Vad är litiumbatteriteknik?

Litiumbatterier skiljer sig från andra batterikemi på grund av deras höga energitäthet och låga kostnad per cykel.Men "litiumbatteri" är en tvetydig term.Det finns ungefär sex vanliga kemier för litiumbatterier, alla med sina egna unika fördelar och nackdelar.För förnybar energi är den dominerande kemin Litiumjärnfosfat (LiFePO4) .Denna kemi har utmärkt säkerhet, med stor termisk stabilitet, höga strömvärden, lång livslängd och tolerans mot missbruk.

Litiumjärnfosfat (LiFePO4) är extremt stabil litiumkemi jämfört med nästan alla andra litiumkemier.Batteriet är sammansatt med ett naturligt säkert katodmaterial (järnfosfat).Jämfört med andra litiumkemier främjar järnfosfat en stark molekylär bindning, som tål extrema laddningsförhållanden, förlänger cykellivslängden och bibehåller kemisk integritet under många cykler.Det är detta som ger dessa batterier deras fantastiska termiska stabilitet, långa livslängd och tolerans mot missbruk. LiFePO4-batterier är inte benägna att överhettas, inte heller utsätts de för "termisk rinnande" och överhettas därför inte eller antänds när de utsätts för rigorös felhantering eller tuffa miljöförhållanden.

Till skillnad från översvämmad blysyra och andra batterikemi släpper litiumbatterier inte ut farliga gaser som väte och syre.Det finns inte heller någon fara för exponering för frätande elektrolyter som svavelsyra eller kaliumhydroxid.I de flesta fall kan dessa batterier förvaras i trånga utrymmen utan risk för explosion och ett korrekt designat system bör inte kräva aktiv kylning eller avluftning.

Litiumbatterier är en sammansättning som består av många celler, som blybatterier och många andra batterityper.Blybatterier har en nominell spänning på 2V/cell, medan litiumbatterier har en nominell spänning på 3,2V.Därför, för att uppnå ett 12V-batteri, har du vanligtvis fyra celler kopplade i en serie.Detta kommer att göra den nominella spänningen för a LiFePO4 12,8V .Åtta celler kopplade i en serie gör en 24V batteri med en nominell spänning på 25,6V och sexton celler kopplade i serie gör en 48V batteri med en nominell spänning på 51,2V.Dessa spänningar fungerar mycket bra med din vanliga 12V, 24V och 48V växelriktare .

Litiumbatterier används ofta för att direkt ersätta blybatterierna eftersom de har mycket liknande laddningsspänningar.En fyrcell LiFePO4-batteri (12,8V), har vanligtvis en maxladdningsspänning mellan 14,4-14,6V (beroende på tillverkarens rekommendationer).Det som är unikt för ett litiumbatteri är att det inte behöver en absorptionsladdning eller att det ska hållas i konstant spänning under betydande tidsperioder.Vanligtvis, när batteriet når den maximala laddningsspänningen behöver det inte längre laddas.Urladdningsegenskaperna hos LiFePO4-batterier är också unika.Under urladdning kommer litiumbatterier att hålla en mycket högre spänning än blybatterier normalt skulle ha under belastning.Det är inte ovanligt att ett litiumbatteri bara tappar några tiondels volt från full laddning till 75 % urladdat.Detta kan göra det svårt att avgöra hur mycket kapacitet som har använts utan batteriövervakningsutrustning.

En betydande fördel med litium jämfört med blybatterier är att de inte lider av underskottscykler.I huvudsak är det när batterierna inte kan laddas helt innan de laddas ur igen nästa dag.Detta är ett mycket stort problem med blybatterier och kan främja betydande nedbrytning av plattorna om de upprepas på detta sätt.LiFePO4-batterier behöver inte laddas helt regelbundet.Det är faktiskt möjligt att förbättra den totala livslängden något med en liten delladdning istället för en full laddning.

Effektivitet är en mycket viktig faktor vid design av solelsystem.Effektiviteten tur och retur (från fullt till dött och tillbaka till fullt) för det genomsnittliga blybatteriet är cirka 80 %.Andra kemier kan vara ännu värre.Energieffektiviteten tur och retur för ett litiumjärnfosfatbatteri är uppemot 95-98 %.Bara detta är en betydande förbättring för system som svälts på solenergi under vintern, bränslebesparingarna från generatorladdning kan vara enorma.Absorptionsladdningssteget för blybatterier är särskilt ineffektivt, vilket resulterar i verkningsgrader på 50 % eller ännu mindre.Med tanke på att litiumbatterier inte absorberar laddning, kan laddningstiden från helt urladdade till helt fulla vara så lite som två timmar.Det är också viktigt att notera att ett litiumbatteri kan genomgå en nästan fullständig urladdning enligt klassificeringen utan betydande negativa effekter.Det är dock viktigt att se till att de enskilda cellerna inte överurladdar.Detta är den integrerades uppgift Batterihanteringssystem (BMS) .

Säkerheten och tillförlitligheten hos litiumbatterier är ett stort problem, därför bör alla enheter ha en integrerad Batterihanteringssystem (BMS) .BMS är ett system som övervakar, utvärderar, balanserar och skyddar celler från att arbeta utanför "Safe Operating Area".BMS är en viktig säkerhetskomponent i ett litiumbatterisystem, som övervakar och skyddar cellerna i batteriet mot överström, under/överspänning, under/övertemperatur och mer.En LiFePO4-cell kommer att skadas permanent om cellens spänning någonsin faller till mindre än 2,5V, den kommer också att skadas permanent om cellens spänning ökar till mer än 4,2V.BMS övervakar varje cell och förhindrar skador på cellerna vid under-/överspänning.

Ett annat viktigt ansvar för BMS är att balansera paketet under laddning, vilket garanterar att alla celler får en full laddning utan överladdning.Cellerna i ett LiFePO4-batteri balanseras inte automatiskt i slutet av laddningscykeln.Det finns små variationer i impedansen genom cellerna och därför är ingen cell 100% identisk.Därför, när de cyklas, kommer vissa celler att laddas helt eller laddas ur tidigare än andra.Variansen mellan celler kommer att öka avsevärt över tiden om cellerna inte är balanserade.

I bly-syra batterier ström fortsätter att flyta även när en eller flera av cellerna är fulladdade.Detta är ett resultat av elektrolysen som sker inuti batteriet, vattnet splittras till väte och syre.Denna ström hjälper till att ladda andra celler helt, vilket på ett naturligt sätt balanserar laddningen på alla celler.En fulladdad litiumcell kommer dock att ha mycket högt motstånd och mycket lite ström kommer att flyta.De eftersläpande cellerna kommer därför inte att vara fulladdade.Under balanseringen kommer BMS att applicera en liten belastning på de fulladdade cellerna, vilket förhindrar den från att överladdas och låter de andra cellerna komma ikapp.

Litiumbatterier erbjuder många fördelar jämfört med andra batterikemier.De är en säker och pålitlig batterilösning, utan rädsla för termisk rusning och/eller katastrofal härdsmälta, vilket är en betydande möjlighet från andra litiumbatterityper.Dessa batterier erbjuder extremt lång livslängd, med vissa tillverkare som till och med garanterar batterier för upp till 10 000 cykler.Med höga urladdnings- och laddningshastigheter uppemot C/2 kontinuerligt och en tur och retur-effektivitet på upp till 98 % är det inte konstigt att dessa batterier vinner dragkraft inom branschen. Litiumjärnfosfat (LiFePO4) är en perfekt energilagringslösning .