Τι είναι η τεχνολογία μπαταριών λιθίου;

Οι μπαταρίες λιθίου ξεχωρίζουν από άλλες χημικές μπαταρίες λόγω της υψηλής ενεργειακής τους πυκνότητας και του χαμηλού κόστους ανά κύκλο.Ωστόσο, η «μπαταρία λιθίου» είναι ένας διφορούμενος όρος.Υπάρχουν περίπου έξι κοινές χημείες των μπαταριών λιθίου, όλες με τα δικά τους μοναδικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.Για τις εφαρμογές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η κυρίαρχη χημεία είναι Φωσφορικός σίδηρος λιθίου (LiFePO4) .Αυτή η χημεία έχει εξαιρετική ασφάλεια, με μεγάλη θερμική σταθερότητα, υψηλές τιμές ρεύματος, μεγάλη διάρκεια ζωής και ανοχή στην κατάχρηση.

Φωσφορικός σίδηρος λιθίου (LiFePO4) είναι εξαιρετικά σταθερή χημεία λιθίου σε σύγκριση με σχεδόν όλες τις άλλες χημικές ουσίες λιθίου.Η μπαταρία συναρμολογείται με ένα φυσικά ασφαλές υλικό καθόδου (φωσφορικό σίδηρο).Σε σύγκριση με άλλες χημικές ουσίες λιθίου, ο φωσφορικός σίδηρος προάγει έναν ισχυρό μοριακό δεσμό, ο οποίος αντέχει σε ακραίες συνθήκες φόρτισης, παρατείνει τη διάρκεια ζωής του κύκλου και διατηρεί τη χημική ακεραιότητα σε πολλούς κύκλους.Αυτό είναι που δίνει σε αυτές τις μπαταρίες τη μεγάλη θερμική σταθερότητα, τη μεγάλη διάρκεια ζωής και την ανοχή τους στην κατάχρηση. Μπαταρίες LiFePO4 δεν είναι επιρρεπείς σε υπερθέρμανση, ούτε διατίθενται σε «θερμική διαφυγή» και επομένως δεν υπερθερμαίνονται ούτε αναφλέγονται όταν υποβάλλονται σε αυστηρό λάθος χειρισμό ή σε σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες.

Σε αντίθεση με τον πλημμυρισμένο μόλυβδο-οξέος και άλλες χημικές ουσίες μπαταριών, οι μπαταρίες λιθίου δεν εκπέμπουν επικίνδυνα αέρια όπως το υδρογόνο και το οξυγόνο.Επίσης, δεν υπάρχει κίνδυνος έκθεσης σε καυστικούς ηλεκτρολύτες όπως το θειικό οξύ ή το υδροξείδιο του καλίου.Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτές οι μπαταρίες μπορούν να αποθηκευτούν σε περιορισμένους χώρους χωρίς κίνδυνο έκρηξης και ένα σωστά σχεδιασμένο σύστημα δεν πρέπει να απαιτεί ενεργή ψύξη ή εξαερισμό.

Οι μπαταρίες λιθίου είναι ένα συγκρότημα που αποτελείται από πολλές κυψέλες, όπως μπαταρίες μολύβδου-οξέος και πολλούς άλλους τύπους μπαταριών.Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν ονομαστική τάση 2 V/στοιχείο, ενώ οι μπαταρίες λιθίου έχουν ονομαστική τάση 3,2 V.Επομένως, για να επιτύχετε μια μπαταρία 12 V, θα έχετε συνήθως τέσσερις κυψέλες συνδεδεμένες σε μια σειρά.Αυτό θα κάνει την ονομαστική τάση του a LiFePO4 12,8V .Οκτώ κελιά συνδεδεμένα σε μια σειρά σχηματίζουν α Μπαταρία 24V με ονομαστική τάση 25,6V και δεκαέξι στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά κάνουν α Μπαταρία 48V με ονομαστική τάση 51,2V.Αυτές οι τάσεις λειτουργούν πολύ καλά με το τυπικό σας Μετατροπείς 12V, 24V και 48V .

Οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται συχνά για την άμεση αντικατάσταση των μπαταριών μολύβδου-οξέος επειδή έχουν πολύ παρόμοιες τάσεις φόρτισης.Ένα τετρακύτταρο Μπαταρία LiFePO4 (12,8V), θα έχει συνήθως μια μέγιστη τάση φόρτισης μεταξύ 14,4-14,6 V (ανάλογα με τις συστάσεις του κατασκευαστή).Αυτό που είναι μοναδικό σε μια μπαταρία λιθίου είναι ότι δεν χρειάζεται φορτίο απορρόφησης ή να διατηρείται σε σταθερή κατάσταση τάσης για σημαντικές χρονικές περιόδους.Συνήθως, όταν η μπαταρία φτάσει στη μέγιστη τάση φόρτισης, δεν χρειάζεται πλέον να φορτιστεί.Τα χαρακτηριστικά εκφόρτισης των μπαταριών LiFePO4 είναι επίσης μοναδικά.Κατά την εκφόρτιση, οι μπαταρίες λιθίου θα διατηρούν πολύ υψηλότερη τάση από ό,τι οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος συνήθως υπό φορτίο.Δεν είναι ασυνήθιστο για μια μπαταρία λιθίου να πέφτει μόνο μερικά δέκατα του βολτ από την πλήρη φόρτιση στο 75% της αποφόρτισης.Αυτό μπορεί να κάνει δύσκολο να πούμε πόση χωρητικότητα έχει χρησιμοποιηθεί χωρίς εξοπλισμό παρακολούθησης μπαταρίας.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του λιθίου σε σχέση με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος είναι ότι δεν υποφέρουν από ανεπάρκεια ανακύκλωσης.Ουσιαστικά, αυτό συμβαίνει όταν οι μπαταρίες δεν μπορούν να φορτιστούν πλήρως πριν αποφορτιστούν ξανά την επόμενη μέρα.Αυτό είναι ένα πολύ μεγάλο πρόβλημα με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος και μπορεί να προκαλέσει σημαντική υποβάθμιση της πλάκας εάν ανακυκλωθούν επανειλημμένα με αυτόν τον τρόπο.Οι μπαταρίες LiFePO4 δεν χρειάζεται να φορτίζονται πλήρως τακτικά.Στην πραγματικότητα, είναι δυνατό να βελτιώσετε ελαφρώς το συνολικό προσδόκιμο ζωής με μια ελαφρά μερική φόρτιση αντί για πλήρη φόρτιση.

Η απόδοση είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας κατά το σχεδιασμό ηλιακών ηλεκτρικών συστημάτων.Η απόδοση μετ' επιστροφής (από πλήρης σε νεκρή και επιστροφή σε πλήρη) της μέσης μπαταρίας μολύβδου-οξέος είναι περίπου 80%.Άλλες χημικές ουσίες μπορεί να είναι ακόμη χειρότερες.Η ενεργειακή απόδοση μετ' επιστροφής μιας μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου είναι πάνω από 95-98%.Αυτό από μόνο του είναι μια σημαντική βελτίωση για συστήματα που δεν έχουν ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια του χειμώνα, η εξοικονόμηση καυσίμου από τη φόρτιση της γεννήτριας μπορεί να είναι τεράστια.Το στάδιο φόρτισης απορρόφησης των μπαταριών μολύβδου-οξέος είναι ιδιαίτερα αναποτελεσματικό, με αποτέλεσμα την απόδοση της τάξης του 50% ή και μικρότερη.Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι μπαταρίες λιθίου δεν φορτίζουν απορροφητικά, ο χρόνος φόρτισης από την πλήρη αποφόρτιση έως την πλήρη πλήρη μπορεί να είναι μόλις δύο ώρες.Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι μια μπαταρία λιθίου μπορεί να υποβληθεί σε σχεδόν πλήρη αποφόρτιση όπως έχει αξιολογηθεί χωρίς σημαντικές δυσμενείς επιπτώσεις.Είναι, ωστόσο, σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι τα μεμονωμένα κύτταρα δεν υπερεκφορτίζονται.Αυτή είναι δουλειά των ολοκληρωμένων Σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) .

Η ασφάλεια και η αξιοπιστία των μπαταριών λιθίου αποτελούν μεγάλη ανησυχία, επομένως όλα τα συγκροτήματα θα πρέπει να έχουν ενσωματωμένο Σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) .Το BMS είναι ένα σύστημα που παρακολουθεί, αξιολογεί, εξισορροπεί και προστατεύει τα κύτταρα από τη λειτουργία εκτός της «Ασφαλούς Περιοχής Λειτουργίας».Το BMS είναι ένα βασικό εξάρτημα ασφαλείας ενός συστήματος μπαταρίας λιθίου, το οποίο παρακολουθεί και προστατεύει τις κυψέλες εντός της μπαταρίας από υπερβολικό ρεύμα, κάτω/υπέρταση, κάτω/υπέρβαση θερμοκρασίας και πολλά άλλα.Ένα στοιχείο LiFePO4 θα καταστραφεί μόνιμα εάν η τάση του στοιχείου πέσει ποτέ σε λιγότερο από 2,5 V, θα καταστραφεί επίσης μόνιμα εάν η τάση του στοιχείου αυξηθεί σε περισσότερο από 4,2 V.Το BMS παρακολουθεί κάθε στοιχείο και θα αποτρέψει τη ζημιά στις κυψέλες σε περίπτωση υπο/υπερτάσεως.

Μια άλλη βασική ευθύνη του BMS είναι να εξισορροπεί το πακέτο κατά τη φόρτιση, διασφαλίζοντας ότι όλες οι κυψέλες θα έχουν πλήρη φόρτιση χωρίς υπερφόρτιση.Οι κυψέλες μιας μπαταρίας LiFePO4 δεν θα εξισορροπηθούν αυτόματα στο τέλος του κύκλου φόρτισης.Υπάρχουν μικρές διακυμάνσεις στην σύνθετη αντίσταση μέσω των κυψελών και επομένως κανένα στοιχείο δεν είναι 100% ίδιο.Επομένως, όταν ανακυκλωθούν, ορισμένα κελιά θα φορτιστούν πλήρως ή θα αποφορτιστούν νωρίτερα από άλλα.Η διακύμανση μεταξύ των κυττάρων θα αυξηθεί σημαντικά με την πάροδο του χρόνου εάν τα κύτταρα δεν είναι ισορροπημένα.

Σε μπαταρίες μολύβδου-οξέος , το ρεύμα θα συνεχίσει να ρέει ακόμα και όταν ένα ή περισσότερα από τα κελιά είναι πλήρως φορτισμένα.Αυτό είναι αποτέλεσμα του η ηλεκτρόλυση που λαμβάνει χώρα μέσα στην μπαταρία, το νερό διασπάται σε υδρογόνο και οξυγόνο.Αυτό το ρεύμα βοηθά στην πλήρη φόρτιση άλλων στοιχείων, εξισορροπώντας έτσι φυσικά τη φόρτιση σε όλες τις κυψέλες.Ωστόσο, μια πλήρως φορτισμένη κυψέλη λιθίου θα έχει πολύ υψηλή αντίσταση και θα ρέει πολύ λίγο ρεύμα.Επομένως, τα κελιά που υστερούν δεν θα φορτιστούν πλήρως.Κατά τη διάρκεια της εξισορρόπησης, το BMS θα εφαρμόσει ένα μικρό φορτίο στις πλήρως φορτισμένες κυψέλες, αποτρέποντας την υπερφόρτισή του και επιτρέποντας στις άλλες κυψέλες να καλύψουν τη διαφορά.

Οι μπαταρίες λιθίου προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες χημικές μπαταρίες.Αποτελούν μια ασφαλή και αξιόπιστη λύση μπαταριών, χωρίς φόβο θερμικής διαφυγής ή/και καταστροφικής κατάρρευσης, κάτι που αποτελεί σημαντική πιθανότητα από άλλους τύπους μπαταριών λιθίου.Αυτές οι μπαταρίες προσφέρουν εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής, με ορισμένους κατασκευαστές να εγγυώνται ακόμη και μπαταρίες για έως και 10.000 κύκλους.Με υψηλούς ρυθμούς εκφόρτισης και επαναφόρτισης άνω του C/2 συνεχούς και απόδοση μετ' επιστροφής έως και 98%, δεν είναι περίεργο που αυτές οι μπαταρίες κερδίζουν έλξη στη βιομηχανία. Φωσφορικός σίδηρος λιθίου (LiFePO4) είναι ένα τέλειο λύση αποθήκευσης ενέργειας .