リチウム電池技術とは何ですか?

リチウム電池は、エネルギー密度が高く、サイクルあたりのコストが低いため、他の電池の化学的性質とは異なります。しかし、「リチウム電池」という言葉は曖昧です。リチウム電池には一般的な化学的性質が約 6 つあり、それぞれに独自の長所と短所があります。再生可能エネルギー用途の場合、主な化学は次のとおりです。 リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 。この化学物質は、優れた熱安定性、高電流定格、長いサイクル寿命、および乱用に対する耐性を備え、優れた安全性を備えています。

リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 他のほぼすべてのリチウム化学と比較して、非常に安定したリチウム化学です。バッテリーは、自然に安全な正極材料 (リン酸鉄) を使用して組み立てられています。他のリチウム化学と比較して、リン酸鉄は強力な分子結合を促進し、極端な充電条件に耐え、サイクル寿命を延ばし、多くのサイクルにわたって化学的完全性を維持します。これが、これらのバッテリーに優れた熱安定性、長いサイクル寿命、および乱用に対する耐性を与えているのです。 LiFePO4電池 過熱しにくく、「熱暴走」しにくいため、厳しい取り扱いミスや過酷な環境条件にさらされても過熱したり発火したりすることはありません。

液式鉛酸やその他の電池の化学的性質とは異なり、リチウム電池は水素や酸素などの危険なガスを排出しません。また、硫酸や水酸化カリウムなどの苛性電解質にさらされる危険もありません。ほとんどの場合、これらのバッテリーは爆発の危険なしに密閉された場所に保管でき、適切に設計されたシステムでは積極的な冷却や通気は必要ありません。

リチウム電池は、鉛酸電池や他の多くの種類の電池と同様、多くのセルで構成されるアセンブリです。鉛蓄電池の公称電圧はセルあたり 2V ですが、リチウム電池セルの公称電圧は 3.2V です。したがって、12V バッテリーを実現するには、通常 4 つのセルを直列に接続することになります。これにより、公称電圧が LiFePO4 12.8V 。 8 個のセルを直列に接続すると、 24Vバッテリー 公称電圧が 25.6V で、16 個のセルを直列に接続すると、 48Vバッテリー 公称電圧は51.2Vです。これらの電圧は通常の電圧で非常にうまく機能します。 12V、24V、48V インバータ 。

リチウム電池は、充電電圧が非常に似ているため、鉛酸電池の直接の代替としてよく使用されます。 4セル LiFePO4 バッテリー (12.8V)、 通常、最大充電電圧は 14.4 ～ 14.6 V です (メーカーの推奨に応じて異なります)。リチウム電池の特徴は、吸収充電を必要とせず、長期間にわたって定電圧状態に保持する必要がないことです。通常、バッテリーが最大充電電圧に達すると、充電する必要はなくなります。 LiFePO4 バッテリーの放電特性も独特です。放電中、リチウム電池は負荷がかかった状態での鉛蓄電池よりもはるかに高い電圧を維持します。リチウム電池が完全充電から 75% 放電までに数十分の 1 ボルトしか低下しないことは珍しいことではありません。このため、バッテリー監視装置なしではどのくらいの容量が使用されているかを知ることが困難になる可能性があります。

鉛蓄電池に対するリチウムの大きな利点は、充電不足のサイクルに悩まされないことです。基本的に、これは翌日に再び放電するまでバッテリーを完全に充電できない場合です。これは鉛蓄電池にとって非常に大きな問題であり、このようなサイクルを繰り返すと極板の重大な劣化を促進する可能性があります。 LiFePO4 バッテリーは定期的に完全に充電する必要はありません。実際、完全充電ではなくわずかに部分充電することで、全体の平均寿命をわずかに改善することが可能です。

太陽光発電システムを設計する際、効率は非常に重要な要素です。平均的な鉛蓄電池の往復効率 (満充電から満充電まで、および満充電に戻るまで) は約 80% です。他の化学反応はさらに悪化する可能性があります。リン酸鉄リチウム電池の往復エネルギー効率は 95 ～ 98% 以上です。これだけでも、冬の間に太陽光発電が不足するシステムにとっては大幅な改善であり、発電機の充電による燃料の節約は莫大なものになる可能性があります。鉛蓄電池の吸収充電段階は特に効率が悪く、効率は 50% 以下になります。リチウム電池は充電を吸収しないことを考慮すると、完全放電から完全満充電までの充電時間はわずか 2 時間です。リチウム電池は、重大な悪影響を与えることなく、定格どおりにほぼ完全に放電できることに注意することも重要です。ただし、個々のセルが過放電しないようにすることが重要です。これは統合された企業の仕事です バッテリー管理システム (BMS) 。

リチウム電池の安全性と信頼性は大きな懸念事項であるため、すべてのアセンブリには統合されたバッテリーが必要です。 バッテリー管理システム (BMS) 。 BMS は、セルを監視、評価、バランス調整し、「安全動作領域」外で動作しないように保護するシステムです。 BMS は、リチウム電池システムの重要な安全コンポーネントであり、過電流、過電圧/過電圧、過小/過温度などから電池内のセルを監視および保護します。 LiFePO4 セルは、セルの電圧が 2.5V 未満に低下すると永久的な損傷を受け、セルの電圧が 4.2V 以上に上昇した場合にも永久的な損傷を受けます。 BMS は各セルを監視し、不足/過電圧が発生した場合のセルの損傷を防ぎます。

BMS のもう 1 つの重要な役割は、充電中にパックのバランスをとり、すべてのセルが過充電されることなく完全に充電されることを保証することです。 LiFePO4 バッテリーのセルは、充電サイクルの終了時に自動的にバランスをとりません。セルのインピーダンスにはわずかなばらつきがあるため、100% 同一のセルはありません。したがって、サイクル時に、一部のセルは他のセルよりも早く完全に充電または放電されます。セルのバランスが崩れると、時間の経過とともにセル間の差異が大幅に増加します。

で 鉛蓄電池 、1 つ以上のセルが完全に充電されていても、電流は流れ続けます。これは次の結果です バッテリー内で電気分解が起こり、水が水素と酸素に分解されます。この電流は他のセルを完全に充電するのに役立ち、すべてのセルの充電のバランスが自然にとれます。ただし、完全に充電されたリチウム電池の抵抗は非常に高く、電流はほとんど流れません。したがって、遅れているセルは完全には充電されません。バランスをとる際、BMS は完全に充電されたセルに小さな負荷を適用し、過充電を防ぎ、他のセルが追いつくことを可能にします。

リチウム電池には、他の電池の化学的性質に比べて多くの利点があります。これらは安全で信頼性の高いバッテリー ソリューションであり、他の種類のリチウム バッテリーで起こり得る熱暴走や壊滅的なメルトダウンの心配がありません。これらのバッテリーは非常に長いサイクル寿命を実現しており、メーカーによっては最大 10,000 サイクルのバッテリーを保証している場合もあります。 C/2 連続以上の高い放電および再充電率と最大 98% の往復効率を備えたこれらのバッテリーが業界内で注目を集めているのも不思議ではありません。 リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 完璧です エネルギー貯蔵ソリューション 。