O que é a tecnologia de bateria de lítio?

As baterias de lítio se destacam de outras químicas de bateria devido à sua alta densidade de energia e baixo custo por ciclo.No entanto, “bateria de lítio” é um termo ambíguo.Existem cerca de seis químicas comuns de baterias de lítio, todas com suas próprias vantagens e desvantagens.Para aplicações de energia renovável, a química predominante é Fosfato de ferro e lítio (LiFePO4) .Esta química tem excelente segurança, com grande estabilidade térmica, altas taxas de corrente, ciclo de vida longo e tolerância ao abuso.

Fosfato de ferro e lítio (LiFePO4) é uma química de lítio extremamente estável quando comparada a quase todas as outras químicas de lítio.A bateria é montada com um material cátodo naturalmente seguro (fosfato de ferro).Em comparação com outras químicas de lítio, o fosfato de ferro promove uma forte ligação molecular, que resiste a condições extremas de carregamento, prolonga a vida útil e mantém a integridade química durante muitos ciclos.Isso é o que dá a essas baterias sua grande estabilidade térmica, longa vida útil e tolerância ao abuso. baterias LiFePO4 não são propensos a superaquecer, nem estão dispostos a 'descontrole térmico' e, portanto, não superaquecem ou inflamam quando submetidos a manuseio incorreto rigoroso ou condições ambientais adversas.

Ao contrário do chumbo-ácido inundado e outras químicas de bateria, as baterias de lítio não liberam gases perigosos, como hidrogênio e oxigênio.Também não há perigo de exposição a eletrólitos cáusticos, como ácido sulfúrico ou hidróxido de potássio.Na maioria dos casos, essas baterias podem ser armazenadas em áreas confinadas sem risco de explosão e um sistema projetado adequadamente não deve exigir refrigeração ou ventilação ativa.

As baterias de lítio são um conjunto composto por muitas células, como baterias de chumbo-ácido e muitos outros tipos de bateria.As baterias de chumbo-ácido têm uma tensão nominal de 2V/célula, enquanto as células de bateria de lítio têm uma tensão nominal de 3,2V.Portanto, para obter uma bateria de 12 V, você normalmente terá quatro células conectadas em série.Isso fará com que a tensão nominal de um LiFePO4 12,8V .Oito células conectadas em série formam um bateria 24V com uma tensão nominal de 25,6V e dezesseis células conectadas em série fazem um bateria 48V com tensão nominal de 51,2V.Estas tensões funcionam muito bem com o seu típico Inversores 12V, 24V e 48V .

As baterias de lítio são frequentemente usadas para substituir diretamente as baterias de chumbo-ácido porque têm tensões de carga muito semelhantes.um quatro células Bateria LiFePO4 (12,8 V), normalmente terá uma tensão de carga máxima entre 14,4-14,6 V (dependendo das recomendações do fabricante).O que é exclusivo de uma bateria de lítio é que ela não precisa de uma carga de absorção ou de ser mantida em um estado de tensão constante por períodos de tempo significativos.Normalmente, quando a bateria atinge a tensão máxima de carga, ela não precisa mais ser carregada.As características de descarga das baterias LiFePO4 também são únicas.Durante a descarga, as baterias de lítio manterão uma voltagem muito mais alta do que as baterias de chumbo-ácido normalmente manteriam sob carga.Não é incomum que uma bateria de lítio caia apenas alguns décimos de volt de uma carga completa para 75% descarregada.Isso pode tornar difícil dizer quanta capacidade foi usada sem equipamento de monitoramento de bateria.

Uma vantagem significativa do lítio sobre as baterias de chumbo-ácido é que elas não sofrem ciclos de déficit.Essencialmente, é quando as baterias não podem ser totalmente carregadas antes de serem descarregadas novamente no dia seguinte.Este é um grande problema com as baterias de chumbo-ácido e pode promover uma degradação significativa da placa se repetidas vezes dessa maneira.As baterias LiFePO4 não precisam ser totalmente carregadas regularmente.Na verdade, é possível melhorar um pouco a expectativa de vida geral com uma pequena carga parcial em vez de uma carga completa.

A eficiência é um fator muito importante ao projetar sistemas elétricos solares.A eficiência de ida e volta (de cheio para morto e de volta para cheio) da bateria média de chumbo-ácido é de cerca de 80%.Outras químicas podem ser ainda piores.A eficiência energética de ida e volta de uma bateria de fosfato de ferro de lítio é superior a 95-98%.Isso por si só é uma melhoria significativa para sistemas com falta de energia solar durante o inverno, a economia de combustível do carregamento do gerador pode ser enorme.O estágio de carga de absorção das baterias de chumbo-ácido é particularmente ineficiente, resultando em eficiências de 50% ou até menos.Considerando que as baterias de lítio não carregam por absorção, o tempo de carga de completamente descarregado a completamente cheio pode ser de apenas duas horas.Também é importante observar que uma bateria de lítio pode sofrer uma descarga quase completa, conforme classificado, sem efeitos adversos significativos.No entanto, é importante garantir que as células individuais não descarreguem demais.Este é o trabalho da integração Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) .

A segurança e a confiabilidade das baterias de lítio são uma grande preocupação, portanto, todos os conjuntos devem ter um integrado Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) .O BMS é um sistema que monitora, avalia, equilibra e protege as células de operar fora da “Área Operacional Segura”.O BMS é um componente de segurança essencial de um sistema de bateria de lítio, monitorando e protegendo as células dentro da bateria contra sobrecorrente, sub/sobretensão, sub/sobretemperatura e muito mais.Uma célula LiFePO4 será danificada permanentemente se a tensão da célula cair para menos de 2,5 V, ela também será danificada permanentemente se a tensão da célula aumentar para mais de 4,2 V.O BMS monitora cada célula e evitará danos às células em caso de sub/sobretensão.

Outra responsabilidade essencial do BMS é equilibrar a bateria durante o carregamento, garantindo que todas as células sejam totalmente carregadas sem sobrecarregar.As células de uma bateria LiFePO4 não se equilibram automaticamente no final do ciclo de carga.Existem pequenas variações na impedância através das células e, portanto, nenhuma célula é 100% idêntica.Portanto, quando cicladas, algumas células serão totalmente carregadas ou descarregadas antes de outras.A variação entre as células aumentará significativamente ao longo do tempo se as células não estiverem balanceadas.

Dentro baterias de chumbo-ácido , a corrente continuará a fluir mesmo quando uma ou mais células estiverem totalmente carregadas.Isso é resultado de a eletrólise ocorrendo dentro da bateria, a divisão da água em hidrogênio e oxigênio.Essa corrente ajuda a carregar totalmente outras células, equilibrando naturalmente a carga em todas as células.No entanto, uma célula de lítio totalmente carregada terá resistência muito alta e muito pouca corrente fluirá.As células atrasadas, portanto, não serão totalmente carregadas.Durante o balanceamento, o BMS aplicará uma pequena carga às células totalmente carregadas, evitando que elas sobrecarreguem e permitindo que as outras células o alcancem.

As baterias de lítio oferecem muitos benefícios em relação a outras químicas de bateria.Eles são uma solução de bateria segura e confiável, sem medo de fuga térmica e/ou colapso catastrófico, o que é uma possibilidade significativa de outros tipos de bateria de lítio.Essas baterias oferecem um ciclo de vida extremamente longo, com alguns fabricantes garantindo baterias para até 10.000 ciclos.Com altas taxas de descarga e recarga acima de C/2 contínuo e uma eficiência de ida e volta de até 98%, não é de admirar que essas baterias estejam ganhando força na indústria. Fosfato de ferro e lítio (LiFePO4) é um perfeito solução de armazenamento de energia .