Hva er litiumbatteriteknologi?

Litiumbatterier skiller seg fra andre batterikjemier på grunn av deres høye energitetthet og lave kostnader per syklus.Imidlertid er "litiumbatteri" et tvetydig begrep.Det er omtrent seks vanlige kjemier for litiumbatterier, alle med sine egne unike fordeler og ulemper.For fornybare energiapplikasjoner er den dominerende kjemien Litiumjernfosfat (LiFePO4) .Denne kjemien har utmerket sikkerhet, med god termisk stabilitet, høye strømverdier, lang levetid og toleranse for misbruk.

Litiumjernfosfat (LiFePO4) er ekstremt stabil litiumkjemi sammenlignet med nesten alle andre litiumkjemier.Batteriet er satt sammen med et naturlig trygt katodemateriale (jernfosfat).Sammenlignet med andre litiumkjemier fremmer jernfosfat en sterk molekylær binding, som tåler ekstreme ladeforhold, forlenger syklusens levetid og opprettholder kjemisk integritet over mange sykluser.Dette er det som gir disse batteriene deres gode termiske stabilitet, lange levetid og toleranse for misbruk. LiFePO4-batterier er ikke utsatt for overoppheting, og er heller ikke utsatt for "termisk løping" og blir derfor ikke overopphetet eller antennes når de utsettes for streng feilhåndtering eller tøffe miljøforhold.

I motsetning til oversvømmet blysyre og andre batterikjemi, slipper ikke litiumbatterier ut farlige gasser som hydrogen og oksygen.Det er heller ingen fare for eksponering for kaustiske elektrolytter som svovelsyre eller kaliumhydroksid.I de fleste tilfeller kan disse batteriene lagres i trange områder uten risiko for eksplosjon, og et riktig utformet system skal ikke kreve aktiv kjøling eller ventilering.

Litiumbatterier er en enhet som består av mange celler, som blybatterier og mange andre batterityper.Blybatterier har en nominell spenning på 2V/celle, mens litiumbattericeller har en nominell spenning på 3,2V.Derfor, for å oppnå et 12V batteri, vil du vanligvis ha fire celler koblet i en serie.Dette vil gjøre den nominelle spenningen til a LiFePO4 12,8V .Åtte celler koblet i en serie lager en 24V batteri med en nominell spenning på 25,6V og seksten celler koblet i en serie lager en 48V batteri med en nominell spenning på 51,2V.Disse spenningene fungerer veldig bra med din typiske 12V, 24V og 48V omformere .

Litiumbatterier brukes ofte til å erstatte bly-syrebatteriene direkte fordi de har svært like ladespenninger.En fire-celle LiFePO4-batteri (12,8V), vil typisk ha en maksimal ladespenning mellom 14,4-14,6V (avhengig av produsentens anbefalinger).Det som er unikt for et litiumbatteri er at det ikke trenger en absorpsjonsladning eller holdes i konstant spenningstilstand i betydelige perioder.Vanligvis, når batteriet når maksimal ladespenning, trenger det ikke lenger å lades.Utladningsegenskapene til LiFePO4-batterier er også unike.Under utlading vil litiumbatterier opprettholde en mye høyere spenning enn bly-syre-batterier vanligvis ville under belastning.Det er ikke uvanlig at et litiumbatteri bare faller noen få tideler av en volt fra full lading til 75 % utladet.Dette kan gjøre det vanskelig å si hvor mye kapasitet som er brukt uten batteriovervåkingsutstyr.

En betydelig fordel med litium fremfor blybatterier er at de ikke lider av underskuddssykling.I hovedsak er dette når batteriene ikke kan lades helt opp før de lades ut igjen neste dag.Dette er et veldig stort problem med bly-syre-batterier og kan fremme betydelig platenedbrytning hvis de sykles gjentatte ganger på denne måten.LiFePO4-batterier trenger ikke å bli fulladet regelmessig.Faktisk er det mulig å forbedre den totale levetiden litt med en liten dellading i stedet for full lading.

Effektivitet er en svært viktig faktor når man designer solcelleelektriske systemer.Rundturseffektiviteten (fra fullt til dødt og tilbake til fullt) for det gjennomsnittlige blybatteriet er omtrent 80 %.Andre kjemier kan være enda verre.Rundtursenergieffektiviteten til et litiumjernfosfatbatteri er oppover 95–98 %.Dette alene er en betydelig forbedring for systemer som er sultet på solenergi om vinteren, drivstoffbesparelsene fra generatorlading kan være enorme.Absorpsjonsladningsstadiet til blysyrebatterier er spesielt ineffektivt, noe som resulterer i effektiviteter på 50 % eller enda mindre.Med tanke på at litiumbatterier ikke absorberer lading, kan ladetiden fra helt utladet til helt fulle være så lite som to timer.Det er også viktig å merke seg at et litiumbatteri kan gjennomgå en nesten fullstendig utlading som vurdert uten betydelige negative effekter.Det er imidlertid viktig å sørge for at de enkelte cellene ikke overutlades.Dette er jobben til de integrerte Batteristyringssystem (BMS) .

Sikkerheten og påliteligheten til litiumbatterier er en stor bekymring, derfor bør alle sammenstillinger ha en integrert Batteristyringssystem (BMS) .BMS er et system som overvåker, evaluerer, balanserer og beskytter celler fra å operere utenfor "Safe Operating Area".BMS er en viktig sikkerhetskomponent i et litiumbatterisystem, som overvåker og beskytter cellene i batteriet mot overstrøm, under/overspenning, under/over temperatur og mer.En LiFePO4-celle vil bli permanent skadet hvis spenningen til cellen noen gang faller til mindre enn 2,5V, den vil også bli permanent skadet hvis spenningen til cellen øker til mer enn 4,2V.BMS overvåker hver celle og vil forhindre skade på cellene ved under/overspenning.

Et annet viktig ansvar for BMS er å balansere pakken under lading, og garantere at alle celler får full lading uten overlading.Cellene til et LiFePO4-batteri vil ikke automatisk balansere ved slutten av ladesyklusen.Det er små variasjoner i impedansen gjennom cellene og dermed er ingen celle 100% identisk.Derfor, når de sykles, vil noen celler bli fulladet eller utladet tidligere enn andre.Variansen mellom cellene vil øke betydelig over tid hvis cellene ikke er balansert.

I bly-syre batterier , vil strømmen fortsette å flyte selv når en eller flere av cellene er fulladet.Dette er et resultat av elektrolysen som foregår inne i batteriet, vannet splittes til hydrogen og oksygen.Denne strømmen bidrar til å fullade andre celler, og dermed naturlig balansere ladningen på alle celler.En fulladet litiumcelle vil imidlertid ha svært høy motstand og svært lite strøm vil flyte.De etterslepende cellene vil derfor ikke være fulladet.Under balansering vil BMS påføre en liten belastning på de fulladede cellene, og hindrer den i å overlades og lar de andre cellene ta igjen.

Litiumbatterier gir mange fordeler i forhold til andre batterikjemier.De er en trygg og pålitelig batteriløsning, uten frykt for termisk løping og/eller katastrofal nedsmelting, som er en betydelig mulighet fra andre litiumbatterityper.Disse batteriene har ekstremt lang levetid, og noen produsenter garanterer til og med batterier for opptil 10 000 sykluser.Med høye utladnings- og ladehastigheter oppover C/2 kontinuerlig og en tur-retur-effektivitet på opptil 98 %, er det ikke rart at disse batteriene vinner frem i bransjen. Litiumjernfosfat (LiFePO4) er en perfekt energilagringsløsning .