แบตเตอรี่ LTO กับ LiFePO4: ความแตกต่าง การใช้งาน และการเลือกเซลล์กระเป๋า

การเลือกระหว่างแบตเตอรี่ LTO และแบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่ใช่แค่เพียงเรื่องของการตัดสินใจว่าคุณสมบัติทางเคมีใด 'ดีกว่า' ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับวิธีการชาร์จแบตเตอรี่ ความถี่ในการหมุนเวียนของแบตเตอรี่ กระแสไฟที่ต้องการ พื้นที่ติดตั้งที่มีอยู่ อุณหภูมิในการทำงาน และงบประมาณโครงการทั้งหมด

นอกจากนี้ยังมีการตัดสินใจครั้งที่สองที่บางครั้งผู้ซื้อมองข้าม: เคมีและรูปแบบเซลล์ไม่เหมือนกัน LTO และ LiFePO4 อธิบายถึงวัสดุออกฤทธิ์ที่ใช้ภายในเซลล์ลิเธียมไอออน ในขณะที่ถุง ทรงปริซึม และทรงกระบอก อธิบายถึงโครงสร้างทางกายภาพของเซลล์ ดังนั้นโครงการจึงอาจใช้เซลล์กระเป๋า LTO เซลล์ทรงกระบอก LTO เซลล์กระเป๋า LiFePO4 หรือเซลล์ปริซึม LiFePO4

คู่มือนี้จะเปรียบเทียบความแตกต่างในทางปฏิบัติระหว่างแบตเตอรี่ LTO และ LiFePO4 และอธิบายว่าเมื่อใดเซลล์แบบกระเป๋าอาจเป็นรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับ EV, AGV, หุ่นยนต์, เครื่องจักรอุตสาหกรรม, ระบบกักเก็บพลังงาน หรือโครงการแบตเตอรี่แบบกำหนดเองอื่นๆ

คำตอบด่วน: LTO หรือ LiFePO4

โดยทั่วไปแล้ว LTO คุ้มค่าที่จะประเมินเมื่อแอปพลิเคชันต้องมีการหมุนเวียนบ่อยครั้ง การชาร์จอย่างรวดเร็ว การรับประจุสูง การส่งพลังงานที่แข็งแกร่ง หรือการทำงานในสภาวะอุณหภูมิต่ำที่เลือก ข้อเสียเปรียบหลักคือความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่า แรงดันเซลล์ที่ระบุต่ำกว่า ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น และฐานจ่ายที่แคบลง

โดยปกติแล้ว LiFePO4 จะเป็นจุดเริ่มต้นที่เป็นประโยชน์มากกว่าเมื่อโครงการจัดลำดับความสำคัญของพลังงานที่เก็บไว้ ต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ความพร้อมใช้งานของผลิตภัณฑ์ในวงกว้าง และการดำเนินงานรายวันที่มีระยะเวลายาวนาน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ การจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ แบตเตอรี่ RV และทางทะเล อุปกรณ์อุตสาหกรรม และระบบการเคลื่อนย้ายด้วยไฟฟ้าจำนวนมาก

ไม่ควรเลือกเคมีทั้งสองจากตารางเปรียบเทียบทั่วไปเพียงอย่างเดียว อัตราการชาร์จ อัตราการคายประจุ อายุการใช้งานของวงจร และขีดจำกัดอุณหภูมิจะแตกต่างกันอย่างมากระหว่างรุ่นของเซลล์ การตัดสินใจขั้นสุดท้ายจะต้องขึ้นอยู่กับเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตและการทดสอบเซลล์ที่เลือกภายใต้โปรไฟล์โหลดจริง

การเปรียบเทียบแบตเตอรี่ LTO กับ LiFePO4

นี่เป็นแนวโน้มทั่วไป ไม่ใช่ข้อกำหนดเฉพาะที่รับประกัน เซลล์ถุง LiFePO4 กำลังสูงสามารถส่งกระแสไฟได้มากกว่าเซลล์ LTO ประเภทพลังงาน ในขณะที่เซลล์ LTO พลังงานสูงอาจมีลักษณะวงจรและประจุที่แตกต่างจากเซลล์ LTO ประเภทพลังงานขนาดเล็ก เปรียบเทียบโมเดลเซลล์จริงภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่เทียบเท่าเสมอ

LTO และ LiFePO4 อธิบายส่วนต่างๆ ของเซลล์

LTO ย่อมาจากลิเธียมไททาเนตออกไซด์ โดยทั่วไปเขียนเป็น Li₄Ti₅O₁₂ ในเซลล์ LTO เชิงพาณิชย์ ลิเธียมไททาเนตมักจะแทนที่กราไฟท์เป็นวัสดุขั้วลบ อิเล็กโทรดขั้วบวกอาจใช้เคมีที่แตกต่างกัน ดังนั้นฉลาก 'LTO' จึงไม่ได้อธิบายทุกวัสดุภายในแบตเตอรี่ได้ครบถ้วน

ลิเธียมไททาเนตมีโครงสร้างสปิเนลที่เสถียร และมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรโครงตาข่ายค่อนข้างน้อยเมื่อลิเธียมไอออนเข้าและออกจากวัสดุ ลักษณะการทำงานนี้มักเรียกว่าการแทรก 'zero-strain' ช่วยลดการเสื่อมสภาพทางกลของขั้วบวกและสนับสนุนอายุการใช้งานที่ยาวนานในเซลล์ที่ออกแบบอย่างเหมาะสม

LiFePO4 หรือที่เรียกว่า LFP ระบุลิเธียมเหล็กฟอสเฟตที่ใช้เป็นวัสดุขั้วบวก เซลล์ LFP เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรดลบที่ใช้กราไฟต์ พันธะที่แข็งแกร่งภายในแคโทดฟอสเฟตทำให้เกิดเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ปกติประมาณ 3.2V และห่วงโซ่อุปทานที่ครบกำหนด ทำให้ LFP ใช้งานได้จริงสำหรับการใช้งานด้านพลังงานและพลังงานที่หลากหลาย

สิ่งสำคัญคือต้องไม่เปลี่ยนคุณลักษณะระดับวัสดุเป็นการกล่าวอ้างผลิตภัณฑ์สากล ประสิทธิภาพของเซลล์ยังขึ้นอยู่กับการโหลดอิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์ ตัวคั่น การรวมกันของแคโทด-แอโนด โครงสร้างภายใน ความสม่ำเสมอในการผลิต และระยะเวลาการทำงานที่ระบุ

โดยที่แบตเตอรี่ LTO มอบข้อได้เปรียบอย่างแท้จริง

รอบการชาร์จและการคายประจุบ่อยครั้ง

เซลล์ LTO ที่เลือกสามารถบรรลุรอบหลายพันหรือหลายหมื่นรอบภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ สิ่งนี้ทำให้น่าสนใจสำหรับอุปกรณ์ที่ชาร์จและคายประจุหลายครั้งต่อวัน

ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ AGV, AMR, หุ่นยนต์อุตสาหกรรม, ระบบพลังงานหมุนเวียน และอุปกรณ์สนับสนุนกริด ในการใช้งานเหล่านี้ แบตเตอรี่อาจประมวลผลพลังงานจำนวนมากตลอดอายุการใช้งาน แม้ว่าความจุปกติจะค่อนข้างน้อยก็ตาม

จะต้องอ่านตัวเลขวงจรชีวิตพร้อมกับความลึกของการคายประจุ อัตราการประจุและการคายประจุ อุณหภูมิ ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าบนและล่าง ช่วงเวลาพัก และเกณฑ์ความจุเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน เซลล์ที่ทดสอบด้วยการหมุนเวียน SOC แบบตื้นไม่สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรงกับเซลล์อื่นที่ทดสอบที่ระดับความลึกเต็มที่

การชาร์จอย่างรวดเร็วและโอกาส

เซลล์ LTO สามารถรับประจุได้ดีและมีความต้านทานภายในต่ำ รุ่นที่เลือกสามารถชาร์จใหม่ได้ในช่วงหยุดทำงานช่วงสั้นๆ ช่วยให้อุปกรณ์ยังคงใช้งานได้แทนที่จะหยุดชาร์จเป็นระยะเวลานาน

สำหรับกลุ่มยานพาหนะ AGV มูลค่าของ LTO อาจมาจากการใช้อุปกรณ์ที่สูงขึ้นมากกว่าความจุของแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว ระยะเวลาการชาร์จที่สั้นลงอาจลดการเปลี่ยนแบตเตอรี่ สินค้าคงคลังของแบตเตอรี่สำรอง หรือจำนวนยานพาหนะที่ต้องใช้ในการทำงานปริมาณเดียวกัน

การชาร์จอย่างรวดเร็วยังคงต้องใช้เครื่องชาร์จที่เข้ากันได้ ขั้วต่อที่เหมาะสม สายเคเบิลและบัสบาร์ที่มีขนาดถูกต้อง การตรวจสอบอุณหภูมิ และการกำหนดค่า BMS สำหรับเซลล์ที่แน่นอน ชื่อทางเคมีเพียงอย่างเดียวไม่ได้รับประกันอัตราการชาร์จโดยเฉพาะ

กำลังสูงและกระแสไฟฟ้าหมุนเวียน

เซลล์ LTO ที่เลือกได้รับการออกแบบให้ยอมรับและส่งกระแสไฟฟ้าสูง สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรม เครน ระบบเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่ การใช้งานสตาร์ท และระบบบัฟเฟอร์กำลัง

อย่างไรก็ตาม ความสามารถในปัจจุบันจะเป็นแบบเฉพาะรุ่นเสมอ เซลล์ แถบ บัสบาร์ ข้อต่อเชื่อม คอนแทคเตอร์ สายเคเบิล ฟิวส์ และ BMS จะต้องรองรับกระแสต่อเนื่องและกระแสสูงสุดที่ต้องการ อัตราการปล่อยประจุที่สูงไม่ได้หมายความว่าเซลล์จะสามารถรับกระแสไฟเดียวกันได้โดยอัตโนมัติในระหว่างการชาร์จหรือการสร้างใหม่

การใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ

เซลล์ LTO บางชนิดสามารถรับประจุและให้พลังงานที่มีประโยชน์ที่อุณหภูมิซึ่งเซลล์ลิเธียมไอออนกราไฟท์-แอโนดแบบเดิมต้องการความร้อนหรือกระแสไฟชาร์จลดลงอย่างมาก

สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับโลจิสติกส์ห้องเย็น อุปกรณ์อุตสาหกรรมกลางแจ้ง ระบบราง การติดตั้งการตรวจสอบระยะไกล และยานพาหนะที่ใช้ในสภาพอากาศหนาวเย็น

ต้องยืนยันความสามารถที่อุณหภูมิต่ำสำหรับเซลล์ที่เลือก ข้อมูลจำเพาะที่อนุญาตให้ทำงานที่อุณหภูมิ -30°C ไม่ได้หมายความว่าความจุที่อุณหภูมิห้อง กระแสไฟชาร์จสูงสุด หรือกำลังคายประจุสูงสุดจะยังคงอยู่ที่ -30°C

ข้อจำกัดหลักของแบตเตอรี่ LTO

ความหนาแน่นของพลังงานลดลง

โดยทั่วไป LTO จะกักเก็บพลังงานต่อกิโลกรัมและต่อลิตรน้อยกว่า LFP หรือ NMC แบตเตอรี่ที่ออกแบบมาเพื่อความจุกิโลวัตต์ชั่วโมงเท่ากันจึงมักจะต้องใช้ปริมาตรและน้ำหนักมากกว่า

นี่เป็นข้อเสียที่สำคัญสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าระยะไกล โดรน อุปกรณ์พกพา และโครงการอื่นๆ ที่รันไทม์ต้องพอดีกับภายในตู้ขนาดเล็กหรือน้ำหนักเบา

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดต่ำกว่า

เซลล์ LTO เชิงพาณิชย์โดยทั่วไปจะมีแรงดันไฟฟ้าปกติประมาณ 2.3V ถึง 2.4V เทียบกับประมาณ 3.2V สำหรับ LFP ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีเซลล์ LTO จำนวนมากขึ้นในอนุกรมเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าแพ็คที่ใกล้เคียงกัน

เซลล์ซีรีส์เพิ่มเติมส่งผลต่อจำนวนช่อง BMS การตรวจจับแรงดันไฟฟ้า การปรับสมดุลของเซลล์ การเชื่อมต่อบัสบาร์ และการออกแบบทางกล การกำหนดค่าแพ็คจะต้องคำนวณจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ระบุ และต่ำสุดของเซลล์ที่เลือก ไม่ใช่แค่จากแรงดันไฟฟ้าของระบบที่โฆษณาเท่านั้น

ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น

โดยปกติ LTO จะมีต้นทุนเริ่มต้นต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงสูงกว่า LFP หลัก การลงทุนเพิ่มเติมเหมาะสมที่สุดเมื่อการชาร์จอย่างรวดเร็ว การหมุนเวียนบ่อยครั้ง การทำงานที่อุณหภูมิต่ำ หรือการลดเวลาหยุดทำงานของอุปกรณ์ จะสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจที่วัดได้

หากแบตเตอรี่แบบอยู่กับที่ทำงานได้เพียงหนึ่งรอบต่อวัน และไม่มีข้อกำหนดด้านพลังงานหรืออุณหภูมิที่ผิดปกติ โซลูชัน LFP มักจะให้ความสมดุลทางการเงินที่ดีขึ้น

ห่วงโซ่อุปทานที่แคบลง

ตลาด LTO มีโมเดลเซลล์ที่ได้มาตรฐานน้อยกว่าและมีผู้ผลิตปริมาณมากน้อยกว่าตลาด LFP ดังนั้นควรพิจารณาความพร้อมในระยะยาวก่อนที่จะเสร็จสิ้นการออกแบบบรรจุภัณฑ์รอบเซลล์ใดเซลล์หนึ่ง

ผู้ซื้อควรยืนยันความพร้อมของตัวอย่าง การตรวจสอบย้อนกลับเป็นชุด สถานะการผลิต และการสนับสนุนการสั่งซื้อซ้ำในอนาคต ไม่ใช่แค่ราคาของการจัดส่งครั้งแรกเท่านั้น

เหตุใด LiFePO4 จึงเป็นตัวเลือกหลักสำหรับหลายโครงการ

LiFePO4 นำเสนอการผสมผสานที่ใช้งานได้จริงระหว่างความปลอดภัย อายุการใช้งานของวงจร ความหนาแน่นของพลังงาน ต้นทุน และความพร้อมในการจัดหา เครื่องชั่งนี้อธิบายว่าทำไมจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ ESS เชิงพาณิชย์ แบตเตอรี่ RV และเรือเดินทะเล ระบบสำรองข้อมูล และการใช้งานในอุตสาหกรรมและการเคลื่อนย้ายจำนวนมาก

ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า LTO

สำหรับพลังงานที่ต้องการเท่ากัน โดยทั่วไปแบตเตอรี่ LFP จะมีขนาดเล็กและเบากว่าระบบ LTO ที่เทียบเท่ากัน สิ่งนี้ทำให้ LFP น่าสนใจเมื่อปริมาณการติดตั้งมีความสำคัญ แต่โครงการไม่ต้องการความหนาแน่นพลังงานสูงสุดที่เป็นไปได้ของเซลล์ NMC

ต้นทุนที่ต่ำกว่าต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง

LFP มีฐานการผลิตระดับโลกที่เติบโตเต็มที่ และมีจำหน่ายทั้งในรูปแบบซอง ปริซึม และทรงกระบอก สำหรับโครงการที่ต้องการพลังงานสะสมหลายชั่วโมงเป็นหลัก ต้นทุนเริ่มต้นต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงที่ต่ำกว่ามักจะมีค่ามากกว่าอายุการใช้งานของวงจรที่ยาวนานหรือข้อได้เปรียบในการชาร์จเร็วของ LTO

วงจรชีวิตที่แข็งแกร่งสำหรับการทำงานในแต่ละวัน

เซลล์ LFP ที่มีคุณภาพสามารถให้อายุการใช้งานที่ยาวนานภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ และความลึกของการคายประจุที่เหมาะสม สำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ชาร์จในระหว่างวันและคายประจุในเวลากลางคืน โดยปกติแล้วจะเพียงพอโดยไม่ต้องจ่ายค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของ LTO

มีตัวเลือก LFP กำลังสูงให้เลือก

ไม่ถูกต้องที่จะถือว่าเซลล์ LiFePO4 ทุกเซลล์ถูกจำกัดให้มีการปล่อยประจุประมาณ 1C ผลิตภัณฑ์ LFP มีตั้งแต่เซลล์ประเภทพลังงานที่ออกแบบมาเพื่อการจัดเก็บระยะยาว ไปจนถึงเซลล์พลังงานสูงที่พัฒนาขึ้นสำหรับการเคลื่อนย้ายด้วยไฟฟ้า อุปกรณ์อุตสาหกรรม และการใช้งานพลังงานพัลส์

ดังนั้นความสามารถในปัจจุบันจึงต้องได้รับการประเมินจากเอกสารข้อมูลของเซลล์เฉพาะ แทนที่จะประเมินจากชื่อทางเคมี

ข้อจำกัดของแบตเตอรี่ LiFePO4

ข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดคือการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ เซลล์ LFP มาตรฐานจำนวนมากจำกัดการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C เนื่องจากลิเธียมโลหะอาจสะสมบนขั้วบวกกราไฟท์เมื่อสภาวะการชาร์จไม่เหมาะสม แบตเตอรี่อาจจำเป็นต้องลดกระแสการชาร์จ การทำความร้อนภายใน หรือตรรกะการชาร์จแบบควบคุมอุณหภูมิ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

ข้อจำกัดที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามเซลล์ ผลิตภัณฑ์บางชนิดอนุญาตให้ชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C อย่างจำกัดภายใต้สภาวะกระแสไฟและอุณหภูมิที่ระบุ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์อื่นๆ ห้ามชาร์จ การตั้งค่า BMS ต้องเป็นไปตามแผ่นข้อมูลของเซลล์ที่เลือก

นอกจากนี้ LFP ไม่ได้ให้ความสามารถในการชาร์จเร็ว การยอมรับกระแสไฟฟ้าที่สร้างใหม่ หรือศักยภาพในการรับส่งข้อมูลแบบรอบโดยอัตโนมัติเหมือนกับเซลล์ LTO กำลังสูงที่เลือกไว้ ความแตกต่างเหล่านี้มีความสำคัญในอุปกรณ์ที่ชาร์จหลายครั้งต่อกะ

ต้องเลือกรูปแบบเคมีและเซลล์แยกกัน

หลังจากเลือกเคมีแล้ว ทีมวิศวกรยังคงต้องเลือกรูปแบบเซลล์ทางกายภาพ

กระเป๋าเซลล์

เซลล์กระเป๋าใช้กล่องอะลูมิเนียม-พลาสติกเคลือบแทนกระป๋องโลหะแข็ง ตู้น้ำหนักเบาสามารถลดวัสดุที่ไม่ใช้งานและใช้พื้นที่การติดตั้งทรงสี่เหลี่ยมได้อย่างมีประสิทธิภาพ พื้นผิวที่เรียบและกว้างยังสามารถรองรับการระบายความร้อนแบบสัมผัสและรูปแบบโมดูลที่มีขนาดกะทัดรัดอีกด้วย

เซลล์กระเป๋าอาจจะดูน่าสนใจเมื่อโครงการต้องการ:

• ใช้พื้นที่ติดตั้งจำกัดอย่างมีประสิทธิภาพ

• ลดน้ำหนักของตู้ที่ระดับเซลล์

• เซลล์แบบแบนสำหรับช่องใส่แบตเตอรี่แบบกำหนดเอง

• หน้าสัมผัสพื้นผิวขนาดใหญ่เพื่อการจัดการระบายความร้อน

• เซลล์หรือกลุ่มคู่ขนานน้อยลงในการออกแบบโมดูลที่เลือก

• ตัวเลือกความจุและขนาดที่ยืดหยุ่น

โครงสร้างกระเป๋ายังสร้างข้อกำหนดในการบูรณาการที่เฉพาะเจาะจงอีกด้วย เซลล์ต้องการการปกป้องจากการเจาะ ขอบมีคม การสั่นสะเทือน และแรงกดจากแถบที่มากเกินไป โมดูลอาจต้องมีการควบคุมการบีบอัด แผ่นปลายหุ้มฉนวน พื้นผิวรองรับแบบเรียบ และค่าเผื่อความทนทานต่อการผลิตและการเปลี่ยนแปลงความหนาตามปกติ

กระเป๋าไม่ได้หมายถึงความยืดหยุ่นในการใช้งานโดยอัตโนมัติ เซลล์นั้นไม่ควรงอหรือติดตั้งโดยไม่มีการรองรับทางกล

เซลล์ปริซึม

เซลล์แบบแท่งปริซึมใช้กล่องหุ้มสี่เหลี่ยมที่แข็งแรง สะดวกสำหรับโครงร่างโมดูลทั่วไปและให้การปกป้องทางกลไกในระดับเซลล์แต่ละเซลล์ มีจำหน่ายกันอย่างแพร่หลายในความจุขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานกักเก็บพลังงาน LFP

ข้อเสียอาจรวมถึงน้ำหนักของตู้ที่เพิ่มขึ้น ขนาดคงที่ และความยืดหยุ่นน้อยลง เมื่อพื้นที่การติดตั้งที่มีอยู่ไม่สม่ำเสมอ

เซลล์ทรงกระบอก

เซลล์ทรงกระบอกมีเปลือกโลหะที่แข็งแกร่งและวิธีการประกอบที่สมบูรณ์ ขนาดมาตรฐานและตัวจับยึดแบบโมดูลาร์ช่วยให้การออกแบบบรรจุภัณฑ์บางอย่างง่ายขึ้น ในขณะที่เซลล์ขนาดเล็กจำนวนมากช่วยให้รูปร่างของบรรจุภัณฑ์มีความยืดหยุ่น

ข้อเสียเปรียบได้แก่ การเชื่อมต่อไฟฟ้าที่มากขึ้น จุดเชื่อมที่มากขึ้น และจำนวนเซลล์ที่สูงขึ้นสำหรับระบบที่มีความจุขนาดใหญ่ เซลล์ LTO ทรงกระบอกมักได้รับการพิจารณาสำหรับระบบสตาร์ท แบตเตอรีเครื่องเสียงรถยนต์ และการใช้งานกระแสไฟสูงอื่นๆ ในขณะที่เซลล์ LFP ทรงกระบอกใช้ในเครื่องมือไฟฟ้า อุปกรณ์เคลื่อนที่ และผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม

เซลล์กระเป๋า LTO เทียบกับเซลล์กระเป๋า LiFePO4

เซลล์กระเป๋า LTO มีความน่าสนใจมากที่สุดเมื่อโครงการต้องการการผสมผสานระหว่างกล่องหุ้มแบนน้ำหนักเบาและคุณลักษณะรอบการส่งข้อมูลสูง การชาร์จเร็ว หรืออุณหภูมิต่ำที่เลือกของ LTO

การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ :

• AGV และ AMR พร้อมการชาร์จโอกาส

• หุ่นยนต์อุตสาหกรรมทำงานหลายกะ

• อุปกรณ์อุตสาหกรรมปฏิรูป

• อุปกรณ์เคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมเย็น

• โมดูลกำลังสูงที่มีพื้นที่สี่เหลี่ยมจำกัด

• การขนส่งพิเศษและระบบสนับสนุนกริด

เซลล์ถุง LiFePO4 มักจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเมื่อโครงการต้องการบรรจุภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพ ความปลอดภัยที่ดี อายุการใช้งานยาวนานในแต่ละวัน และต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงที่ต่ำกว่า

การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ :

• รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าและยานพาหนะความเร็วต่ำ

• ระบบแบตเตอรี่ทางทะเลและ RV

• การจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม

• ระบบพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานสำรอง

• หุ่นยนต์และอุปกรณ์อุตสาหกรรม

• โมดูลแบบกำหนดเองที่ต้องการโปรไฟล์เซลล์แบบแบน

ไม่มีรูปแบบใดที่ดีกว่าในระดับสากล ควรเลือกเซลล์หลังจากประเมินความจุ ขนาด ความต้านทานภายใน ขีดจำกัดกระแส เงื่อนไขการทดสอบรอบ ช่วงอุณหภูมิ การออกแบบแท็บ และความพร้อมในการใช้งานในระยะยาวเท่านั้น

ตัวอย่างการเลือกตามแอปพลิเคชัน

AGV หรือหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

หากอุปกรณ์ทำงานหลายกะ ชาร์จระหว่างช่วงพักระยะสั้น และดำเนินการหลายรอบบางส่วนต่อวัน LTO ก็คุ้มค่าที่จะประเมิน ต้นทุนเซลล์เริ่มต้นที่สูงขึ้นอาจถูกชดเชยโดยการลดเวลาหยุดทำงานของการชาร์จและการเปลี่ยนแบตเตอรี่น้อยลง

หากอุปกรณ์มีกรอบเวลาการชาร์จที่ยาวและเสร็จสิ้นรอบหลักเพียงรอบเดียวต่อวัน LFP อาจให้อายุการใช้งานวงจรที่เพียงพอด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า

การจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์หรือเชิงพาณิชย์

สำหรับการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์แบบปกติในแต่ละวัน LFP จะเป็นจุดเริ่มต้นในทางปฏิบัติ เนื่องจากระบบจะให้ความสำคัญกับพลังงานที่เก็บไว้ ความพร้อมใช้งานในวงกว้าง และราคาต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง

LTO อาจมีความเกี่ยวข้องเมื่อแบตเตอรี่เดียวกันให้บริการโครงข่ายบ่อยครั้ง การบัฟเฟอร์พลังงานซ้ำ หรือการทำงานในสภาพแวดล้อมที่เย็น สำหรับการอภิปรายโดยละเอียดเกี่ยวกับกรณีการใช้งานนี้ โปรดอ่านคู่มือของ Misen ที่ LTO กับ LFP สำหรับการจัดเก็บพลังงานรอบสูง.

การเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า

LFP เหมาะสมเมื่อระยะการขับขี่ ต้นทุน และอายุการใช้งานในแต่ละวันเป็นสิ่งสำคัญที่สุด LTO อาจได้รับการพิจารณาสำหรับรถยนต์ที่ต้องการการชาร์จที่รวดเร็วมาก การชาร์จแบบสร้างใหม่บ่อยครั้ง หรือปริมาณงานรอบสูงผิดปกติ

หากน้ำหนักและพื้นที่ในการติดตั้งมีความสำคัญมากกว่าอายุการใช้งานสูงสุด เซลล์กระเป๋า NMC อาจให้ความสมดุลที่ดีกว่า LTO หรือ LFP

ระบบสตาร์ทและระบบแบตเตอรี่เครื่องเสียงรถยนต์

LTO สามารถให้พลังงานพัลส์ที่แรงได้ แต่การนับอนุกรมและแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จจำเป็นต้องมีการคำนวณอย่างรอบคอบ แบตเตอรี่ 6S LTO จะต้องไม่อธิบายว่าเป็นการทดแทนแบบสากลโดยตรงสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด หรือเข้ากันได้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับของรถยนต์ทุกคันโดยอัตโนมัติ

ทีมวิศวกรจะต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จสูงสุดของเซลล์ LTO ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมของยานพาหนะ พฤติกรรมของไดชาร์จ การตั้งค่า BMS วิธีการปรับสมดุล สายไฟและเครื่องขยายเสียง หรือกระแสสตาร์ท อาจจำเป็นต้องใช้เครื่องชาร์จ DC-to-DC โดยเฉพาะหรือตัวควบคุมภายนอก

เซลล์ LFP กำลังสูงยังสามารถใช้ในระบบสตาร์ทหรือเครื่องเสียงรถยนต์ที่เลือกได้ ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับหน้าต่างแรงดันไฟฟ้า กระแสพัลส์ พื้นที่ว่าง อุณหภูมิ และระบบการชาร์จ

ข้อกำหนด BMS และการออกแบบบรรจุภัณฑ์

ใช้การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเฉพาะทางเคมี

ไม่ควรเชื่อมต่อ LFP BMS แบบพารามิเตอร์คงที่กับแบตเตอรี่ LTO ช่วงแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แตกต่างกัน และเกณฑ์การป้องกันที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้การชาร์จไม่สมบูรณ์ การปิดเครื่องก่อนเวลาอันควร การชาร์จไฟเกิน หรือการคายประจุมากเกินไป

ควรกำหนดค่า BMS สำหรับ:

• จำนวนเซลล์อนุกรมที่ถูกต้อง

• การป้องกันแรงดันไฟเกินของเซลล์และการป้องกันแรงดันตก

• ประจุและกระแสคายประจุต่อเนื่อง

• กระแสไฟสูงสุดและระยะเวลาที่อนุญาต

• ความล่าช้ากระแสเกินและการป้องกันการลัดวงจร

• กลยุทธ์การปรับสมดุลของเซลล์และการปรับสมดุลปัจจุบัน

• ขีดจำกัดอุณหภูมิการชาร์จและการคายประจุ

• ความแม่นยำในการวัดแรงดันไฟฟ้า

• วิธีการประมาณค่า SOC

• โปรโตคอลการสื่อสารที่จำเป็น

แรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวอาจไม่ให้ข้อมูล SOC ที่แม่นยำเพียงพอในทุกระบบ LTO หรือ LFP อาจจำเป็นต้องใช้การนับคูลอมบ์และแบบจำลองที่ปรับเทียบกับเซลล์ที่เลือก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกราฟแรงดันไฟฟ้าและการใช้งาน

ออกแบบการเชื่อมต่อสำหรับกระแสไฟจริง

ความจุของแบตเตอรี่ไม่ได้กำหนดกระแสไฟที่ปลอดภัยด้วยตัวเอง หากบรรจุภัณฑ์ต้องส่งกระแสไฟ 200A แถบเซลล์ ข้อต่อเชื่อม บัสบาร์ สายเคเบิล ขั้วต่อ คอนแทคเตอร์ ฟิวส์ และ BMS ทั้งหมดจะต้องได้รับการประเมินที่ 200A และในระยะเวลาสูงสุดที่กำหนด

การทดสอบต้นแบบควรบันทึกแรงดันตกและอุณหภูมิที่พื้นผิวเซลล์ แท็บ บัสบาร์ และการเชื่อมต่อ การให้ความร้อนในการเชื่อมต่อแบบเฉพาะจุดอาจเกิดขึ้นได้แม้ว่าตัวเซลล์จะยังอยู่ในช่วงการทำงานปกติก็ตาม

จับคู่เซลล์ก่อนการประกอบ

ความสม่ำเสมอของเซลล์ส่งผลต่อความสามารถในการใช้งาน ระยะเวลาที่สมดุล การกระจายอุณหภูมิ และประสิทธิภาพของบรรจุภัณฑ์ในระยะยาว การจับคู่ควรพิจารณา: ขึ้นอยู่กับโครงการ

• ความจุ

• แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

• ความต้านทานภายใน AC

• ความต้านทานภายใน DC

• การปลดปล่อยตัวเองหรือค่า K

• ความหนาและขนาดของเซลล์

• สภาพแท็บและคุณภาพการปิดผนึก

• ชุดการผลิตและการตรวจสอบย้อนกลับ

BMS ไม่สามารถชดเชยกลุ่มเซลล์ที่เข้ากันไม่ดีได้ทั้งหมด

ปกป้องและสนับสนุนเซลล์กระเป๋า

โมดูลกระเป๋าควรมีการบีบอัดหรือยึดที่เหมาะสม ฉนวนไฟฟ้า การป้องกันการเจาะ แถบบรรเทาความเครียด และการรองรับการสั่นสะเทือนอย่างปลอดภัย ค่าการบีบอัดควรมาจากผู้ผลิตเซลล์ที่เลือกหรือการออกแบบโมดูลที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว ไม่ควรคัดลอกข้อกำหนดด้านแรงกดหนึ่งรายการกับโมเดลเซลล์กระเป๋าที่ไม่เกี่ยวข้องกัน

ความปลอดภัยและการรับรอง

ทั้ง LTO และ LFP ได้รับการยอมรับในด้านความเสถียรทางความร้อนสูงเมื่อเทียบกับระบบลิเธียมไอออนพลังงานสูงหลายระบบ แต่ไม่มีคุณสมบัติทางเคมีใดที่กันไฟหรือปราศจากความเสี่ยง แบตเตอรี่ทั้งก้อนยังคงเก็บพลังงานไฟฟ้าได้จำนวนมาก และประกอบด้วยอิเล็กโทรไลต์ ตัวแยก ตัวสะสมกระแสไฟฟ้า และการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า

ความปลอดภัยขึ้นอยู่กับระบบที่สมบูรณ์:

• เซลล์ที่ตรวจสอบแล้วจากแหล่งที่ตรวจสอบย้อนกลับได้

• พารามิเตอร์ BMS ที่ถูกต้อง

• ฟิวส์และคอนแทคเตอร์ที่ได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสม

• ฉนวนไฟฟ้าและระยะห่างตามผิวฉนวน

• การป้องกันทางกล

• การออกแบบระบายความร้อน

• เครื่องชาร์จที่ปลอดภัยและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

• การตรวจสอบความถูกต้องของก้อนแบตเตอรี่ที่เสร็จแล้ว

UN 38.3, IEC, UL และรายงานอื่นๆ ใช้กับเซลล์หรือแบตเตอรี่ที่ได้รับการทดสอบโดยเฉพาะ ไม่ควรนำเสนอเป็นหลักฐานว่าผลิตภัณฑ์ทุกตัวที่ใช้สารเคมีชนิดเดียวกันผ่านการทดสอบแบบเดียวกันหรือจะทำงานเหมือนกันภายใต้สภาวะการใช้งานที่ไม่เหมาะสม

วิธีเปรียบเทียบต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

ราคาซื้อต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงเป็นเพียงส่วนหนึ่งของการตัดสินใจ

การเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติควรรวมถึง:

• ต้นทุนเซลล์และโมดูลเริ่มต้น

• ค่าใช้จ่ายเครื่องชาร์จ BMS และอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

• ข้อกำหนดด้านความร้อนและความเย็น

• ปริมาณและน้ำหนักการติดตั้ง

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

• จำนวนการเปลี่ยนที่คาดไว้

• การบำรุงรักษาและแรงงาน

• การหยุดทำงานของอุปกรณ์

• ปฏิทินและอายุวัฏจักร

• เงื่อนไขการรับประกัน

• ความต่อเนื่องในการจัดหา

• การประมวลผลที่สิ้นสุดอายุการใช้งาน

LTO อาจทำให้ต้นทุนอายุการใช้งานลดลงเมื่อแบตเตอรี่หมุนเวียนหลายครั้งต่อวัน หรือเมื่อการหยุดทำงานของการชาร์จมีราคาแพง LFP อาจให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเมื่อแบตเตอรี่เก็บพลังงานเป็นหลักเป็นเวลาหลายชั่วโมงและเสร็จสิ้นหนึ่งรอบปกติต่อวัน

รอบการทำงาน—ไม่ใช่จำนวนวงจรชีวิตที่ใหญ่ที่สุดที่โฆษณาไว้—ควรเป็นแนวทางในการคำนวณทางเศรษฐกิจ

ข้อมูลที่ต้องระบุเมื่อขอคำแนะนำเซลล์

หากต้องการเปรียบเทียบตัวเลือกเซลล์กระเป๋า LTO และ LiFePO4 โปรดระบุข้อมูลต่อไปนี้ให้มากที่สุด:

1. แอปพลิเคชันและโปรไฟล์การดำเนินงาน

2. แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดที่ต้องการ

3. กำลังการผลิตที่ต้องการหรือพลังงานที่ใช้ได้

4. กระแสจำหน่ายอย่างต่อเนื่อง

5. กระแสและระยะเวลาการคายประจุสูงสุด

6. กระแสไฟชาร์จสูงสุด

7. เวลาในการชาร์จที่มีอยู่

8. กระแสไฟชาร์จแบบรีเจนเนอเรชั่น ถ้ามี

9. อุณหภูมิการทำงานต่ำสุดและสูงสุด

10. ขนาดแบตเตอรี่ที่มีอยู่

11. น้ำหนักแบตเตอรี่สูงสุด

12. รอบที่คาดหวังหรือรอบบางส่วนต่อวัน

13. อายุการใช้งานที่ต้องการ

14. สภาวะการทำความเย็นหรือความร้อน

15. โปรโตคอลการสื่อสาร

16. รับรองและตลาดปลายทาง

17. ต้นแบบและปริมาณการผลิตโดยประมาณ

พารามิเตอร์เหล่านี้ช่วยให้ซัพพลายเออร์สามารถระบุได้ไม่เพียงแต่ว่าเคมีชนิดใดที่เหมาะสมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงว่าเซลล์แบบซอง ทรงปริซึม หรือทรงกระบอกจะให้ความพอดีทางกลและทางไฟฟ้าที่ดีที่สุดหรือไม่

คำถามที่พบบ่อย

สิ่งใดคงอยู่นานกว่า LTO หรือ LiFePO4

โดยทั่วไป LTO มีศักยภาพอายุการใช้งานวงจรที่สูงกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีการปั่นจักรยานบ่อยครั้งและการชาร์จโอกาส อายุการใช้งานจริงขึ้นอยู่กับรุ่นของเซลล์ ความลึกของการคายประจุ กระแสไฟ อุณหภูมิ ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า และเกณฑ์การสิ้นสุดอายุการใช้งาน เซลล์ LFP ที่มีคุณภาพยังสามารถให้อายุการใช้งานที่ยาวนานสำหรับการใช้กักเก็บพลังงานในแต่ละวัน

LTO ปลอดภัยกว่า LiFePO4 หรือไม่

LTO มีโปรไฟล์ด้านความปลอดภัยที่แข็งแกร่งและมีแนวโน้มลดลงในการชุบลิเธียมที่ขั้วบวก LFP ยังมีความเสถียรทางความร้อนสูงเนื่องจากมีแคโทดฟอสเฟต ไม่ควรอธิบายว่าเคมีใดสามารถกันไฟได้อย่างสมบูรณ์ การออกแบบบรรจุภัณฑ์ การป้องกัน BMS การเชื่อมต่อ โครงสร้างทางกล และการทดสอบ ยังคงมีความสำคัญ

แบตเตอรี่ LiFePO4 สามารถชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C ได้หรือไม่

เซลล์ LFP มาตรฐานจำนวนมากจำกัดการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C แต่ขีดจำกัดอุณหภูมิและกระแสไฟฟ้าที่แน่นอนนั้นเป็นข้อมูลเฉพาะรุ่น ปฏิบัติตามเอกสารข้อมูลของเซลล์ที่เลือก และใช้การลดหรือทำความร้อนกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมโดย BMS เมื่อจำเป็น

สามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่ LTO เข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับของรถยนต์ได้โดยตรงหรือไม่

ไม่มีคำตอบที่เป็นสากล ความเข้ากันได้ขึ้นอยู่กับจำนวนเซลล์ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์ การควบคุมไดชาร์จ อุณหภูมิในการทำงาน การตั้งค่า BMS และการเดินสายไฟ ต้องตรวจสอบระบบการชาร์จที่สมบูรณ์ บางโครงการต้องใช้เครื่องชาร์จ DC-to-DC หรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าภายนอก

เซลล์กระเป๋า LTO ดีกว่าเซลล์ LTO ทรงกระบอกหรือไม่

ไม่มีรูปแบบใดที่ดีกว่าโดยอัตโนมัติ เซลล์ถุงนำเสนอบรรจุภัณฑ์ทรงสี่เหลี่ยมที่มีประสิทธิภาพ ตัวเครื่องมีน้ำหนักเบา และพื้นผิวทำความเย็นขนาดใหญ่ เซลล์ทรงกระบอกมีโครงสร้างเฉพาะที่แข็งแกร่ง ขนาดมาตรฐาน และวิธีการประกอบที่สมบูรณ์ รูปแบบที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับขนาด กระแสไฟ ปริมาณการผลิต ความต้องการทางกล และรุ่นเซลล์ที่มีอยู่

LiFePO4 ถูกจำกัดไว้ที่อัตราการคายประจุต่ำเสมอหรือไม่

ไม่ใช่ ผลิตภัณฑ์ LiFePO4 มีทั้งเซลล์ประเภทพลังงานและเซลล์พลังงานสูง ใช้ขีดจำกัดกระแสพัลส์ต่อเนื่องและจากเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตเฉพาะ แทนที่จะกำหนดอัตรา C สากลให้กับเคมี

เลือกแบตเตอรี่รอบแอปพลิเคชัน

LTO ไม่ใช่การอัพเกรดสากลจาก LiFePO4 และ LiFePO4 ไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้องโดยอัตโนมัติสำหรับทุกโครงการ

เลือก LTO เมื่อการปั่นจักรยานบ่อยครั้ง การชาร์จอย่างรวดเร็ว กำลังสูง กระแสไฟฟ้าที่สร้างใหม่ หรือการทำงานที่อุณหภูมิต่ำที่เลือกไว้จะสร้างมูลค่าการปฏิบัติงานที่มีความหมาย

เลือก LiFePO4 เมื่อโครงการจัดลำดับความสำคัญของพลังงานที่เก็บไว้อย่างคุ้มค่า ความพร้อมใช้งานในวงกว้าง การหมุนเวียนรายวัน และความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่า LTO

จากนั้นเลือกรูปแบบเซลล์แยกกัน เซลล์กระเป๋าสามารถให้บรรจุภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพ ลดน้ำหนักของตัวเครื่อง และโครงสร้างโมดูลที่ยืดหยุ่น แต่จะต้องบูรณาการเข้ากับการบีบอัด ฉนวน การจัดการความร้อน และการป้องกันแท็บที่เหมาะสม

Misen จัดหาและประเมินผล เซลล์กระเป๋า LTO, เซลล์ถุง LiFePO4 และ เซลล์กระเป๋า NMC สำหรับการเคลื่อนย้ายด้วยไฟฟ้า AGV หุ่นยนต์ อุปกรณ์อุตสาหกรรม การจัดเก็บพลังงาน และโมดูลแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง

การสนับสนุนอาจรวมถึงการเปรียบเทียบแบบจำลองเซลล์ การประเมินตัวอย่าง การทดสอบความจุและความต้านทาน การจับคู่เซลล์ การตรวจสอบ BMS การรวมโมดูล และการวางแผนต้นแบบ ส่ง Misen แรงดันไฟฟ้า ความจุ กระแสไฟฟ้า เวลาในการชาร์จ ขนาด และช่วงอุณหภูมิของโครงการเพื่อเริ่มกระบวนการคัดเลือก

ข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิค

• Toshiba SCiB: คุณสมบัติของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตแบบชาร์จได้

• คู่มือการทดสอบและเกณฑ์ของสหประชาชาติ: การทดสอบการขนส่งแบตเตอรี่ลิเธียม