必要なバッテリー容量を減らすことができますが、セル、充電器、コネクタ、熱設計に対する負担が大きくなります。
LTO システムは、オペレータが迅速な機会充電を行うことができる場合、追加の初期コストの価値がある可能性があります。
車両をより長く使用できるようにする
搭載バッテリーのサイズを小さくする
複数の交換用バッテリーを維持することは避けてください
手動によるバッテリー交換の削減
少ない車両で運行する
運転時に回生エネルギーを吸収
この利点は、単にバッテリーを急速に充電するだけではなく、機器の利用からもたらされます。
一部の機器は、制動時、降下時、減速時に大量のエネルギーをバッテリーに戻します。
選択したセルは、実際の温度と充電状態でこの電流を受け入れる必要があります。放電中に良好に動作するバッテリーでも、回生中に充電電流または電圧の制限に達する可能性があります。
選択された LTO セルは、強力な入力電力能力があるため、これらのシステムで役立ちます。ただし、許容回生電流はモデルごとに異なります。 BMS、充電器、モーター コントローラー、およびセルを一緒に評価する必要があります。
一部の LTO セルは、グラファイトアノードセルが大幅な電流削減または外部加熱を必要とする温度でも充電を受け入れることができます。
これは次の場合に役立ちます。
冷蔵倉庫物流
屋外監視装置
鉄道および交通システム
山岳および高地での設置
遠隔産業用機器
寒冷地で走行する車両
低温性能は正確なセルについて確認する必要があります。
データシートでは、セルが -30°C で動作できると指定されている場合がありますが、これはその温度で完全な室温容量または最大充電電流を提供することを意味するものではありません。完成したモジュールは、プロジェクトの実際の電流、筐体、熱条件下でテストする必要があります。
LTO は、優れた技術的特徴を提供するという理由だけで指定されるべきではありません。
多くのエネルギー貯蔵プロジェクトでは、高い初期コストを回収できるほどバッテリーのサイクルが頻繁に行われません。
一般的な太陽電池は日中に充電し、夕方または夜に放電します。これにより通常、1 日に約 1 つのメイン サイクルが生成されます。
通常は LFP の方が適しています。その理由は次のとおりです。
kWhあたりの初期コストが低い
LTOよりも高いエネルギー密度
大容量セルの幅広い利用可能性
成熟した BMS とインバーターの互換性
毎日のエネルギーシフトのための強力なサイクル寿命
LTO バッテリーは、極端な気候で稼働する太陽光発電プロジェクトや、追加の高周波送電網サービスを実行する場合にも検討される可能性があります。通常の昼夜のエネルギーシフトでは、通常、LFP がより現実的なオプションです。
プロジェクトで数時間の放電が必要な場合、エネルギー密度と使用可能な kWh あたりのコストがますます重要になります。
LTO はセル電圧が低く、一般にエネルギー密度が低いため、LTO の設置には以下が必要となる場合があります。
より多くのセル
より多くのラックスペース
より多くの電気接続
より大きな筐体
バッテリーの初期投資が高額になる
システムが頻繁なサイクルや高い充電電力にさらされない場合、これらの欠点が LTO のサイクル寿命の可能性を上回る可能性があります。
商業用エネルギー貯蔵プロジェクトには、多くの場合、厳しい投資回収要件があります。
LFP は通常、収益が主に以下から得られる場合、より簡単な財務ケースを提供します。
ピークシェービング
電力価格裁定取引
太陽光自家消費量
バックアップ電源
1日1サイクル運転
バッテリーの交換、充電のダウンタイム、または機器の可用性が高いビジネスコストを伴う場合、LTO は財務的により重要になります。
エネルギー密度、重量、利用可能なスペースが最大サイクルスループットよりも優先される場合、NMC は依然として重要です。
典型的な例は次のとおりです。
電動バイク
電気自動車
UAVとドローン
移動ロボット
ポータブル産業機器
コンパクトな高エネルギーモジュール
十分なスペースがある固定システムの場合、LFP の方がコスト バランスが優れている可能性があります。電力サイクルが頻繁に行われるアプリケーションの場合、LTO はより優れた動作プロファイルを提供する可能性があります。 1 キログラム単位が重要なモバイル システムの場合、 NMCパウチセルの方が 有力な選択肢かもしれません。
バッテリーの化学的性質はプロジェクトの要件に従う必要があり、その逆ではありません。
LTO は、パウチ、角柱、円筒形の形式で入手できます。各フォーマットでは、異なる機械要件とアセンブリ要件が作成されます。
アン LTO パウチセルは、 硬い金属缶の代わりに、ラミネートされたアルミニウムとプラスチックの筐体を使用します。
潜在的な利点は次のとおりです。
長方形の設置スペースを有効活用
非アクティブなエンクロージャの重量を軽減
接触冷却のための広い表面積
選択したモジュール容量に対してセルが少なくなる
柔軟なモジュールレイアウト
高セル数の円筒設計よりも小さな溶接箇所が少ない
パウチ構造も慎重に組み込む必要があります。
モジュールは、シール領域とタブを保護しながら、各セルを均等にサポートする必要があります。
LTO アノードは低歪み材料としてよく説明されますが、完成したパウチ セルでも、温度、経年劣化、電圧条件、電解液の反応、その他のセル コンポーネントにより厚さの変化やガスの発生が発生する可能性があります。
実際のモジュール設計には以下が必要になる場合があります。
制御されたセル圧縮
絶縁エンドプレート
平らな支持面
鋭利なエッジからの保護
製造公差のためのスペース
耐振動実装
タブのストレインリリーフ
筐体からの電気的分離
圧縮値は、選択したセルまたはモジュールの設計から取得する必要があります。 1 つの圧力仕様を異なるパウチセルモデルにコピーしないでください。
高い充電電流により、セルのタブ、ジョイント、バスバー、コネクタにさらなる要求が生じます。
モジュール設計者は以下を確認する必要があります。
プラスおよびマイナスのタブ材料
タブの寸法
接合または溶接方法
接合抵抗
タブの曲げ許容値
電流密度
温度上昇
機械的ストレインリリーフ
パウチシール端からのクリアランス
接続が不十分だと、セル本体が通常の動作温度内にある場合でも、局所的な熱が発生する可能性があります。
セルの一貫性は、使用可能な容量、バランス時間、温度分布、耐用年数に影響します。
プロジェクトに応じて、LTO パウチセルのマッチングには次のものが含まれる場合があります。
容量のグレーディング
開放電圧比較
AC内部抵抗
直流内部抵抗
自己放電またはK値スクリーニング
厚み検査
タブとシールの検査
バッチトレーサビリティ
BMS は、一致の悪いセルのグループを完全に補償することはできません。
LTO バッテリーと LFP バッテリーは、同じ固定電圧設定を使用できません。
一般的な LTO セルの公称電圧は LFP セルよりも低くなります。最大充電電圧と推奨放電限界もモデルによって異なります。
BMS は次のように構成する必要があります。
直列セルの正しい数
セルの過電圧保護
セルの低電圧保護
連続充電電流
連続放電電流
ピーク電流と許容持続時間
過電流遅延
短絡保護
バランス戦略
温度制限
電圧測定精度
SOC の推定
必要な通信プロトコル
固定パラメータ LFP BMS は LTO バッテリに接続しないでください。
LTO セルは、比較的平坦な動作電圧曲線を持つこともあります。特に産業用システムでは、電圧だけでは十分に正確な SOC 情報が得られない場合があります。クーロンカウントと実際のセルに基づくバッテリーモデルが必要になる場合があります。
詳細については、を参照してください。 LTO バッテリーの充電方法.
バッテリーの化学的性質がないため、熱評価の必要がなくなります。
LTO は一般に強い熱安定性を持っていますが、完成したバッテリーには電解質、セパレーター、カソード、集電体、および電気接続が含まれています。
熱は以下によって発生する可能性があります。
セルの内部抵抗
高い充電電流
タブとジョイント
バスバー
コネクタ
コンタクタ
BMS コンポーネント
インバーターとパワーエレクトロニクス
筐体内の空気の流れが不均一になる
一部の LTO システムでは、同じ動作プロファイルの下で別のバッテリーよりも加熱または冷却が少なくて済む場合があります。その結論は、化学名だけからではなく、熱試験から得られるべきです。
プロトタイプのテストでは以下を監視する必要があります。
セル表面温度
タブ温度
接続温度
周囲温度
セル間の温度差
連続通電時の温度
ピーク充放電時の温度
CV充電段階の温度
熱システムは、現実的な最悪の動作条件を考慮して設計する必要があります。
kWh あたりの購入価格は役に立ちますが、完全な経済的結果を説明するものではありません。
より適切に比較するには、次のことを考慮します。
システムの生涯コスト = 初期バッテリーコスト + 統合コスト + エネルギー損失 + メンテナンス + 交換コスト + ダウンタイムコスト − 残存価値
LTO と LFP を比較するには、次の情報を含めます。
セルとモジュールの初期コスト
BMS と充電器のコスト
PCS またはインバーターの要件
冷暖房設備
設置面積
予想される交代人数
交換に要する工賃
ダウンタイム中の生産損失
往復効率
カレンダーの老化
サイクルエイジング
生産終了処理
保証条件
予想される残存容量
デューティ サイクルが重要な変数です。
システムが月に数回しかサイクルしない場合、LTO の長いサイクル寿命の可能性は経済的なメリットをほとんどもたらさない可能性があります。バッテリが営業日ごとに頻繁に充電を行う場合、交換とダウンタイムが計算の大半を占める可能性があります。
15 年または 20 年を超えるすべてのプロジェクトが自動的により良い LTO 収益を生み出すとは考えないでください。結果は、実際の負荷プロファイルとローカル コストから計算する必要があります。
バッテリー寿命が長くなると、プロジェクトの寿命全体にわたって交換頻度と消費されるセルの数を減らすことができます。これにより、サイクル頻度の高いアプリケーションの環境パフォーマンスを向上させることができます。
しかし、持続可能性はサイクル寿命だけでは判断できません。
完全な評価では、次のことを考慮する必要があります。
正極および負極の材料
製造エネルギー
細胞収量
パックレベルのエネルギー密度
システム効率
冷暖房エネルギー
交代回数
交通機関
地域の電力ミックス
リサイクルの可能性
材料回収効率
退職時の残存容量
LTO は完全なセルの化学的性質ではなくアノードを説明するため、LTO は自動的にコバルトフリーではありません。リサイクル可能性は、カソード、電解液、パックの構造、利用可能なリサイクル プロセスによっても異なります。
責任ある結論としては、LTO は高スループット アプリケーションにおけるライフサイクルへの影響を軽減できる可能性があるが、その結果はプロジェクト固有のライフサイクル評価によって裏付けられる必要がある、というものです。
車両は複数のシフトで稼働し、作業の合間に充電できるのは数分間だけです。バッテリー交換には設備の停止や予備車両の整備が必要となります。
LTO は、機会充電、1 日あたりの高いサイクル スループット、および機器の稼働時間に直接的な経済的価値があるため、評価する必要があります。
このシステムは日中屋上の太陽光発電で充電し、夕方に放電します。 1 日に約 1 つのメイン サイクルが完了し、プロジェクトには厳密な kWh あたりのコスト目標が設定されています。
このアプリケーションでは、極端な充電速度よりも蓄積エネルギーと初期コストを重視するため、LFP が開始点として適していると考えられます。
バッテリーは冬季に屋外で動作し、回生電流を受け取るため、限られたサービスアクセスで利用可能な状態にしておく必要があります。
選択された LTO セルには利点がある可能性がありますが、正確な低温電流、利用可能な容量、筐体、加熱要件、および充電方法は、データシートのレビューとサンプル テストを通じて検証する必要があります。
LTO バッテリーを指定する前に、次のことを確認してください。
バッテリーは 1 日に何回完全および部分サイクルを完了しますか?
連続充電電流とピーク充電電流はどれくらいですか?
それぞれのピークはどれくらい続きますか?
機会課金は必要ですか?
必要な使用可能エネルギーは何ですか?
充電可能時間はどれくらいですか?
最低動作温度と最高動作温度はどれくらいですか?
0℃以下でも充電が必要ですか?
設置スペースはどれくらいありますか？
バッテリーの最大重量はどれくらいですか?
バッテリー交換によって生じるダウンタイムコストはどれくらいですか?
必要なプロジェクト寿命はどれくらいですか?
どのような BMS 通信が必要ですか?
どのような充電器または PCS が使用されますか?
どのような冷却または加熱方法がありますか?
どのような認証と仕向け市場の要件が適用されますか?
生産前にバッテリーはどのようにテストされますか?
地域の使用済みリサイクルルートは何ですか?
これらの質問に答えがない場合、サイクル寿命の数値だけを比較しても信頼できる選択はできません。
通常、昼から夜の太陽エネルギーの変化には適していません。 LFP は通常、初期コストが低く、エネルギー密度が高くなります。 LTO は、システムが高周波サイクル、急速充電、または選択された低温動作も必要とする場合に、より重要になります。
選択された LTO セルは、数千サイクル、または指定されたテスト条件下では数万サイクルを提供できます。結果は、放電深さ、電流、温度、電圧制限、休止期間、および寿命末期の容量基準によって異なります。
いいえ。急速充電機能はセルのモデルによって異なります。充電器、BMS、セルタブ、接続、および熱システムも必要な電流をサポートする必要があります。
充電式バッテリーは完全に耐火性があると表現されるべきではありません。 LTO は一般に、強力な熱安定性とリチウムめっき傾向の軽減を実現しますが、完成したシステムには依然として電気的保護、絶縁、ヒューズ、機械設計、および適切なテストが必要です。
それは電流、デューティサイクル、セル設計、筐体、周囲条件によって異なります。高電流充電により、セル、タブ、電気接続部で熱が発生する可能性があります。パッシブ冷却が十分かどうかを判断する前に、熱テストが必要です。
LFP 電圧設定が固定されている場合はそうではありません。プログラマブル BMS は、その電圧範囲、精度、バランス、および SOC 機能が選択した LTO セルに適している場合にのみ使用できます。
必ずしもそうとは限りません。 LTO はアノード材料を識別します。完成したセルではさまざまなカソード化学物質が使用される場合があり、その一部にはニッケルまたはコバルトが含まれる場合があります。
LTO バッテリーは、適切なリチウムイオン電池リサイクル ルートを通じて処理できますが、回収可能性は完全なセルの化学的性質、パックの設計、および利用可能な地域のリサイクル インフラストラクチャによって異なります。 「完全にリサイクル可能」は普遍的な保証として提示されるべきではありません。
どちらの形式も一般的に優れているわけではありません。パウチセルは、効率的なスペース利用、筐体重量の軽減、および柔軟なモジュール構造を提供します。角柱状セルは、剛性の高い個別の筐体を提供します。正しいフォーマットは、寸法、電流、圧縮、冷却、および生産要件によって異なります。
LTO は LFP の汎用的な代替品ではなく、LFP はあらゆるストレージ デューティ サイクルに対する正解ではありません。
頻繁なサイクリング、急速な充電受け入れ、高出力、または特定の低温パフォーマンスによってダウンタイムが削減され、機器の使用率が向上する場合は、LTO を選択してください。
選ぶ LFP パウチセル。 プロジェクトがコスト効率の高い貯蔵エネルギー、毎日の太陽循環、成熟したサプライチェーンを優先する場合の
エネルギー密度、重量、設置スペースが主な制約となる場合は、NMC を選択してください。
最も信頼性の高い選択は、エネルギー、電力、電流、温度、スペース、充電時間、サイクル周波数、プロジェクトの経済性といった完全な動作プロファイルから始まります。
Misen は、産業機器、AGV、電動モビリティ、エネルギー貯蔵、ロボティクス、カスタム バッテリー モジュール向けに LTO、LFP、NMC パウチ セルを供給および評価しています。
サポートには次のものが含まれます。
細胞化学の比較
パウチセルの機種選定
サンプル評価
容量と抵抗のテスト
OCV および K 値のスクリーニング
セルマッチング
圧縮とモジュール設計
BMS評価
充電システムのレビュー
試作・生産計画
プロジェクトを評価するには、以下を提供してください。
応用
必要な公称電圧
必要な容量またはエネルギー
連続放電電流
ピーク電流と持続時間
最大充電電流
充電時間
バッテリーの寸法
使用温度範囲
1 日あたりの予想サイクル数
必要なプロジェクト寿命
通信プロトコル
注文数量の目安
これらの要件に基づいて、ミセンは適切な LTO、LFP、および NMC パウチセルのオプションを比較し、直並列構成、BMS、機械構造、プロトタイプ計画について議論することができます。
パウチセルの選択に関するより広い概要については、以下を参照してください。 カスタムバッテリーパック用のパウチセルを選択する方法.
LTO セルのフォーマットとアプリケーションの詳細については、以下を参照してください。 LTOバッテリーとは何ですか?利点、制限、および細胞の種類.
