Что такое технология литиевых батарей?

Литиевые батареи отличаются от других химических элементов из-за их высокой плотности энергии и низкой стоимости цикла.Однако термин «литиевая батарея» неоднозначен.Существует около шести распространенных химических составов литиевых батарей, каждый из которых имеет свои уникальные преимущества и недостатки.Для возобновляемых источников энергии преобладает химический состав. Литий-железо-фосфат (LiFePO4) .Этот химический состав обладает превосходной безопасностью, отличной термической стабильностью, высоким номинальным током, длительным сроком службы и устойчивостью к небрежному обращению.

Литий-железо-фосфат (LiFePO4) является чрезвычайно стабильной химией лития по сравнению почти со всеми другими химиями лития.Аккумулятор собран из естественно безопасного катодного материала (фосфата железа).По сравнению с другими химическими соединениями лития фосфат железа обеспечивает прочную молекулярную связь, которая выдерживает экстремальные условия зарядки, продлевает срок службы и сохраняет химическую целостность в течение многих циклов.Именно это придает этим батареям высокую термическую стабильность, длительный срок службы и устойчивость к небрежному обращению. LiFePO4 аккумуляторы не склонны к перегреву и не склонны к «тепловому разгону» и, следовательно, не перегреваются и не воспламеняются при неправильном обращении или в суровых условиях окружающей среды.

В отличие от залитых свинцово-кислотных и других аккумуляторов, литиевые аккумуляторы не выделяют опасные газы, такие как водород и кислород.Также нет опасности воздействия едких электролитов, таких как серная кислота или гидроксид калия.В большинстве случаев эти батареи можно хранить в закрытых помещениях без риска взрыва, а правильно спроектированная система не требует активного охлаждения или вентиляции.

Литиевые батареи представляют собой сборку, состоящую из множества элементов, таких как свинцово-кислотные батареи и многие другие типы батарей.Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 2 В на элемент, а литиевые аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,2 В.Таким образом, чтобы получить 12-вольтовую батарею, вам, как правило, потребуется четыре элемента, соединенных последовательно.Это сделает номинальное напряжение ЛиФеПО4 12,8 В .Восемь ячеек, соединенных последовательно, образуют батарея 24В при номинальном напряжении 25,6 В и шестнадцати последовательно соединенных элементах получается батарея 48В с номинальным напряжением 51,2В.Эти напряжения очень хорошо работают с вашим типичным Инверторы 12В, 24В и 48В .

Литиевые батареи часто используются для прямой замены свинцово-кислотных батарей, поскольку они имеют очень похожие зарядные напряжения.четырехкамерный Батарея LiFePO4 (12,8 В), обычно имеет максимальное напряжение зарядки от 14,4 до 14,6 В (в зависимости от рекомендаций производителя).Что уникально для литиевой батареи, так это то, что она не нуждается в абсорбционном заряде или в состоянии постоянного напряжения в течение значительных периодов времени.Как правило, когда аккумулятор достигает максимального зарядного напряжения, его больше не нужно заряжать.Разрядные характеристики аккумуляторов LiFePO4 также уникальны.Во время разрядки литиевые батареи будут поддерживать гораздо более высокое напряжение, чем обычно свинцово-кислотные батареи под нагрузкой.Литиевая батарея нередко падает всего на несколько десятых вольта от полного заряда до 75% разряда.Это может затруднить определение того, какая емкость была использована без оборудования для контроля батареи.

Существенным преимуществом литиевых аккумуляторов перед свинцово-кислотными является то, что они не подвержены циклическому разряду.По сути, это когда аккумуляторы не могут быть полностью заряжены до того, как они снова разрядятся на следующий день.Это очень большая проблема со свинцово-кислотными аккумуляторами, которая может привести к значительному износу пластин при многократном циклировании таким образом.Аккумуляторы LiFePO4 не требуют регулярной полной зарядки.На самом деле, можно немного увеличить общий срок службы с помощью небольшой частичной зарядки вместо полной.

Эффективность является очень важным фактором при проектировании солнечных электрических систем.КПД в оба конца (от полного заряда до полной разрядки и обратно до полной) средней свинцово-кислотной батареи составляет около 80%.Другие химические вещества могут быть еще хуже.Энергоэффективность литий-железо-фосфатной батареи в обе стороны составляет более 95-98%.Это само по себе является значительным улучшением для систем, которым не хватает солнечной энергии зимой, экономия топлива от зарядки генератора может быть огромной.Стадия абсорбционного заряда свинцово-кислотных аккумуляторов особенно неэффективна, в результате чего КПД составляет 50% или даже меньше.Учитывая, что литиевые батареи не поглощают заряд, время зарядки от полностью разряженного до полного заряда может составлять всего два часа.Также важно отметить, что литиевая батарея может подвергаться почти полному разряду без существенных побочных эффектов.Однако важно убедиться, что отдельные элементы не переразряжаются.Это работа интегрированного Система управления батареями (BMS) .

Безопасность и надежность литиевых батарей являются серьезной проблемой, поэтому все сборки должны иметь встроенную Система управления батареями (BMS) .BMS — это система, которая отслеживает, оценивает, уравновешивает и защищает ячейки от работы за пределами «безопасной рабочей зоны».BMS является важным компонентом безопасности системы литиевых батарей, контролируя и защищая элементы внутри батареи от перегрузки по току, пониженного/повышенного напряжения, пониженной/повышенной температуры и многого другого.Элемент LiFePO4 будет необратимо поврежден, если напряжение элемента упадет ниже 2,5 В, он также будет необратимо поврежден, если напряжение элемента увеличится до более чем 4,2 В.BMS контролирует каждую ячейку и предотвращает повреждение ячеек в случае пониженного/повышенного напряжения.

Еще одной важной обязанностью BMS является балансировка батареи во время зарядки, гарантирующая, что все элементы будут полностью заряжены без перезарядки.Элементы батареи LiFePO4 не будут автоматически балансироваться в конце цикла зарядки.Существуют небольшие различия в импедансе ячеек, поэтому ни одна ячейка не является на 100% идентичной.Следовательно, при циклировании некоторые элементы будут полностью заряжены или разряжены раньше, чем другие.Разница между ячейками будет значительно увеличиваться со временем, если ячейки не сбалансированы.

В свинцово-кислотные батареи , ток будет продолжать течь, даже когда одна или несколько ячеек полностью заряжены.Это результат электролиз происходит внутри батареи, вода расщепляется на водород и кислород.Этот ток помогает полностью заряжать другие ячейки, тем самым естественным образом уравновешивая заряд всех ячеек.Однако полностью заряженный литиевый элемент будет иметь очень высокое сопротивление, и через него будет протекать очень небольшой ток.Таким образом, отстающие ячейки не будут полностью заряжены.Во время балансировки BMS будет применять небольшую нагрузку к полностью заряженным ячейкам, предотвращая их перезарядку и позволяя другим ячейкам наверстать упущенное.

Литиевые батареи обладают многими преимуществами по сравнению с другими химическими элементами.Они представляют собой безопасное и надежное аккумуляторное решение, не опасающееся теплового разгона и/или катастрофического расплавления, что является значительной возможностью по сравнению с другими типами литиевых аккумуляторов.Эти батареи обеспечивают чрезвычайно длительный срок службы, а некоторые производители даже дают гарантию на батареи до 10 000 циклов.Благодаря высокой скорости разрядки и перезарядки, превышающей C/2 в непрерывном режиме, и КПД до 98%, неудивительно, что эти аккумуляторы набирают популярность в отрасли. Литий-железо-фосфат (LiFePO4) идеальный решение для хранения энергии .