เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมโดดเด่นจากเคมีภัณฑ์ของแบตเตอรี่อื่นๆ เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและมีต้นทุนต่อรอบต่ำ อย่างไรก็ตาม “แบตเตอรี่ลิเธียม” เป็นคำที่ไม่ชัดเจน แบตเตอรี่ลิเธียมมีสารเคมีทั่วไปประมาณหกชนิด ซึ่งทั้งหมดมีข้อดีและข้อเสียเฉพาะตัวของตัวเอง สำหรับการใช้งานพลังงานหมุนเวียน เคมีเด่นคือ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) - สารเคมีนี้มีความปลอดภัยเป็นเลิศ โดยมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง มีพิกัดกระแสไฟฟ้าสูง มีอายุการใช้งานยาวนาน และทนทานต่อการใช้งานในทางที่ผิด

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นเคมีลิเธียมที่มีความเสถียรอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเคมีลิเธียมอื่นๆ เกือบทั้งหมด แบตเตอรี่ประกอบขึ้นด้วยวัสดุแคโทดที่ปลอดภัยตามธรรมชาติ (เหล็กฟอสเฟต) เมื่อเปรียบเทียบกับเคมีภัณฑ์ลิเธียมอื่นๆ เหล็กฟอสเฟตส่งเสริมพันธะโมเลกุลที่แข็งแกร่ง ซึ่งทนทานต่อสภาวะการชาร์จที่รุนแรง ช่วยยืดอายุการใช้งานของวงจร และรักษาความสมบูรณ์ทางเคมีตลอดหลายรอบ นี่คือสิ่งที่ทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง มีอายุการใช้งานยาวนาน และทนทานต่อการใช้งานในทางที่ผิด แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่มีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนมากเกินไป และไม่ได้ถูกกำจัดโดย 'การหนีความร้อน' ดังนั้น จึงไม่เกิดความร้อนมากเกินไปหรือติดไฟเมื่ออยู่ภายใต้การจัดการที่ไม่ถูกต้องอย่างเข้มงวดหรือสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง

แบตเตอรี่ลิเธียมไม่ระบายก๊าซอันตราย เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งแตกต่างจากกรดตะกั่วและเคมีแบตเตอรี่อื่นๆ ที่ท่วมขัง นอกจากนี้ยังไม่มีอันตรายจากการสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรดซัลฟูริกหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ในกรณีส่วนใหญ่ แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถจัดเก็บในพื้นที่จำกัดได้โดยไม่มีความเสี่ยงจากการระเบิด และระบบที่ออกแบบอย่างเหมาะสมไม่ควรต้องมีการระบายความร้อนหรือการระบายอากาศ

แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นส่วนประกอบที่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมาก เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ อีกหลายประเภท แบตเตอรี่กรดตะกั่วมีแรงดันไฟฟ้าปกติที่ 2V/เซลล์ ในขณะที่เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมมีแรงดันไฟฟ้าปกติที่ 3.2V ดังนั้น เพื่อให้ได้แบตเตอรี่ 12V โดยทั่วไปคุณจะต้องมีเซลล์สี่เซลล์เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม นี่จะทำให้แรงดันไฟฟ้าระบุของ ลิเฟPO4 12.8V - แปดเซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมทำให้เกิด แบตเตอรี่ 24V ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 25.6V และเซลล์สิบหกเซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมทำให้เกิด แบตเตอรี่ 48V ด้วยแรงดันไฟปกติ 51.2V. แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ทำงานได้ดีมากกับแรงดันไฟฟ้าทั่วไปของคุณ อินเวอร์เตอร์ 12V, 24V และ 48V -

แบตเตอรี่ลิเธียมมักใช้แทนแบตเตอรี่ตะกั่วกรดโดยตรง เนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จใกล้เคียงกันมาก สี่เซลล์ แบตเตอรี่ LiFePO4 (12.8V), โดยทั่วไปจะมีแรงดันไฟฟ้าชาร์จสูงสุดระหว่าง 14.4-14.6V (ขึ้นอยู่กับคำแนะนำของผู้ผลิต) สิ่งพิเศษเฉพาะของแบตเตอรี่ลิเธียมคือไม่ต้องการประจุดูดซับหรือคงอยู่ในสถานะแรงดันไฟฟ้าคงที่เป็นระยะเวลานาน โดยปกติแล้ว เมื่อแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ก็ไม่จำเป็นต้องชาร์จอีกต่อไป ลักษณะการคายประจุของแบตเตอรี่ LiFePO4 ก็มีลักษณะเฉพาะเช่นกัน ในระหว่างการคายประจุ แบตเตอรี่ลิเธียมจะรักษาแรงดันไฟฟ้าให้สูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดโดยทั่วไปภายใต้โหลด ไม่ใช่เรื่องแปลกที่แบตเตอรี่ลิเธียมจะลดลงเพียงไม่กี่ในสิบโวลต์จากการชาร์จเต็มจนเหลือ 75% เท่านั้น ซึ่งทำให้เป็นการยากที่จะบอกได้ว่ามีการใช้ความจุเท่าใดหากไม่มีอุปกรณ์ตรวจสอบแบตเตอรี่

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของลิเธียมเหนือแบตเตอรี่ตะกั่วกรดก็คือ แบตเตอรี่ไม่ประสบปัญหาการหมุนเวียนที่ไม่เพียงพอ โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือช่วงที่แบตเตอรี่ไม่สามารถชาร์จจนเต็มได้ก่อนที่จะคายประจุอีกครั้งในวันถัดไป นี่เป็นปัญหาใหญ่มากกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและสามารถส่งเสริมการเสื่อมสภาพของเพลตได้อย่างมากหากปั่นจักรยานซ้ำๆ ในลักษณะนี้ ไม่จำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่ LiFePO4 ให้เต็มเป็นประจำ ในความเป็นจริง คุณสามารถปรับปรุงอายุขัยโดยรวมได้เล็กน้อยด้วยการชาร์จบางส่วนเล็กน้อย แทนที่จะชาร์จเต็ม

ประสิทธิภาพเป็นปัจจัยที่สำคัญมากในการออกแบบระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพไปกลับ (จากเต็มไปเสียและกลับเต็ม) ของแบตเตอรี่กรดตะกั่วโดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 80% สารเคมีอื่นๆ อาจเลวร้ายยิ่งกว่านั้นอีก ประสิทธิภาพการใช้พลังงานไป-กลับของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสูงกว่า 95-98% เพียงอย่างเดียวนี้เป็นการปรับปรุงที่สำคัญสำหรับระบบที่ขาดพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงฤดูหนาว การประหยัดเชื้อเพลิงจากการชาร์จเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจมหาศาล ขั้นการชาร์จการดูดซึมของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดนั้นไม่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง ส่งผลให้ประสิทธิภาพอยู่ที่ 50% หรือน้อยกว่านั้นด้วยซ้ำ เมื่อพิจารณาว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไม่ดูดซับประจุ เวลาในการชาร์จตั้งแต่คายประจุจนหมดจนเต็มอาจใช้เวลาเพียงสองชั่วโมงเท่านั้น สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถคายประจุได้เกือบหมดตามพิกัดที่ไม่มีผลกระทบที่ร้ายแรง อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าเซลล์แต่ละเซลล์ไม่คายประจุมากเกินไป นี่คืองานของการบูรณาการ ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) -

ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ลิเธียมถือเป็นเรื่องสำคัญ ดังนั้นส่วนประกอบทั้งหมดควรมีการบูรณาการเข้าด้วยกัน ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) - BMS คือระบบที่ติดตาม ประเมิน ปรับสมดุล และปกป้องเซลล์จากการทำงานนอก "พื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย" BMS เป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยที่สำคัญของระบบแบตเตอรี่ลิเธียม โดยจะตรวจสอบและปกป้องเซลล์ภายในแบตเตอรี่จากกระแสไฟเกิน แรงดันไฟเกิน/เกิน อุณหภูมิต่ำกว่า/เกิน และอื่นๆ เซลล์ LiFePO4 จะได้รับความเสียหายอย่างถาวรหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลดลงเหลือน้อยกว่า 2.5V และจะได้รับความเสียหายอย่างถาวรหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 4.2V BMS จะตรวจสอบแต่ละเซลล์และจะป้องกันความเสียหายต่อเซลล์ในกรณีที่แรงดันไฟต่ำ/เกิน

ความรับผิดชอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ BMS คือการรักษาสมดุลของแบตเตอรี่ในระหว่างการชาร์จ รับประกันว่าเซลล์ทั้งหมดจะได้รับการชาร์จเต็มโดยไม่ต้องชาร์จไฟเกิน เซลล์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 จะไม่สมดุลโดยอัตโนมัติเมื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จ อิมพีแดนซ์ผ่านเซลล์มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ดังนั้นจึงไม่มีเซลล์ใดที่เหมือนกัน 100% ดังนั้นเมื่อทำการปั่นจักรยาน บางเซลล์จะชาร์จเต็มหรือคายประจุเร็วกว่าเซลล์อื่นๆ ความแปรปรวนระหว่างเซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป หากเซลล์ไม่สมดุล

ใน แบตเตอรี่ตะกั่วกรด กระแสจะยังคงไหลต่อไปแม้ว่าเซลล์อย่างน้อยหนึ่งเซลล์จะชาร์จเต็มแล้วก็ตาม ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ อิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่ น้ำแตกตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน กระแสไฟนี้ช่วยให้ชาร์จเซลล์อื่นได้เต็ม จึงทำให้ประจุในทุกเซลล์สมดุลอย่างเป็นธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม เซลล์ลิเธียมที่ชาร์จเต็มแล้วจะมีความต้านทานสูงมากและมีกระแสไฟฟ้าไหลน้อยมาก เซลล์ที่ล้าหลังจึงไม่สามารถชาร์จได้เต็ม ในระหว่างการปรับสมดุล BMS จะส่งโหลดเล็กน้อยไปยังเซลล์ที่ชาร์จเต็มแล้ว เพื่อป้องกันไม่ให้ชาร์จเกินและปล่อยให้เซลล์อื่นๆ ตามทัน

แบตเตอรี่ลิเธียมมีประโยชน์มากกว่าเคมีภัณฑ์แบตเตอรี่อื่นๆ มากมาย เป็นโซลูชันแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ โดยไม่ต้องกลัวความร้อนจะหลุดออกไปและ/หรือการล่มสลายของภัยพิบัติ ซึ่งมีความเป็นไปได้อย่างมากจากแบตเตอรี่ลิเธียมประเภทอื่นๆ แบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานมาก โดยผู้ผลิตบางรายถึงกับรับประกันแบตเตอรี่สูงสุดถึง 10,000 รอบ ด้วยอัตราการคายประจุและการชาร์จที่สูงกว่า C/2 ต่อเนื่อง และประสิทธิภาพไปกลับสูงถึง 98% จึงไม่น่าแปลกใจที่แบตเตอรี่เหล่านี้กำลังได้รับความสนใจในอุตสาหกรรม ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) คือความสมบูรณ์แบบ โซลูชันการจัดเก็บพลังงาน -