¿Qué es la tecnología de batería de litio?

Las baterías de litio se diferencian de otras baterías debido a su alta densidad de energía y bajo costo por ciclo.Sin embargo, “batería de litio” es un término ambiguo.Hay alrededor de seis químicas comunes de las baterías de litio, todas con sus propias ventajas y desventajas.Para aplicaciones de energía renovable, la química predominante es Fosfato de hierro y litio (LiFePO4) .Esta química tiene una excelente seguridad, con gran estabilidad térmica, altas clasificaciones de corriente, ciclo de vida largo y tolerancia al abuso.

Fosfato de hierro y litio (LiFePO4) es una química de litio extremadamente estable en comparación con casi todas las demás químicas de litio.La batería está ensamblada con un material de cátodo naturalmente seguro (fosfato de hierro).En comparación con otras sustancias químicas de litio, el fosfato de hierro promueve un enlace molecular fuerte, que resiste condiciones de carga extremas, prolonga el ciclo de vida y mantiene la integridad química durante muchos ciclos.Esto es lo que le da a estas baterías su gran estabilidad térmica, ciclo de vida largo y tolerancia al abuso. baterías LiFePO4 no son propensos a sobrecalentarse, ni están dispuestos a "fugas térmicas" y, por lo tanto, no se sobrecalientan ni se encienden cuando se someten a un mal manejo riguroso o condiciones ambientales adversas.

A diferencia de las baterías de plomo-ácido inundadas y otras químicas, las baterías de litio no expulsan gases peligrosos como el hidrógeno y el oxígeno.Tampoco hay peligro de exposición a electrolitos cáusticos como el ácido sulfúrico o el hidróxido de potasio.En la mayoría de los casos, estas baterías se pueden almacenar en áreas confinadas sin riesgo de explosión y un sistema diseñado adecuadamente no debería requerir ventilación o enfriamiento activo.

Las baterías de litio son un conjunto compuesto por muchas celdas, como las baterías de plomo-ácido y muchos otros tipos de baterías.Las baterías de plomo-ácido tienen un voltaje nominal de 2 V/celda, mientras que las celdas de las baterías de litio tienen un voltaje nominal de 3,2 V.Por lo tanto, para lograr una batería de 12 V, normalmente tendrá cuatro celdas conectadas en serie.Esto hará que el voltaje nominal de un LiFePO4 12.8V .Ocho celdas conectadas en serie forman un batería de 24V con un voltaje nominal de 25.6V y dieciséis celdas conectadas en serie hacen un batería de 48V con una tensión nominal de 51,2V.Estos voltajes funcionan muy bien con su típico Inversores de 12V, 24V y 48V .

Las baterías de litio a menudo se usan para reemplazar directamente las baterías de plomo-ácido porque tienen voltajes de carga muy similares.Una de cuatro celdas Batería LiFePO4 (12,8 V), normalmente tendrá un voltaje de carga máximo entre 14,4 y 14,6 V (según las recomendaciones del fabricante).Lo que es exclusivo de una batería de litio es que no necesita una carga de absorción o mantenerse en un estado de voltaje constante durante períodos de tiempo significativos.Por lo general, cuando la batería alcanza el voltaje máximo de carga, ya no necesita cargarse.Las características de descarga de las baterías LiFePO4 también son únicas.Durante la descarga, las baterías de litio mantendrán un voltaje mucho más alto que el que normalmente tendrían las baterías de plomo-ácido bajo carga.No es raro que una batería de litio descienda solo unas pocas décimas de voltio desde una carga completa hasta un 75 % descargada.Esto puede dificultar saber cuánta capacidad se ha utilizado sin el equipo de monitoreo de la batería.

Una ventaja significativa del litio sobre las baterías de plomo-ácido es que no sufren ciclos deficitarios.Esencialmente, esto es cuando las baterías no pueden cargarse completamente antes de descargarse nuevamente al día siguiente.Este es un problema muy grande con las baterías de plomo-ácido y puede promover una degradación significativa de la placa si se cicla repetidamente de esta manera.Las baterías LiFePO4 no necesitan cargarse completamente con regularidad.De hecho, es posible mejorar ligeramente la esperanza de vida general con una carga parcial leve en lugar de una carga completa.

La eficiencia es un factor muy importante al diseñar sistemas eléctricos solares.La eficiencia de ida y vuelta (de llena a agotada y de vuelta a llena) de una batería de plomo-ácido promedio es de alrededor del 80 %.Otras químicas pueden ser incluso peores.La eficiencia energética de ida y vuelta de una batería de fosfato de hierro y litio es superior al 95-98%.Esto por sí solo es una mejora significativa para los sistemas que carecen de energía solar durante el invierno, el ahorro de combustible de la carga del generador puede ser tremendo.La etapa de carga de absorción de las baterías de plomo-ácido es particularmente ineficiente, lo que resulta en eficiencias del 50% o incluso menos.Teniendo en cuenta que las baterías de litio no absorben la carga, el tiempo de carga desde completamente descargadas hasta completamente llenas puede ser de tan solo dos horas.También es importante tener en cuenta que una batería de litio puede sufrir una descarga casi completa sin efectos adversos significativos.Sin embargo, es importante asegurarse de que las celdas individuales no se descarguen en exceso.Este es el trabajo de los integrados. Sistema de gestión de batería (BMS) .

La seguridad y confiabilidad de las baterías de litio son una gran preocupación, por lo que todos los ensamblajes deben tener un integrado Sistema de gestión de batería (BMS) .El BMS es un sistema que monitorea, evalúa, equilibra y protege las celdas para que no operen fuera del "Área de operación segura".El BMS es un componente de seguridad esencial de un sistema de batería de litio, que monitorea y protege las celdas dentro de la batería contra sobrecorriente, bajo/sobrevoltaje, baja/sobretemperatura y más.Una celda LiFePO4 se dañará permanentemente si el voltaje de la celda alguna vez cae a menos de 2,5 V, también se dañará permanentemente si el voltaje de la celda aumenta a más de 4,2 V.El BMS monitorea cada celda y evitará daños a las celdas en caso de bajo/sobrevoltaje.

Otra responsabilidad esencial del BMS es equilibrar el paquete durante la carga, garantizando que todas las celdas se carguen por completo sin sobrecargarse.Las celdas de una batería LiFePO4 no se equilibrarán automáticamente al final del ciclo de carga.Hay ligeras variaciones en la impedancia a través de las celdas y, por lo tanto, ninguna celda es 100% idéntica.Por lo tanto, cuando se ciclan, algunas celdas se cargarán o descargarán por completo antes que otras.La variación entre celdas aumentará significativamente con el tiempo si las celdas no están equilibradas.

En baterías de plomo ácido , la corriente continuará fluyendo incluso cuando una o más de las celdas estén completamente cargadas.Este es un resultado de la electrólisis tiene lugar dentro de la batería, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno.Esta corriente ayuda a cargar completamente otras celdas, equilibrando naturalmente la carga en todas las celdas.Sin embargo, una celda de litio completamente cargada tendrá una resistencia muy alta y fluirá muy poca corriente.Por lo tanto, las celdas retrasadas no estarán completamente cargadas.Durante el balanceo, el BMS aplicará una pequeña carga a las celdas completamente cargadas, evitando que se sobrecarguen y permitiendo que las otras celdas se pongan al día.

Las baterías de litio ofrecen muchos beneficios sobre otras baterías químicas.Son una solución de batería segura y confiable, sin temor a la fuga térmica y/o fusión catastrófica, que es una posibilidad significativa de otros tipos de baterías de litio.Estas baterías ofrecen un ciclo de vida extremadamente largo, y algunos fabricantes incluso garantizan baterías de hasta 10 000 ciclos.Con altas tasas de descarga y recarga superiores a C/2 continuos y una eficiencia de ida y vuelta de hasta el 98 %, no es de extrañar que estas baterías estén ganando terreno en la industria. Fosfato de hierro y litio (LiFePO4) es un perfecto solución de almacenamiento de energía .