فناوری باتری لیتیومی چیست؟

باتری های لیتیومی به دلیل چگالی انرژی بالا و هزینه کم در هر چرخه، از سایر مواد شیمیایی باتری جدا هستند.با این حال، "باتری لیتیوم" یک اصطلاح مبهم است.حدود شش نوع شیمیایی رایج برای باتری های لیتیومی وجود دارد که همگی مزایا و معایب منحصر به فرد خود را دارند.برای کاربردهای انرژی تجدیدپذیر، شیمی غالب است لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4) .این ماده شیمیایی دارای ایمنی عالی، با پایداری حرارتی عالی، رتبه بندی جریان بالا، عمر چرخه طولانی و تحمل در برابر سوء استفاده است.

لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4) در مقایسه با سایر شیمی های لیتیوم، شیمی لیتیوم بسیار پایدار است.باتری با یک ماده کاتدی ایمن طبیعی (فسفات آهن) مونتاژ شده است.در مقایسه با سایر شیمی های لیتیوم، فسفات آهن یک پیوند مولکولی قوی را تقویت می کند، که در شرایط شارژ شدید مقاومت می کند، عمر چرخه را طولانی می کند و یکپارچگی شیمیایی را در بسیاری از چرخه ها حفظ می کند.این همان چیزی است که به این باتری ها پایداری حرارتی عالی، عمر چرخه طولانی و تحمل در برابر سوء استفاده می دهد. باتری های LiFePO4 نه مستعد گرمای بیش از حد هستند و نه در معرض "فرار حرارتی" قرار می گیرند و بنابراین در صورت قرار گرفتن در معرض سوء استفاده شدید یا شرایط محیطی سخت بیش از حد گرم نمی شوند یا مشتعل نمی شوند.

باتری‌های لیتیومی برخلاف اسید سرب و دیگر ترکیبات شیمیایی باتری، گازهای خطرناکی مانند هیدروژن و اکسیژن را تخلیه نمی‌کنند.همچنین هیچ خطری برای قرار گرفتن در معرض الکترولیت های سوزاننده مانند اسید سولفوریک یا هیدروکسید پتاسیم وجود ندارد.در بیشتر موارد، این باتری ها را می توان در مناطق محدود و بدون خطر انفجار نگهداری کرد و یک سیستم به درستی طراحی شده نباید به خنک کننده یا تهویه فعال نیاز داشته باشد.

باتری‌های لیتیومی مجموعه‌ای هستند که از سلول‌های زیادی مانند باتری‌های سرب اسید و بسیاری از انواع باتری‌های دیگر تشکیل شده‌اند.باتری های سرب اسید دارای ولتاژ اسمی 2V/cell هستند، در حالی که باتری های لیتیومی دارای ولتاژ نامی 3.2V هستند.بنابراین، برای دستیابی به یک باتری 12 ولتی، معمولاً چهار سلول به صورت سری متصل خواهید شد.این باعث می شود ولتاژ اسمی a باشد LiFePO4 12.8 ولت .هشت سلول که در یک سری به هم متصل شده اند، a را می سازند باتری 24 ولت با ولتاژ نامی 25.6 ولت و شانزده سلول به صورت سری متصل می شوند باتری 48 ولت با ولتاژ اسمی 51.2 ولت.این ولتاژها با معمولی شما خیلی خوب کار می کنند اینورترهای 12 ولت، 24 ولت و 48 ولت .

باتری های لیتیومی اغلب برای جایگزینی مستقیم باتری های سرب اسیدی استفاده می شوند زیرا ولتاژ شارژ بسیار مشابهی دارند.یک چهار سلولی باتری LiFePO4 (12.8 ولت)، به طور معمول حداکثر ولتاژ شارژ بین 14.4-14.6 ولت (بسته به توصیه های سازنده) دارد.ویژگی منحصر به فرد باتری لیتیومی این است که نیازی به شارژ جذبی یا نگه داشتن آن در یک حالت ولتاژ ثابت برای مدت زمان قابل توجهی ندارد.به طور معمول، هنگامی که باتری به حداکثر ولتاژ شارژ می رسد، دیگر نیازی به شارژ ندارد.ویژگی های تخلیه باتری های LiFePO4 نیز منحصر به فرد است.در طول تخلیه، باتری‌های لیتیومی ولتاژ بسیار بالاتری نسبت به باتری‌های سرب اسیدی که معمولاً تحت بار هستند، حفظ می‌کنند.این غیر معمول نیست که یک باتری لیتیومی فقط چند دهم ولت را از شارژ کامل به 75 درصد تخلیه کند.این می تواند تشخیص میزان ظرفیت استفاده شده بدون تجهیزات مانیتورینگ باتری را دشوار کند.

مزیت قابل توجه لیتیوم نسبت به باتری های سرب اسیدی این است که آنها از چرخه کمبود رنج نمی برند.اساساً، این زمانی است که باتری ها نمی توانند به طور کامل قبل از تخلیه مجدد روز بعد شارژ شوند.این یک مشکل بسیار بزرگ در مورد باتری های سرب اسیدی است و در صورت چرخه مکرر به این روش می تواند باعث تخریب قابل توجه صفحه شود.باتری های LiFePO4 نیازی به شارژ کامل منظم ندارند.در واقع، می توان با یک شارژ جزئی به جای شارژ کامل، امید به زندگی را کمی بهبود بخشید.

بهره وری یک عامل بسیار مهم در طراحی سیستم های برق خورشیدی است.راندمان رفت و برگشت (از کامل به مرده و برگشت به کامل) متوسط ​​باتری سرب اسیدی حدود 80 درصد است.سایر مواد شیمیایی می توانند حتی بدتر باشند.راندمان انرژی رفت و برگشت باتری لیتیوم آهن فسفات 95 تا 98 درصد است.این به تنهایی یک پیشرفت قابل توجه برای سیستم هایی است که در زمستان از انرژی خورشیدی محروم هستند، صرفه جویی در سوخت ناشی از شارژ ژنراتور می تواند فوق العاده باشد.مرحله شارژ جذب باتری های سرب اسیدی به ویژه ناکارآمد است و در نتیجه راندمان 50٪ یا حتی کمتر می شود.با توجه به عدم جذب شارژ باتری‌های لیتیومی، زمان شارژ از دشارژ کامل تا شارژ کامل می‌تواند به دو ساعت برسد.همچنین مهم است که توجه داشته باشید که یک باتری لیتیومی می تواند بدون عوارض جانبی قابل توجه، تقریباً به طور کامل تخلیه شود.با این حال، مهم است که مطمئن شوید سلول های فردی بیش از حد تخلیه نمی شوند.این کار یکپارچه است سیستم مدیریت باتری (BMS) .

ایمنی و قابلیت اطمینان باتری های لیتیومی یک نگرانی بزرگ است، بنابراین همه مجموعه ها باید یکپارچه داشته باشند. سیستم مدیریت باتری (BMS) .BMS سیستمی است که سلول ها را در خارج از "منطقه عملیاتی ایمن" نظارت، ارزیابی، تعادل و محافظت می کند.BMS یک جزء ایمنی ضروری سیستم باتری لیتیومی است که سلول های درون باتری را در برابر جریان بیش از حد، ولتاژ کمتر/بیش از حد، دمای کمتر/بیش از حد و غیره نظارت و محافظت می کند.اگر ولتاژ سلول به کمتر از 2.5 ولت برسد، سلول LiFePO4 برای همیشه آسیب می بیند، همچنین اگر ولتاژ سلول به بیش از 4.2 ولت افزایش یابد، برای همیشه آسیب می بیند.BMS بر هر سلول نظارت می کند و در صورت کمبود/اضافه ولتاژ از آسیب به سلول ها جلوگیری می کند.

یکی دیگر از وظایف ضروری BMS حفظ تعادل بسته در هنگام شارژ است و تضمین می کند که تمام سلول ها بدون شارژ بیش از حد شارژ کامل داشته باشند.سلول های باتری LiFePO4 به طور خودکار در پایان چرخه شارژ متعادل نمی شوند.تغییرات جزئی در امپدانس از طریق سلول ها وجود دارد و بنابراین هیچ سلولی 100٪ یکسان نیست.بنابراین، هنگام چرخه، برخی از سلول ها زودتر از بقیه کاملاً شارژ یا تخلیه می شوند.اگر سلول ها متعادل نباشند، واریانس بین سلول ها در طول زمان به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

که در باتری های سرب اسیدی ، حتی زمانی که یک یا چند سلول کاملاً شارژ شده باشند، جریان به جریان خود ادامه خواهد داد.این یک نتیجه از الکترولیز در باتری انجام می شود و آب به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می شود.این جریان به شارژ کامل سلول های دیگر کمک می کند، بنابراین به طور طبیعی شارژ تمام سلول ها را متعادل می کند.با این حال، یک سلول لیتیومی با شارژ کامل مقاومت بسیار بالایی خواهد داشت و جریان بسیار کمی جریان خواهد داشت.بنابراین سلول های عقب افتاده به طور کامل شارژ نمی شوند.در طول تعادل، BMS بار کوچکی را به سلول‌های کاملاً شارژ شده وارد می‌کند و از شارژ بیش از حد آن جلوگیری می‌کند و به سلول‌های دیگر اجازه می‌دهد به عقب برسند.

باتری های لیتیومی مزایای زیادی نسبت به سایر مواد شیمیایی باتری دارند.آنها یک راه حل باتری ایمن و قابل اعتماد هستند، بدون ترس از فرار حرارتی و/یا ذوب شدن فاجعه بار، که احتمال قابل توجهی از سایر انواع باتری های لیتیومی است.این باتری‌ها عمر چرخه‌ای بسیار طولانی دارند، حتی برخی از تولیدکنندگان باتری‌ها را تا 10000 چرخه تضمین می‌کنند.با نرخ دشارژ و شارژ مجدد بالای C/2 مداوم و راندمان رفت و برگشت تا 98 درصد، جای تعجب نیست که این باتری ها در صنعت جذابیت پیدا می کنند. لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4) کامل است محلول ذخیره انرژی .