Co je technologie lithiových baterií?

Lithiové baterie se odlišují od ostatních chemických látek díky své vysoké hustotě energie a nízkým nákladům na cyklus.Termín „lithiová baterie“ je však nejednoznačný.Existuje asi šest běžných chemických složení lithiových baterií, všechny mají své vlastní jedinečné výhody a nevýhody.U aplikací obnovitelných zdrojů energie převládá chemie Lithium-železo fosfát (LiFePO4) .Tato chemie má vynikající bezpečnost, velkou tepelnou stabilitu, vysoký proud, dlouhou životnost a odolnost proti zneužití.

Lithium-železo fosfát (LiFePO4) je extrémně stabilní chemie lithia ve srovnání s téměř všemi ostatními chemikáliemi lithia.Baterie je vyrobena z přirozeně bezpečného katodového materiálu (fosfátu železa).Ve srovnání s jinými chemickými látkami lithia podporuje fosforečnan železitý silnou molekulární vazbu, která odolává extrémním podmínkám nabíjení, prodlužuje životnost cyklu a udržuje chemickou integritu po mnoho cyklů.To dává těmto bateriím jejich skvělou tepelnou stabilitu, dlouhou životnost a odolnost vůči špatnému zacházení. LiFePO4 baterie nejsou náchylné k přehřátí, ani nejsou vystaveny „tepelnému úniku“, a proto se nepřehřívají ani nevznítí, pokud jsou vystaveny přísnému zacházení nebo drsným podmínkám prostředí.

Na rozdíl od zaplavených olověných a jiných chemických baterií lithiové baterie neuvolňují nebezpečné plyny, jako je vodík a kyslík.Neexistuje také žádné nebezpečí vystavení žíravým elektrolytům, jako je kyselina sírová nebo hydroxid draselný.Ve většině případů lze tyto baterie skladovat v uzavřených prostorách bez rizika výbuchu a správně navržený systém by neměl vyžadovat aktivní chlazení nebo odvětrávání.

Lithiové baterie jsou sestava složená z mnoha článků, jako jsou olověné baterie a mnoho dalších typů baterií.Olověné baterie mají jmenovité napětí 2V/článek, zatímco lithiové články mají jmenovité napětí 3,2V.Proto, abyste dosáhli 12V baterie, budete mít obvykle čtyři články zapojené do série.Tím se vytvoří jmenovité napětí a LiFePO4 12,8V .Osm článků zapojených do série tvoří a 24V baterie se jmenovitým napětím 25,6V a šestnácti články zapojenými do série tvoří a 48V baterie se jmenovitým napětím 51,2V.Tato napětí fungují velmi dobře s vaším typickým Střídače 12V, 24V a 48V .

Lithiové baterie se často používají k přímé náhradě olověných baterií, protože mají velmi podobné nabíjecí napětí.Čtyřčlánek LiFePO4 baterie (12,8V), bude mít obvykle maximální nabíjecí napětí mezi 14,4-14,6V (v závislosti na doporučení výrobce).Jedinečné na lithiové baterii je to, že nepotřebuje absorpční nabíjení nebo aby byla udržována ve stavu konstantního napětí po významnou dobu.Obvykle, když baterie dosáhne maximálního nabíjecího napětí, již ji není třeba nabíjet.Jedinečná je také vybíjecí charakteristika LiFePO4 baterií.Během vybíjení si lithiové baterie udrží mnohem vyšší napětí než olověné baterie obvykle při zátěži.Není neobvyklé, že lithiová baterie klesne pouze o několik desetin voltu z plného nabití na 75 % vybití.To může ztěžovat zjištění, jaká kapacita byla využita bez zařízení pro monitorování baterie.

Významnou výhodou lithia oproti olověným akumulátorům je, že netrpí deficitním cyklováním.V zásadě se jedná o situaci, kdy baterie nelze plně nabít, než se další den znovu vybijí.To je velmi velký problém s olověnými bateriemi a může podporovat značnou degradaci desek, pokud jsou opakovaně cyklovány tímto způsobem.LiFePO4 baterie není nutné pravidelně plně nabíjet.Ve skutečnosti je možné mírně zlepšit celkovou životnost s mírným částečným nabitím namísto plného nabití.

Účinnost je velmi důležitým faktorem při navrhování solárních elektrických systémů.Zpáteční účinnost (z plného do vybití a zpět do plné) průměrné olověné baterie je asi 80 %.Další chemie může být ještě horší.Energetická účinnost baterie Lithium Iron Phosphate je více než 95–98 %.To samo o sobě je významným zlepšením pro systémy, které v zimě nemají solární energii, úspory paliva při nabíjení generátoru mohou být obrovské.Absorpční nabíjecí stupeň olověných akumulátorů je obzvláště neefektivní, což má za následek účinnost 50 % nebo dokonce méně.Vzhledem k tomu, že lithiové baterie nenabíjejí absorpcí, doba nabíjení od úplného vybití do úplného nabití může být až dvě hodiny.Je také důležité poznamenat, že lithiová baterie může podléhat téměř úplnému vybití podle jmenovité hodnoty bez významných nepříznivých účinků.Je však důležité zajistit, aby se jednotlivé články příliš nevybíjely.To je úkol integrovaných Battery Management System (BMS) .

Bezpečnost a spolehlivost lithiových baterií jsou velkým problémem, proto by všechny sestavy měly mít integrovaný Battery Management System (BMS) .BMS je systém, který monitoruje, vyhodnocuje, vyvažuje a chrání články před provozem mimo „bezpečnou provozní oblast“.BMS je základním bezpečnostním prvkem systému lithiových baterií, který monitoruje a chrání články v baterii před nadproudem, pod/přepětím, pod/přehřátím a dalšími.LiFePO4 článek bude trvale poškozen, pokud napětí článku někdy klesne pod 2,5 V, bude také trvale poškozen, pokud napětí článku vzroste na více než 4,2 V.BMS monitoruje každý článek a zabrání poškození článků v případě podpětí/přepětí.

Další nezbytnou povinností BMS je vyvážit baterii během nabíjení, což zaručuje, že se všechny články plně nabijí bez přebíjení.Články LiFePO4 baterie se na konci nabíjecího cyklu automaticky nevyrovnají.Existují nepatrné odchylky v impedanci skrz články, a proto žádný článek není 100% identický.Proto při cyklování budou některé články plně nabité nebo vybité dříve než jiné.Rozdíl mezi buňkami se časem výrazně zvýší, pokud buňky nebudou vyvážené.

v olověné baterie , proud bude dále protékat, i když je jeden nebo více článků plně nabitých.Toto je výsledek elektrolýza probíhá uvnitř baterie, voda se štěpí na vodík a kyslík.Tento proud pomáhá plně nabít ostatní články, čímž přirozeně vyrovnává náboj na všech článcích.Plně nabitý lithiový článek však bude mít velmi vysoký odpor a bude protékat velmi malý proud.Zpožděné články proto nebudou plně nabité.Během vyvažování bude BMS aplikovat malé zatížení na plně nabité články, čímž zabrání jejich přebití a umožní ostatním článkům dohnat je.

Lithiové baterie nabízejí oproti jiným chemickým látkám mnoho výhod.Jsou bezpečným a spolehlivým řešením baterií bez obav z tepelného úniku a/nebo katastrofického roztavení, což je významná možnost u jiných typů lithiových baterií.Tyto baterie nabízejí extrémně dlouhou životnost, někteří výrobci dokonce zaručují baterie až na 10 000 cyklů.S vysokými rychlostmi vybíjení a nabíjení přesahujícími C/2 kontinuálně a účinností zpáteční cesty až 98 % není divu, že tyto baterie získávají v tomto odvětví na síle. Lithium-železo fosfát (LiFePO4) je perfektní řešení pro skladování energie .