Hvad er lithiumbatteriteknologi?

Lithium-batterier adskiller sig fra andre batterikemier på grund af deres høje energitæthed og lave omkostninger pr. cyklus.Men "lithium batteri" er et tvetydigt begreb.Der er omkring seks almindelige kemier af lithium-batterier, alle med deres egne unikke fordele og ulemper.For vedvarende energianvendelser er den fremherskende kemi Lithium jernfosfat (LiFePO4) .Denne kemi har fremragende sikkerhed med stor termisk stabilitet, høje strømværdier, lang levetid og tolerance over for misbrug.

Lithium jernfosfat (LiFePO4) er ekstremt stabil lithiumkemi sammenlignet med næsten alle andre lithiumkemier.Batteriet er samlet med et naturligt sikkert katodemateriale (jernfosfat).Sammenlignet med andre lithiumkemier fremmer jernfosfat en stærk molekylær binding, som modstår ekstreme opladningsforhold, forlænger cyklussens levetid og bevarer den kemiske integritet over mange cyklusser.Det er det, der giver disse batterier deres store termiske stabilitet, lange levetid og tolerance over for misbrug. LiFePO4 batterier er ikke tilbøjelige til at overophedes, og de udsættes heller ikke for "termisk løbsk" og overophedes eller antændes derfor ikke, når de udsættes for streng fejlhåndtering eller barske miljøforhold.

I modsætning til oversvømmet blysyre og andre batterikemier udlufter lithiumbatterier ikke farlige gasser som brint og ilt.Der er heller ingen fare for eksponering for kaustiske elektrolytter såsom svovlsyre eller kaliumhydroxid.I de fleste tilfælde kan disse batterier opbevares i lukkede områder uden risiko for eksplosion, og et korrekt designet system bør ikke kræve aktiv køling eller udluftning.

Lithium-batterier er en samling sammensat af mange celler, som bly-syre-batterier og mange andre batterityper.Blysyrebatterier har en nominel spænding på 2V/celle, hvorimod lithiumbattericeller har en nominel spænding på 3,2V.For at opnå et 12V batteri vil du derfor typisk have fire celler forbundet i en serie.Dette vil gøre den nominelle spænding af a LiFePO4 12,8V .Otte celler forbundet i en serie danner en 24V batteri med en nominel spænding på 25,6V og seksten celler forbundet i en serie gør en 48V batteri med en nominel spænding på 51,2V.Disse spændinger fungerer meget godt med din typiske 12V, 24V og 48V invertere .

Lithium-batterier bruges ofte til direkte at erstatte bly-syre-batterier, fordi de har meget ens ladespændinger.En fire-celle LiFePO4-batteri (12,8V), vil typisk have en max ladespænding mellem 14,4-14,6V (afhængigt af producentens anbefalinger).Det, der er unikt for et lithiumbatteri, er, at det ikke behøver en absorptionsladning eller holdes i konstant spændingstilstand i betydelige perioder.Typisk, når batteriet når den maksimale ladespænding, skal det ikke længere oplades.Afladningsegenskaberne for LiFePO4-batterier er også unikke.Under afladning vil lithium-batterier opretholde en meget højere spænding, end bly-syre-batterier typisk ville have under belastning.Det er ikke ualmindeligt, at et lithiumbatteri kun falder et par tiendedele af en volt fra fuld opladning til 75 % afladet.Dette kan gøre det svært at sige, hvor meget kapacitet der er brugt uden batteriovervågningsudstyr.

En væsentlig fordel ved lithium i forhold til bly-syre-batterier er, at de ikke lider af underskudscykler.Det er i bund og grund, når batterierne ikke kan lades helt op, før de aflades igen næste dag.Dette er et meget stort problem med bly-syre-batterier og kan fremme betydelig pladenedbrydning, hvis cyklus gentagne gange på denne måde.LiFePO4-batterier behøver ikke at blive fuldt opladet regelmæssigt.Faktisk er det muligt at forbedre den samlede forventede levetid lidt med en lille delvis opladning i stedet for en fuld opladning.

Effektivitet er en meget vigtig faktor, når man designer solcelleanlæg.Rundturseffektiviteten (fra fuld til død og tilbage til fuld) for det gennemsnitlige blysyrebatteri er omkring 80 %.Andre kemier kan være endnu værre.Energieffektiviteten tur-retur for et lithium-jernfosfat-batteri er op mod 95-98%.Dette alene er en væsentlig forbedring for systemer, der er udsultet af solenergi om vinteren, brændstofbesparelserne ved generatoropladning kan være enorme.Absorptionsladningsstadiet for bly-syre-batterier er særligt ineffektivt, hvilket resulterer i effektiviteter på 50 % eller endnu mindre.I betragtning af at lithiumbatterier ikke absorberer opladning, kan opladningstiden fra helt afladet til helt fyldt være så lidt som to timer.Det er også vigtigt at bemærke, at et lithiumbatteri kan gennemgå en næsten fuldstændig afladning som vurderet uden væsentlige negative virkninger.Det er dog vigtigt at sikre sig, at de enkelte celler ikke overudlades.Dette er den integreredes opgave Batteristyringssystem (BMS) .

Sikkerheden og pålideligheden af ​​lithium-batterier er en stor bekymring, så alle samlinger bør have en integreret Batteristyringssystem (BMS) .BMS er et system, der overvåger, evaluerer, afbalancerer og beskytter celler mod at operere uden for "Safe Operating Area".BMS er en væsentlig sikkerhedskomponent i et lithium batterisystem, der overvåger og beskytter cellerne i batteriet mod overstrøm, under/overspænding, under/over temperatur og mere.En LiFePO4-celle vil blive permanent beskadiget, hvis cellens spænding nogensinde falder til mindre end 2,5V, den vil også blive permanent beskadiget, hvis cellens spænding stiger til mere end 4,2V.BMS overvåger hver celle og vil forhindre beskadigelse af cellerne i tilfælde af under-/overspænding.

Et andet væsentligt ansvar for BMS er at balancere pakken under opladning, hvilket garanterer, at alle celler får en fuld opladning uden overopladning.Cellerne i et LiFePO4-batteri vil ikke automatisk balancere ved slutningen af ​​opladningscyklussen.Der er små variationer i impedansen gennem cellerne, og derfor er ingen celle 100% identisk.Derfor, når de cykles, vil nogle celler være fuldt opladet eller afladet tidligere end andre.Variansen mellem celler vil stige betydeligt over tid, hvis cellerne ikke er afbalancerede.

I bly-syre batterier , vil strømmen fortsætte med at flyde, selv når en eller flere af cellerne er fuldt opladet.Dette er et resultat af elektrolysen finder sted inde i batteriet, vandet spaltes til brint og ilt.Denne strøm hjælper med at oplade andre celler fuldt ud, og dermed balancerer ladningen på alle celler naturligt.En fuldt opladet lithiumcelle vil dog have meget høj modstand og meget lidt strøm vil flyde.De efterslæbende celler vil derfor ikke være fuldt opladet.Under balancering vil BMS påføre en lille belastning på de fuldt opladede celler, hvilket forhindrer den i at overoplade og lader de andre celler indhente det.

Lithium-batterier giver mange fordele i forhold til andre batterikemier.De er en sikker og pålidelig batteriløsning uden frygt for termisk løb og/eller katastrofal nedsmeltning, hvilket er en væsentlig mulighed fra andre lithiumbatterityper.Disse batterier tilbyder ekstremt lang levetid, hvor nogle producenter endda garanterer batterier i op til 10.000 cyklusser.Med høje afladnings- og genopladningshastigheder på op til C/2 kontinuerlig og en tur-retur effektivitet på op til 98 %, er det ikke underligt, at disse batterier vinder indpas i branchen. Lithium jernfosfat (LiFePO4) er en perfekt energilagringsløsning .