Co to jest technologia baterii litowych?

Baterie litowe wyróżniają się na tle innych chemii akumulatorów ze względu na ich wysoką gęstość energii i niski koszt cyklu.Jednak „bateria litowa” to termin niejednoznaczny.Istnieje około sześciu powszechnych składów chemicznych baterii litowych, z których każda ma swoje unikalne zalety i wady.W przypadku zastosowań energii odnawialnej dominuje chemia Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4) .Ta chemia ma doskonałe bezpieczeństwo, z dużą stabilnością termiczną, wysokimi wartościami prądu, długim cyklem życia i tolerancją na nadużycia.

Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4) jest niezwykle stabilnym składem chemicznym litu w porównaniu z prawie wszystkimi innymi składami chemicznymi litu.Bateria jest zmontowana z naturalnie bezpiecznego materiału katody (fosforan żelaza).W porównaniu z innymi substancjami chemicznymi litu fosforan żelaza tworzy silne wiązanie molekularne, które wytrzymuje ekstremalne warunki ładowania, przedłuża cykl życia i utrzymuje integralność chemiczną przez wiele cykli.To właśnie zapewnia tym akumulatorom doskonałą stabilność termiczną, długi cykl życia i tolerancję na nadużycia. akumulatory LiFePO4 nie są podatne na przegrzanie ani nie są podatne na „ucieczkę termiczną”, a zatem nie przegrzewają się ani nie zapalają się w przypadku rygorystycznego niewłaściwego obchodzenia się lub trudnych warunków środowiskowych.

W przeciwieństwie do zalanych akumulatorów kwasowo-ołowiowych i innych chemikaliów, akumulatory litowe nie uwalniają niebezpiecznych gazów, takich jak wodór i tlen.Nie ma również niebezpieczeństwa narażenia na żrące elektrolity, takie jak kwas siarkowy lub wodorotlenek potasu.W większości przypadków akumulatory te można przechowywać w pomieszczeniach zamkniętych bez ryzyka wybuchu, a odpowiednio zaprojektowany system nie powinien wymagać aktywnego chłodzenia ani wentylacji.

Baterie litowe to zespół składający się z wielu ogniw, podobnie jak akumulatory kwasowo-ołowiowe i wiele innych rodzajów akumulatorów.Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają napięcie znamionowe 2 V/ogniwo, natomiast ogniwa litowe mają napięcie znamionowe 3,2 V.Dlatego, aby uzyskać akumulator 12 V, zazwyczaj będziesz mieć cztery ogniwa połączone szeregowo.Spowoduje to, że nominalne napięcie a LiFePO4 12,8 V .Osiem ogniw połączonych szeregowo tworzy a akumulator 24V o napięciu znamionowym 25,6V i szesnastu ogniw połączonych szeregowo tworzą a bateria 48V o napięciu nominalnym 51,2V.Te napięcia działają bardzo dobrze z typowymi Falowniki 12V, 24V i 48V .

Baterie litowe są często używane do bezpośredniego zastąpienia akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ponieważ mają bardzo podobne napięcia ładowania.Czterokomórkowy Akumulator LiFePO4 (12,8 V), zwykle ma maksymalne napięcie ładowania między 14,4-14,6 V (w zależności od zaleceń producenta).Cechą charakterystyczną baterii litowej jest to, że nie wymaga ładowania absorpcyjnego ani utrzymywania stałego napięcia przez dłuższy czas.Zazwyczaj, gdy akumulator osiągnie maksymalne napięcie ładowania, nie trzeba go już ładować.Charakterystyka rozładowania akumulatorów LiFePO4 jest również wyjątkowa.Podczas rozładowywania akumulatory litowe będą utrzymywać znacznie wyższe napięcie niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, które zwykle utrzymywałyby się pod obciążeniem.Często zdarza się, że bateria litowa spada tylko o kilka dziesiątych wolta od pełnego naładowania do 75% rozładowania.Może to utrudniać stwierdzenie, ile pojemności zostało wykorzystane bez sprzętu do monitorowania baterii.

Istotną zaletą akumulatorów litowych w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi jest to, że nie cierpią one na cykliczne deficyty.Zasadniczo dzieje się tak, gdy akumulatory nie mogą być w pełni naładowane przed ponownym rozładowaniem następnego dnia.Jest to bardzo duży problem w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych i może sprzyjać znacznej degradacji płyt, jeśli są one wielokrotnie poddawane cyklom w ten sposób.Baterie LiFePO4 nie muszą być regularnie w pełni ładowane.W rzeczywistości możliwe jest nieznaczne poprawienie ogólnej oczekiwanej żywotności przy niewielkim częściowym naładowaniu zamiast pełnego naładowania.

Wydajność jest bardzo ważnym czynnikiem przy projektowaniu systemów energii słonecznej.Wydajność w obie strony (od pełnego do rozładowanego iz powrotem do pełnego) przeciętnego akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi około 80%.Inne chemikalia mogą być jeszcze gorsze.Wydajność energetyczna baterii litowo-żelazowo-fosforanowej w obie strony wynosi ponad 95-98%.Samo to stanowi znaczną poprawę dla systemów pozbawionych energii słonecznej w zimie, oszczędności paliwa dzięki ładowaniu generatora mogą być ogromne.Etap ładowania absorpcyjnego akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest szczególnie nieefektywny, co skutkuje wydajnością 50% lub nawet mniejszą.Biorąc pod uwagę, że baterie litowe nie ładują się absorpcyjnie, czas ładowania od całkowitego rozładowania do pełnego naładowania może wynosić zaledwie dwie godziny.Należy również zauważyć, że bateria litowa może zostać prawie całkowicie rozładowana zgodnie z wartościami znamionowymi bez znaczących negatywnych skutków.Jednak ważne jest, aby upewnić się, że poszczególne ogniwa nie są nadmiernie rozładowywane.To jest zadanie integratora System zarządzania baterią (BMS) .

Bezpieczeństwo i niezawodność baterii litowych są dużym problemem, dlatego wszystkie zespoły powinny mieć zintegrowany System zarządzania baterią (BMS) .BMS to system, który monitoruje, ocenia, bilansuje i zabezpiecza ogniwa przed działaniem poza „bezpiecznym obszarem operacyjnym”.BMS jest niezbędnym elementem bezpieczeństwa systemu baterii litowych, monitorującym i chroniącym ogniwa w baterii przed przetężeniem, zbyt niskim/wysokim napięciem, zbyt niską/wysoką temperaturą i nie tylko.Ogniwo LiFePO4 zostanie trwale uszkodzone, jeśli napięcie ogniwa kiedykolwiek spadnie poniżej 2,5 V, zostanie również trwale uszkodzone, jeśli napięcie ogniwa wzrośnie do ponad 4,2 V.BMS monitoruje każde ogniwo i zapobiega uszkodzeniu ogniw w przypadku zbyt niskiego/przepięcia.

Innym istotnym obowiązkiem BMS jest zrównoważenie pakietu podczas ładowania, gwarantując pełne naładowanie wszystkich ogniw bez przeładowania.Ogniwa akumulatora LiFePO4 nie równoważą się automatycznie pod koniec cyklu ładowania.Istnieją niewielkie różnice w impedancji ogniw, dlatego żadne ogniwo nie jest w 100% identyczne.Dlatego podczas cyklu niektóre ogniwa będą w pełni naładowane lub rozładowane wcześniej niż inne.Wariancja między komórkami znacznie wzrośnie w czasie, jeśli komórki nie są zrównoważone.

W akumulatory kwasowo-ołowiowe , prąd będzie nadal płynął, nawet jeśli jedno lub więcej ogniw jest w pełni naładowanych.Jest to wynikiem elektroliza zachodząca w akumulatorze, rozszczepienie wody na wodór i tlen.Prąd ten pomaga w pełni naładować inne ogniwa, w naturalny sposób równoważąc ładunek we wszystkich ogniwach.Jednak w pełni naładowane ogniwo litowe będzie miało bardzo wysoką rezystancję i będzie płynąć bardzo mały prąd.Opóźnione ogniwa nie będą zatem w pełni naładowane.Podczas równoważenia BMS zastosuje niewielkie obciążenie do w pełni naładowanych ogniw, zapobiegając ich przeładowaniu i pozwalając innym ogniwom na nadrobienie zaległości.

Baterie litowe mają wiele zalet w porównaniu z innymi rodzajami baterii.Są bezpiecznym i niezawodnym rozwiązaniem akumulatorowym, bez obawy o niekontrolowany wzrost temperatury i/lub katastrofalne stopienie, co jest istotną możliwością w przypadku innych typów baterii litowych.Baterie te zapewniają wyjątkowo długą żywotność, a niektórzy producenci gwarantują nawet do 10 000 cykli.Dzięki wysokim szybkościom rozładowania i ponownego ładowania powyżej C/2 w trybie ciągłym oraz sprawności w obie strony do 98%, nic dziwnego, że akumulatory te zyskują na popularności w branży. Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4) jest doskonały rozwiązanie do magazynowania energii .