Was ist Lithium-Batterie-Technologie?

Lithiumbatterien unterscheiden sich von anderen Batteriechemien aufgrund ihrer hohen Energiedichte und niedrigen Kosten pro Zyklus.„Lithiumbatterie“ ist jedoch ein mehrdeutiger Begriff.Es gibt ungefähr sechs gängige Chemien von Lithiumbatterien, die alle ihre eigenen einzigartigen Vor- und Nachteile haben.Für erneuerbare Energieanwendungen ist die vorherrschende Chemie Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) .Diese Chemie hat eine ausgezeichnete Sicherheit, mit großer thermischer Stabilität, hohen Nennströmen, langer Lebensdauer und Toleranz gegenüber Missbrauch.

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) ist eine äußerst stabile Lithiumchemie im Vergleich zu fast allen anderen Lithiumchemien.Die Batterie ist mit einem natürlich sicheren Kathodenmaterial (Eisenphosphat) zusammengebaut.Im Vergleich zu anderen Lithiumchemikalien fördert Eisenphosphat eine starke molekulare Bindung, die extremen Ladebedingungen standhält, die Lebensdauer verlängert und die chemische Integrität über viele Zyklen hinweg aufrechterhält.Dies verleiht diesen Batterien ihre große thermische Stabilität, lange Lebensdauer und Toleranz gegenüber Missbrauch. LiFePO4-Batterien sind weder anfällig für Überhitzung, noch neigen sie zum „thermischen Durchgehen“ und überhitzen oder entzünden sich daher nicht, wenn sie rigoroser falscher Handhabung oder rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden.

Im Gegensatz zu gefluteten Blei-Säure-Batterien und anderen Batteriechemikalien geben Lithiumbatterien keine gefährlichen Gase wie Wasserstoff und Sauerstoff ab.Es besteht auch keine Gefahr, ätzenden Elektrolyten wie Schwefelsäure oder Kaliumhydroxid ausgesetzt zu werden.In den meisten Fällen können diese Batterien ohne Explosionsgefahr in geschlossenen Räumen gelagert werden, und ein richtig ausgelegtes System sollte keine aktive Kühlung oder Belüftung erfordern.

Lithiumbatterien sind eine Baugruppe, die aus vielen Zellen besteht, wie Blei-Säure-Batterien und viele andere Batterietypen.Blei-Säure-Batterien haben eine Nennspannung von 2 V/Zelle, während Lithium-Batteriezellen eine Nennspannung von 3,2 V haben.Um eine 12-V-Batterie zu erreichen, müssen Sie daher normalerweise vier Zellen in Reihe schalten.Dadurch wird die Nennspannung von a LiFePO4 12,8 V .Acht in Reihe geschaltete Zellen ergeben a 24-V-Batterie mit einer Nennspannung von 25,6V und sechzehn in Reihe geschalteten Zellen ergeben a 48-V-Batterie mit einer Nennspannung von 51,2V.Diese Spannungen funktionieren sehr gut mit Ihrem typischen 12-V-, 24-V- und 48-V-Wechselrichter .

Lithium-Batterien werden oft verwendet, um die Blei-Säure-Batterien direkt zu ersetzen, da sie sehr ähnliche Ladespannungen haben.Ein Vierzeller LiFePO4-Batterie (12,8 V), hat normalerweise eine maximale Ladespannung zwischen 14,4 und 14,6 V (abhängig von den Empfehlungen des Herstellers).Das Einzigartige an einer Lithiumbatterie ist, dass sie keine Absorptionsladung benötigt oder über einen längeren Zeitraum in einem konstanten Spannungszustand gehalten werden muss.Wenn die Batterie die maximale Ladespannung erreicht, muss sie normalerweise nicht mehr aufgeladen werden.Auch das Entladeverhalten von LiFePO4-Akkus ist einzigartig.Während der Entladung halten Lithium-Batterien eine viel höhere Spannung als Blei-Säure-Batterien normalerweise unter Last.Es ist nicht ungewöhnlich, dass eine Lithiumbatterie nur wenige Zehntel Volt von einer vollen Ladung auf 75 % Entladung abfällt.Dies kann es schwierig machen, ohne Batterieüberwachungsgeräte festzustellen, wie viel Kapazität verwendet wurde.

Ein wesentlicher Vorteil von Lithium gegenüber Blei-Säure-Batterien besteht darin, dass sie nicht unter Defizitzyklen leiden.Dies ist im Wesentlichen der Fall, wenn die Batterien nicht vollständig aufgeladen werden können, bevor sie am nächsten Tag wieder entladen werden.Dies ist ein sehr großes Problem bei Blei-Säure-Batterien und kann eine erhebliche Plattenverschlechterung fördern, wenn sie wiederholt auf diese Weise zykliert werden.LiFePO4-Akkus müssen nicht regelmäßig voll aufgeladen werden.Tatsächlich ist es möglich, die Gesamtlebenserwartung mit einer geringfügigen Teilladung anstelle einer vollständigen Ladung etwas zu verbessern.

Effizienz ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Entwicklung von Solarstromsystemen.Der Round-Trip-Wirkungsgrad (von voll zu leer und zurück zu voll) einer durchschnittlichen Blei-Säure-Batterie beträgt etwa 80 %.Andere Chemien können noch schlimmer sein.Die Round-Trip-Energieeffizienz einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie liegt bei über 95-98 %.Dies allein ist eine signifikante Verbesserung für Systeme, denen im Winter der Solarstrom fehlt, die Kraftstoffeinsparungen durch das Aufladen des Generators können enorm sein.Die Absorptionsladestufe von Blei-Säure-Batterien ist besonders ineffizient, was zu Wirkungsgraden von 50 % oder sogar weniger führt.Da Lithium-Batterien keine Absorptionsladung haben, kann die Ladezeit von vollständig entladen bis vollständig voll nur zwei Stunden betragen.Es ist auch wichtig zu beachten, dass eine Lithium-Batterie ohne nennenswerte nachteilige Auswirkungen nahezu vollständig entladen werden kann.Es ist jedoch darauf zu achten, dass die einzelnen Zellen nicht zu stark entladen werden.Das ist die Aufgabe des Integrierten Batteriemanagementsystem (BMS) .

Die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithiumbatterien sind ein großes Anliegen, daher sollten alle Baugruppen einen integrierten haben Batteriemanagementsystem (BMS) .Das BMS ist ein System, das Zellen überwacht, bewertet, ausgleicht und vor dem Betrieb außerhalb des „sicheren Betriebsbereichs“ schützt.Das BMS ist eine wesentliche Sicherheitskomponente eines Lithiumbatteriesystems, das die Zellen innerhalb der Batterie überwacht und vor Überstrom, Unter-/Überspannung, Unter-/Übertemperatur und mehr schützt.Eine LiFePO4-Zelle wird dauerhaft beschädigt, wenn die Spannung der Zelle jemals unter 2,5 V abfällt, sie wird auch dauerhaft beschädigt, wenn die Spannung der Zelle auf mehr als 4,2 V ansteigt.Das BMS überwacht jede Zelle und verhindert Schäden an den Zellen bei Unter-/Überspannung.

Eine weitere wesentliche Aufgabe des BMS besteht darin, den Akku während des Ladevorgangs auszugleichen und sicherzustellen, dass alle Zellen ohne Überladung voll aufgeladen werden.Die Zellen eines LiFePO4-Akkus gleichen sich am Ende des Ladezyklus nicht automatisch aus.Es gibt leichte Schwankungen in der Impedanz durch die Zellen und somit ist keine Zelle zu 100 % identisch.Daher werden einige Zellen beim Zyklisieren früher vollständig geladen oder entladen als andere.Die Varianz zwischen den Zellen nimmt im Laufe der Zeit erheblich zu, wenn die Zellen nicht ausgeglichen sind.

Im Blei-Säure-Batterien , fließt weiterhin Strom, selbst wenn eine oder mehrere der Zellen voll aufgeladen sind.Dies ist ein Ergebnis von die innerhalb der Batterie stattfindende Elektrolyse, die Wasserspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff.Dieser Strom trägt dazu bei, andere Zellen vollständig aufzuladen, wodurch die Ladung aller Zellen auf natürliche Weise ausgeglichen wird.Eine voll aufgeladene Lithiumzelle hat jedoch einen sehr hohen Widerstand und es fließt nur sehr wenig Strom.Die nacheilenden Zellen werden daher nicht vollständig geladen.Während des Ausgleichens legt das BMS eine kleine Last an die voll geladenen Zellen an, wodurch eine Überladung verhindert wird und die anderen Zellen aufholen können.

Lithiumbatterien bieten viele Vorteile gegenüber anderen Batteriechemien.Sie sind eine sichere und zuverlässige Batterielösung, ohne Angst vor thermischem Durchgehen und/oder katastrophalem Schmelzen, was bei anderen Lithiumbatterietypen eine erhebliche Möglichkeit darstellt.Diese Batterien bieten eine extrem lange Lebensdauer, wobei einige Hersteller Batterien sogar für bis zu 10.000 Zyklen garantieren.Mit hohen Entlade- und Wiederaufladeraten von mehr als C/2 kontinuierlich und einem Round-Trip-Wirkungsgrad von bis zu 98 % ist es kein Wunder, dass diese Batterien in der Branche an Bedeutung gewinnen. Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) ist ein Perfekt Energiespeicherlösung .