Wat is lithiumbatterijtechnologie?

Lithiumbatterijen onderscheiden zich van andere batterijchemieën vanwege hun hoge energiedichtheid en lage kosten per cyclus."Lithiumbatterij" is echter een dubbelzinnige term.Er zijn ongeveer zes gemeenschappelijke chemieën van lithiumbatterijen, allemaal met hun eigen unieke voor- en nadelen.Voor toepassingen van hernieuwbare energie is de overheersende chemie Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) .Deze chemie heeft een uitstekende veiligheid, met een grote thermische stabiliteit, hoge stroomwaarden, een lange levensduur en tolerantie voor misbruik.

Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) is een extreem stabiele lithiumchemie in vergelijking met bijna alle andere lithiumchemieën.De batterij is geassembleerd met een natuurlijk veilig kathodemateriaal (ijzerfosfaat).Vergeleken met andere lithiumverbindingen bevordert ijzerfosfaat een sterke moleculaire binding, die bestand is tegen extreme oplaadomstandigheden, de levensduur verlengt en de chemische integriteit gedurende vele cycli behoudt.Dit is wat deze batterijen hun grote thermische stabiliteit, lange levensduur en tolerantie voor misbruik geeft. LiFePO4-batterijen zijn niet vatbaar voor oververhitting en zijn ook niet geneigd tot 'thermisch weglopen' en raken daarom niet oververhit of ontbranden wanneer ze worden blootgesteld aan rigoureus verkeerd gebruik of zware omgevingsomstandigheden.

In tegenstelling tot overstroomde loodzuur- en andere batterijchemieën, blazen lithiumbatterijen geen gevaarlijke gassen zoals waterstof en zuurstof af.Er is ook geen gevaar voor blootstelling aan bijtende elektrolyten zoals zwavelzuur of kaliumhydroxide.In de meeste gevallen kunnen deze batterijen worden opgeslagen in besloten ruimtes zonder explosiegevaar en een goed ontworpen systeem zou geen actieve koeling of ventilatie nodig moeten hebben.

Lithiumbatterijen zijn een samenstel dat uit veel cellen bestaat, zoals loodzuurbatterijen en vele andere batterijtypes.Loodzuuraccu's hebben een nominale spanning van 2V/cel, terwijl lithiumaccu's een nominale spanning van 3,2V hebben.Om een ​​batterij van 12 V te krijgen, heb je daarom meestal vier cellen in serie geschakeld.Dit maakt de nominale spanning van a LiFePO4 12.8V .Acht in serie geschakelde cellen vormen a 24V batterij met een nominale spanning van 25,6V en zestien in serie geschakelde cellen vormen een 48V batterij met een nominale spanning van 51,2V.Deze spanningen werken heel goed met uw typische 12V, 24V en 48V omvormers .

Lithiumbatterijen worden vaak gebruikt om de loodzuurbatterijen direct te vervangen omdat ze zeer vergelijkbare laadspanningen hebben.Een viercellige LiFePO4-batterij (12,8 V), hebben meestal een maximale laadspanning tussen 14,4-14,6V (afhankelijk van de aanbevelingen van de fabrikant).Wat uniek is aan een lithiumbatterij, is dat deze geen absorptielading nodig heeft of gedurende langere tijd in een constante spanningstoestand wordt gehouden.Wanneer de batterij de maximale laadspanning bereikt, hoeft deze meestal niet meer te worden opgeladen.Ook de ontladingseigenschappen van LiFePO4-batterijen zijn uniek.Tijdens het ontladen behouden lithiumbatterijen een veel hogere spanning dan loodzuurbatterijen onder belasting.Het is niet ongebruikelijk dat een lithiumbatterij slechts enkele tienden van een volt daalt van volledig opgeladen tot 75% ontladen.Dit kan het moeilijk maken om te bepalen hoeveel capaciteit is gebruikt zonder batterijbewakingsapparatuur.

Een belangrijk voordeel van lithium ten opzichte van loodzuuraccu's is dat ze geen last hebben van tekortcycli.In wezen is dit wanneer de batterijen niet volledig kunnen worden opgeladen voordat ze de volgende dag weer worden ontladen.Dit is een zeer groot probleem bij loodzuuraccu's en kan een aanzienlijke aantasting van de plaat bevorderen als ze herhaaldelijk op deze manier worden gebruikt.LiFePO4-batterijen hoeven niet regelmatig volledig te worden opgeladen.Het is zelfs mogelijk om de algehele levensverwachting enigszins te verbeteren met een kleine gedeeltelijke lading in plaats van een volledige lading.

Efficiëntie is een zeer belangrijke factor bij het ontwerpen van zonne-elektrische systemen.Het retourrendement (van vol naar leeg en weer terug naar vol) van de gemiddelde loodzuuraccu is ongeveer 80%.Andere chemieën kunnen nog erger zijn.De energie-efficiëntie van een lithium-ijzerfosfaatbatterij is meer dan 95-98%.Dit alleen al is een aanzienlijke verbetering voor systemen die in de winter geen zonne-energie meer hebben. De brandstofbesparing door het opladen van de generator kan enorm zijn.De absorptielaadfase van loodzuuraccu's is bijzonder inefficiënt, wat resulteert in rendementen van 50% of zelfs minder.Aangezien lithiumbatterijen geen lading absorberen, kan de oplaadtijd van volledig ontladen tot volledig vol slechts twee uur zijn.Het is ook belangrijk op te merken dat een lithiumbatterij een bijna volledige ontlading kan ondergaan zonder significante nadelige effecten.Het is echter belangrijk om ervoor te zorgen dat de individuele cellen niet te veel ontladen.Dit is de taak van de geïntegreerde Batterijbeheersysteem (BMS) .

De veiligheid en betrouwbaarheid van lithiumbatterijen zijn een grote zorg, daarom moeten alle assemblages een geïntegreerde batterij hebben Batterijbeheersysteem (BMS) .Het BMS is een systeem dat cellen bewaakt, evalueert, balanceert en beschermt tegen het werken buiten het "veilige werkgebied".Het BMS is een essentieel veiligheidsonderdeel van een lithiumbatterijsysteem, dat de cellen in de batterij bewaakt en beschermt tegen overstroom, onder-/overspanning, onder-/overtemperatuur en meer.Een LiFePO4-cel raakt blijvend beschadigd als de spanning van de cel ooit daalt tot minder dan 2,5V, maar ook permanent als de spanning van de cel stijgt tot meer dan 4,2V.Het BMS bewaakt elke cel en voorkomt schade aan de cellen bij onder-/overspanning.

Een andere essentiële verantwoordelijkheid van het BMS is om het pakket tijdens het opladen in evenwicht te houden, zodat alle cellen volledig worden opgeladen zonder overladen.De cellen van een LiFePO4-accu zullen niet automatisch balanceren aan het einde van de laadcyclus.Er zijn kleine variaties in de impedantie door de cellen en dus is geen enkele cel 100% identiek.Daarom zullen sommige cellen tijdens het fietsen eerder volledig worden opgeladen of ontladen dan andere.De variantie tussen cellen zal in de loop van de tijd aanzienlijk toenemen als de cellen niet in balans zijn.

In loodzuur batterijen , blijft er stroom lopen, zelfs als een of meer cellen volledig zijn opgeladen.Dit is een gevolg van de elektrolyse vindt plaats in de batterij, waarbij het water zich splitst in waterstof en zuurstof.Deze stroom helpt om andere cellen volledig op te laden, waardoor de lading op alle cellen op natuurlijke wijze in evenwicht wordt gebracht.Een volledig opgeladen lithiumcel heeft echter een zeer hoge weerstand en er zal zeer weinig stroom vloeien.De achterblijvende cellen zullen daardoor niet volledig worden opgeladen.Tijdens het balanceren zal het BMS een kleine belasting uitoefenen op de volledig opgeladen cellen, waardoor wordt voorkomen dat deze overladen worden en de andere cellen hun achterstand kunnen inhalen.

Lithiumbatterijen bieden veel voordelen ten opzichte van andere batterijchemieën.Ze zijn een veilige en betrouwbare batterijoplossing, zonder angst voor oververhitting en/of catastrofale meltdown, wat een significante mogelijkheid is bij andere typen lithiumbatterijen.Deze batterijen bieden een extreem lange levensduur, waarbij sommige fabrikanten zelfs garanties geven voor batterijen tot 10.000 cycli.Met hoge ontladings- en oplaadsnelheden van meer dan C/2 continu en een retourrendement tot 98%, is het geen wonder dat deze batterijen aan populariteit winnen binnen de industrie. Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) is een perfecte oplossing voor energieopslag .