鉴于我上一篇关于使用直流或混合概念供电的帖子，我突然想到该系统也可以使用整体式 AGM/Gel 电池或一组长寿命 2 伏凝胶电池。既然如此，为什么选择锂电池呢？希望这篇帖子能够在某种程度上突出这一决策过程。
近年来，锂离子电池在所有市场都越来越受欢迎。对于外行来说，如果只看安培小时 (Ah) 额定值，很容易认为锂离子电池是 VRLA（阀控铅酸）技术（如 AGM（吸收性玻璃纤维垫））的昂贵替代品。这是我几年前犯的第一个错误。深入研究后，我发现，在为您的应用选择最佳电池时，需要考虑的因素远不止安培小时额定值。
在海洋世界（我在这方面经验最丰富），如今的选择，尤其是在高负载下，通常只是锂离子与 AGM 之间的选择。在下面的比较中，虽然显示了凝胶电池，但它们在高放电电流下的有效容量确实较低。它们的成本与 AGM 大致相同，假设两种类型都是单体，而不是 2 V 长寿命凝胶电池。虽然提到了湿电池或富液铅酸 (FLA) 电池，但并不考虑作为本次特定比较的关键，这主要是出于海洋环境中的维护和安全考虑。这当然可能不适用于其他市场。
可用能源和成本
一般认为，AGM 电池最经济实用的放电深度 (DOD) 为 50%。对于最安全的主流锂离子电池类型磷酸铁锂 (LiFePO4 或 LFP)，使用 80% DOD。
这在现实世界中如何发挥作用？让我们以两个 Victron 24V 电池为例，比较一下小型游艇的可用能量：
- 1 块 Victron 锂离子电池 24 V 180 Ah
LFP 电池的标称电压为 3.3 V。这款 26.4 V LFP 电池由 8 个电池串联而成，额定容量为 180 Ah。可用能量为 26.4 x 180 = 4. 75 kWh。可用能量为 26.4 x 180 x 0.80 = 3.8 kWh。
- 2 个 Victron AGM 12 V 220 Ah
铅酸电池的标称电压为 2.0 V/cell。每个 12 V 单体电池由 6 个电池串联而成，额定容量为 220 Ah。将 2 x 12 V 220 Ah 电池串联起来，可产生 24V 和 220 Ah 的电压，可用能量为 24.0 x 220 = 5.28 kWh。可用能量为 24 x 220 x 0.50 = 2.64 kWh。
这就引出了一个问题，AGM 电池的 Ah 额定值是多少才相当于锂离子电池的 3.8 kWh 可用能量？要从 AGM 电池中获得 3.8 kWh 的可用能量，由于 50% DOD 经济规则，即 3.8 x 2 = 7.6 kWh，它需要两倍于该容量。在 24V 时，这意味着 7,600/24，这使我们的电池额定值为 316.66 Ah，接近锂离子 24 V 180 Ah 额定容量的两倍。请注意，这没有考虑电池的老化、温度降额或更高负载的影响。对于 AGM 电池，更高的负载比锂电池的影响更大。请参阅下面的“可用能量：不同负载对放电容量和电压的影响”部分。基于所有这些，可以合理地说，AGM 电池的 Ah 额定值需要是锂电池的两倍。
价格如何？使用 Victron 价格表，我们可以看到 12V 220 Ah AGM 不含增值税的价格为 470 欧元，即 2.136 欧元/Ah。对于 316.66 Ah，这相当于 12V 时 676.50 欧元或 24 V 时 1,353 欧元。24V 180 Ah 锂电池的可用能量相同，价格为 4,704 欧元，因此，在比较 Ah 等级时，价格是 4,704/1,353 = 3.48 倍（如果我们考虑上面提到的 2 倍，则价格更低）。
基于此，您可能会立即得出结论：锂并不具有成本效益，但是与价格相比的可用能量只是故事的一部分。
重量
无论类型如何，大多数电池的 Ah 额定值都是按 20 小时速率指定的。在轻负载的日子里，这没问题，但随着负载数量和负载大小随着时间的推移而增加，我们还需要考虑不同类型设备的高短期负载、中期负载和长期负载。这可能意味着需要一个大电池组。在极端情况下，我们可能会让空调运行 10 小时，使用 10 千瓦，而 LED 灯在这段时间内使用 100 瓦。平衡这些不同的要求和其间的所有负载成为关键。使用如下所示的大型电池组来实现这一点，很明显铅酸电池与锂电池相比有多重。1360/336 =重 4 倍。
可用能量：不同负载对放电容量和电压的影响
如前所述，大多数电池的 Ah 额定值都是按 20 小时速率计算的。在下图中，对于铅酸电池，如果这是一块 100 Ah 电池，以 20 小时速率运行，您可以看到 0.05C 意味着 100 x 0.05 = 5 安培，持续 20 小时 = 100 Ah 可用，直到电池完全耗尽。由于我们只使用了 50% 的电池，我们可以看到，在 10 小时内，5 安培负载下电压仍为 24 V，DOD 为 50%，因此我们将消耗 50 Ah。
增加电流消耗（如下图所示）会影响可用能量和电池电压。额定值的有效缩减被称为 Peukert 效应。对于铅酸电池，负载越高，您越需要增加电池的 Ah 容量来帮助缓解这种情况。然而，对于锂电池，即使在 0.5C 下负载增加 10 倍，在 80% DOD/20% SOC 下仍可获得 24V 的端电压，而无需增加电池的 Ah 额定值。这就是锂电池特别适合高负载的原因。
注意：下图显示了放电容量与端电压的关系。通常，您会看到 AGM 图表为放电时间与端电压的关系。我们绘制放电容量（而不是放电时间）的原因是锂的端电压比 AGM 更高且更稳定，因此在绘制曲线时考虑放电容量可以更准确地比较化学性质，表明锂由于端电压更高且更稳定，在更高负载下可增加可用能量。虽然您可能认为这是一个灰色区域（部分原因也是由于电池的内阻不同），但它可能是比较这些技术的唯一正确方法。图表下方的图像进一步证明了这一点。
锂 – 放电容量与端电压
铅酸 – 放电容量与端电压
可用能量（铅酸）
可用能量（锂）
充电效率
我们在放电过程中看到的许多情况在充电的逆过程中也同样如此。不要被下面显示的大型发电机尺寸吓到，因为本博客仅展示了一系列场景。解决方案原则上是可扩展的。首先，让我们比较一下整个充电周期中左侧铅酸电池和右侧锂电池的充电效率。与锂电池相比，对铅酸技术电池的最后 20% 进行充电总是缓慢且低效的。这在下面图片中的燃料成本（或您使用的任何充电源）中得到了证实。还请注意充电时间的差异。
注意：收费标准
大型 AGM 电池的建议充电率为 0.2C，即由并联 200Ah 块组成的 600A 电池的充电率为 120A。
较高的充电率会使电池升温（在这种情况下绝对需要温度补偿、电压感应和良好的通风，以防止热失控），并且由于内阻，当电池充电量仅为 60% 或更低时就会达到吸收电压，从而需要更长的吸收时间才能使电池充满电。
因此，高速率充电不会大幅减少铅酸技术电池的充电时间。
相比之下，200Ah 锂电池可以充电至 500A，但最大循环寿命的建议充电率为 100A (0.5C) 或更低。这再次表明，无论是放电还是充电，锂电池都更胜一筹。
电池选择、市场和循环寿命
根据你如何处理电池，你可以合理地预期以下循环范围，但前提是 DOD 和电池组的尺寸适合负载。工作温度也会发挥作用。电池越热，使用寿命越短。电池容量也会随着环境温度而降低。温度变化的基准是 25 摄氏度。
结论
显然，AGM 电池需要比锂电池更频繁地更换。值得记住的是，这需要时间、安装和运输成本，这进一步抵消了锂电池较高的初始资本成本以及较低的充电成本。
无论您选择哪种电池，一开始都会有资本成本和技术风险。如果您有足够的资金来支付锂电池较高的前期成本，您可能会发现生活会更轻松，而且从长远来看，这种选择是划算的。这在很大程度上取决于操作员的知识以及他们如何处理电池系统。有句老话说，电池不会死，而是被杀死。无论使用哪种技术，良好的管理实践都是防止早期故障的保险。
锂离子电池还是 AGM 电池？选择权在您手中。我个人认为，现在是时候将锂电池作为成本效益高、可靠、高性能的解决方案应用于海洋工业了。上周（您明白，这只是出于好奇）我试驾了一辆锂离子驱动的特斯拉 Model S —— 众所周知，如今没有一家有自尊心的电动汽车制造商会继续使用铅酸电池技术。海洋工业是时候迎头赶上了？