เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมแตกต่างจากแบตเตอรี่เคมีอื่นๆ เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและต้นทุนต่อรอบต่ำอย่างไรก็ตาม “แบตเตอรี่ลิเธียม” เป็นคำที่ไม่ชัดเจนมีสารเคมีทั่วไปประมาณหกชนิดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งทั้งหมดมีข้อดีและข้อเสียเฉพาะของตัวเองสำหรับการใช้งานด้านพลังงานหมุนเวียน เคมีหลักคือ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) .เคมีนี้มีความปลอดภัยเป็นเลิศ มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง อัตรากระแสไฟสูง อายุวงจรยาวนาน และทนทานต่อการใช้งานในทางที่ผิด

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นเคมีลิเธียมที่เสถียรอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเคมีลิเธียมอื่นๆ เกือบทั้งหมดแบตเตอรี่ประกอบด้วยวัสดุแคโทดที่ปลอดภัยตามธรรมชาติ (ไอรอนฟอสเฟต)เมื่อเทียบกับลิเธียมเคมีภัณฑ์อื่น ๆ เหล็กฟอสเฟตส่งเสริมพันธะโมเลกุลที่แข็งแรง ซึ่งทนทานต่อสภาวะการชาร์จที่รุนแรง ยืดอายุของวงจร และรักษาความสมบูรณ์ของสารเคมีในหลาย ๆ รอบนี่คือสิ่งที่ทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีความเสถียรทางความร้อนที่ดีเยี่ยม อายุการใช้งานที่ยาวนาน และความทนทานต่อการถูกใช้งานในทางที่ผิด แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่มีแนวโน้มที่จะร้อนมากเกินไป และไม่ถูกกำจัดไปยัง 'การหลบหนีจากความร้อน' ดังนั้นจึงไม่ร้อนเกินไปหรือติดไฟเมื่ออยู่ภายใต้การจัดการที่ไม่ถูกต้องอย่างเข้มงวดหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

แบตเตอรี่ลิเธียมไม่ระบายก๊าซอันตราย เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งแตกต่างจากกรดตะกั่วที่ถูกน้ำท่วมและเคมีของแบตเตอรี่อื่นๆนอกจากนี้ยังไม่มีอันตรายจากการสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรดซัลฟิวริกหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ในกรณีส่วนใหญ่ แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถจัดเก็บในพื้นที่จำกัดได้โดยไม่เสี่ยงต่อการระเบิด และระบบที่ออกแบบอย่างเหมาะสมไม่ควรต้องมีการระบายความร้อนหรือระบายอากาศ

แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นส่วนประกอบที่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมาก เช่น แบตเตอรี่กรดตะกั่วและแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆแบตเตอรี่กรดตะกั่วมีแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยที่ 2V/เซลล์ ในขณะที่เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมมีแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยที่ 3.2Vดังนั้น เพื่อให้ได้แบตเตอรี่ 12V คุณจะต้องมีเซลล์สี่เซลล์เชื่อมต่อกันเป็นชุดสิ่งนี้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของ a LiFePO4 12.8V .แปดเซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมทำให้ แบตเตอรี่24V ด้วยแรงดันไฟฟ้า 25.6V และสิบหกเซลล์ที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมทำให้ แบตเตอรี่ 48V ด้วยแรงดันไฟ 51.2V.แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ทำงานได้ดีกับค่าปกติของคุณ อินเวอร์เตอร์ 12V, 24V และ 48V .

แบตเตอรี่ลิเธียมมักถูกใช้เพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดโดยตรง เนื่องจากมีแรงดันการชาร์จที่ใกล้เคียงกันมากสี่เซลล์ แบตเตอรี่ LiFePO4 (12.8V), โดยทั่วไปจะมีแรงดันประจุสูงสุดระหว่าง 14.4-14.6V (ขึ้นอยู่กับคำแนะนำของผู้ผลิต)จุดเด่นของแบตเตอรี่ลิเธียมคือไม่จำเป็นต้องมีประจุไฟฟ้าแบบดูดกลืนหรือต้องอยู่ในสถานะแรงดันไฟฟ้าคงที่เป็นระยะเวลานานโดยปกติแล้ว เมื่อแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟชาร์จสูงสุด ก็ไม่จำเป็นต้องชาร์จอีกต่อไปลักษณะการคายประจุของแบตเตอรี่ LiFePO4 นั้นไม่เหมือนใครเช่นกันในระหว่างการคายประจุ แบตเตอรี่ลิเธียมจะรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดโดยทั่วไปภายใต้ภาระไม่ใช่เรื่องแปลกที่แบตเตอรี่ลิเธียมจะลดลงเพียงไม่กี่ในสิบของโวลต์จากการชาร์จเต็มจนเหลือ 75%สิ่งนี้อาจทำให้บอกได้ยากว่าใช้ความจุไปเท่าใดหากไม่มีอุปกรณ์ตรวจสอบแบตเตอรี่

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของลิเธียมเหนือแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือไม่ประสบปัญหาวงจรขาดดุลโดยพื้นฐานแล้ว นี่คือเวลาที่แบตเตอรี่ไม่สามารถชาร์จจนเต็มก่อนที่จะถูกคายประจุอีกครั้งในวันถัดไปนี่เป็นปัญหาใหญ่สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด และอาจทำให้แผ่นเพลตเสื่อมลงได้อย่างมากหากมีการหมุนเวียนในลักษณะนี้ซ้ำๆแบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่จำเป็นต้องชาร์จให้เต็มอย่างสม่ำเสมอในความเป็นจริง เป็นไปได้ที่จะปรับปรุงอายุขัยโดยรวมเล็กน้อยด้วยการชาร์จเพียงบางส่วนแทนการชาร์จเต็ม

ประสิทธิภาพเป็นปัจจัยที่สำคัญมากในการออกแบบระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประสิทธิภาพไป-กลับ (จากเต็มถึงหมดและกลับเต็ม) ของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดโดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 80%เคมีอื่น ๆ อาจเลวร้ายยิ่งกว่านี้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานไป-กลับของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตสูงกว่า 95-98%เพียงอย่างเดียวนี้เป็นการปรับปรุงที่สำคัญสำหรับระบบที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในช่วงฤดูหนาว การประหยัดเชื้อเพลิงจากการชาร์จเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถทำได้อย่างมากระยะการดูดกลืนประจุของแบตเตอรี่กรดตะกั่วนั้นไม่มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงถึง 50% หรือน้อยกว่านั้นเมื่อพิจารณาว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไม่ดูดซับประจุ เวลาในการชาร์จตั้งแต่คายประจุจนหมดจนเต็มอาจใช้เวลาเพียงสองชั่วโมงสิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถคายประจุได้เกือบหมดตามพิกัดโดยไม่มีผลเสียที่มีนัยสำคัญอย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าเซลล์แต่ละเซลล์ไม่คายประจุมากเกินไปนี่คืองานของการบูรณาการ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) .

ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นประเด็นสำคัญ ดังนั้น ส่วนประกอบทั้งหมดควรมีแบบบูรณาการ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) .BMS เป็นระบบที่ตรวจสอบ ประเมิน ปรับสมดุล และปกป้องเซลล์จากการทำงานนอก “พื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย”BMS เป็นองค์ประกอบความปลอดภัยที่จำเป็นของระบบแบตเตอรี่ลิเธียม โดยจะคอยตรวจสอบและปกป้องเซลล์ภายในแบตเตอรี่จากกระแสไฟเกิน แรงดันต่ำ/เกิน อุณหภูมิต่ำ/เกิน และอื่นๆเซลล์ LiFePO4 จะได้รับความเสียหายอย่างถาวรหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลดลงต่ำกว่า 2.5V เซลล์จะได้รับความเสียหายอย่างถาวรเช่นกันหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มขึ้นมากกว่า 4.2VBMS จะตรวจสอบเซลล์แต่ละเซลล์และจะป้องกันความเสียหายต่อเซลล์ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ/เกิน

ความรับผิดชอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ BMS คือการสร้างความสมดุลระหว่างการชาร์จ เพื่อรับประกันว่าเซลล์ทั้งหมดจะได้รับการชาร์จเต็มโดยไม่มีการชาร์จมากเกินไปเซลล์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 จะไม่ปรับสมดุลโดยอัตโนมัติเมื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จมีความแตกต่างเล็กน้อยในอิมพีแดนซ์ผ่านเซลล์ ดังนั้นจึงไม่มีเซลล์ใดเหมือนกัน 100%ดังนั้น เมื่อหมุนเวียน เซลล์บางเซลล์จะถูกชาร์จจนเต็มหรือคายประจุเร็วกว่าเซลล์อื่นๆความแปรปรวนระหว่างเซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไปหากเซลล์ไม่สมดุล

ใน แบตเตอรี่กรดตะกั่ว , กระแสจะยังคงไหลต่อไปแม้ว่าเซลล์หนึ่งหรือหลายเซลล์จะชาร์จเต็มแล้วก็ตามซึ่งเป็นผลมาจาก อิเล็กโทรไลซิสที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่ น้ำจะแตกตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนกระแสน้ำนี้ช่วยชาร์จเซลล์อื่นๆ ให้เต็ม ซึ่งจะทำให้ประจุไฟฟ้าสมดุลกับเซลล์ทั้งหมดอย่างไรก็ตาม เซลล์ลิเธียมที่ชาร์จเต็มจะมีความต้านทานสูงมากและกระแสจะไหลน้อยมากเซลล์ที่ล้าหลังจะไม่ถูกชาร์จจนเต็มในระหว่างการปรับสมดุล BMS จะใช้โหลดเพียงเล็กน้อยกับเซลล์ที่ชาร์จเต็มแล้ว เพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์ชาร์จมากเกินไปและปล่อยให้เซลล์อื่นตามทัน

แบตเตอรี่ลิเธียมให้ประโยชน์มากมายเหนือเคมีของแบตเตอรี่อื่นๆเป็นโซลูชันแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ โดยไม่ต้องกลัวเรื่องความร้อนรั่วไหลและ/หรือการหลอมละลายอย่างรุนแรง ซึ่งมีความเป็นไปได้สูงเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมประเภทอื่นๆแบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานมาก โดยผู้ผลิตบางรายรับประกันแบตเตอรี่ถึง 10,000 รอบด้วยอัตราการคายประจุและการรีชาร์จที่สูงกว่า C/2 อย่างต่อเนื่อง และประสิทธิภาพไป-กลับสูงถึง 98% จึงไม่น่าแปลกใจที่แบตเตอรี่เหล่านี้กำลังได้รับความนิยมในอุตสาหกรรม ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นที่สมบูรณ์แบบ โซลูชันการจัดเก็บพลังงาน .