Lityum Pil Teknolojisi Nedir?

Lityum piller, yüksek enerji yoğunlukları ve döngü başına düşük maliyetleri nedeniyle diğer pil kimyalarından ayrılıyor. Ancak “lityum pil” belirsiz bir terimdir. Lityum pillerin yaklaşık altı ortak kimyası vardır ve her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. Yenilenebilir enerji uygulamaları için baskın kimya Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) . Bu kimya, mükemmel termal stabilite, yüksek akım değerleri, uzun çevrim ömrü ve kötüye kullanıma karşı tolerans ile mükemmel bir güvenliğe sahiptir.

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) neredeyse tüm diğer lityum kimyalarıyla karşılaştırıldığında son derece kararlı bir lityum kimyasıdır. Pil, doğal olarak güvenli bir katot malzemesi (demir fosfat) ile birleştirilmiştir. Diğer lityum kimyasallarıyla karşılaştırıldığında demir fosfat, aşırı şarj koşullarına dayanıklı, döngü ömrünü uzatan ve birçok döngüde kimyasal bütünlüğü koruyan güçlü bir moleküler bağı destekler. Bu pillere mükemmel termal kararlılıklarını, uzun çevrim ömürlerini ve kötüye kullanıma karşı toleranslarını veren şey budur. LiFePO4 piller aşırı ısınmaya eğilimli değildirler veya 'termal kaçak'a maruz kalmazlar ve bu nedenle aşırı ısınmaz veya aşırı yanlış kullanım veya zorlu çevre koşullarına maruz kaldıklarında tutuşmazlar.

Sulu kurşun asit ve diğer akü kimyalarının aksine, lityum piller hidrojen ve oksijen gibi tehlikeli gazları dışarı atmaz. Ayrıca sülfürik asit veya potasyum hidroksit gibi kostik elektrolitlere maruz kalma tehlikesi de yoktur. Çoğu durumda bu piller, patlama riski olmaksızın kapalı alanlarda saklanabilir ve uygun şekilde tasarlanmış bir sistem, aktif soğutma veya havalandırma gerektirmemelidir.

Lityum piller, kurşun-asit piller ve diğer birçok pil türü gibi birçok hücreden oluşan bir gruptur. Kurşun-asit akülerin nominal voltajı 2V/hücre iken, lityum pil hücrelerinin nominal voltajı 3,2V'dur. Bu nedenle, 12V'luk bir akü elde etmek için genellikle seri olarak bağlanmış dört hücreye sahip olmanız gerekir. Bu, bir nominal voltajın LiFePO4 12.8V . Bir seri halinde bağlanan sekiz hücre, 24V pil 25,6V nominal gerilime ve seri olarak bağlanan on altı hücreye sahip bir 48V pil 51,2V nominal gerilim ile. Bu voltajlar tipik voltajlarınızla çok iyi çalışır. 12V, 24V ve 48V invertörler .

Lityum piller genellikle kurşun-asit pillerin yerine doğrudan kullanılır çünkü şarj voltajları çok benzerdir. Dört hücreli LiFePO4 Pil (12,8V), Tipik olarak 14,4-14,6V arasında maksimum şarj voltajına sahip olacaktır (üreticinin tavsiyelerine bağlı olarak). Lityum pilin benzersiz özelliği, bir soğurma şarjına ihtiyaç duymaması veya önemli süreler boyunca sabit voltaj durumunda tutulması gerekmemesidir. Tipik olarak pil maksimum şarj voltajına ulaştığında artık şarj edilmesine gerek kalmaz. LiFePO4 pillerin deşarj özellikleri de benzersizdir. Deşarj sırasında lityum piller, genellikle yük altında olan kurşun-asit pillerden çok daha yüksek bir voltajı koruyacaktır. Bir lityum pilin tam şarjdan %75 boşalıncaya kadar voltun yalnızca onda biri kadar düşmesi alışılmadık bir durum değildir. Bu, pil izleme ekipmanı olmadan ne kadar kapasitenin kullanıldığını söylemeyi zorlaştırabilir.

Lityumun kurşun-asit akülere göre önemli bir avantajı, eksiklik döngüsünden muzdarip olmamalarıdır. Temel olarak bu, pillerin ertesi gün tekrar deşarj edilmeden önce tam olarak şarj edilememesidir. Bu, kurşun-asit akülerde çok büyük bir sorundur ve bu şekilde tekrar tekrar çalıştırılması halinde plakanın önemli ölçüde bozulmasına neden olabilir. LiFePO4 pillerin düzenli olarak tam olarak şarj edilmesine gerek yoktur. Aslında, tam şarj yerine hafif bir kısmi şarjla genel kullanım ömrünü biraz artırmak mümkündür.

Güneş enerjili elektrik sistemlerinin tasarımında verimlilik çok önemli bir faktördür. Ortalama kurşun-asit akünün gidiş-dönüş verimliliği (doludan ölüye ve tekrar doluya) yaklaşık %80'dir. Diğer kimyalar daha da kötü olabilir. Lityum Demir Fosfat pilin gidiş-dönüş enerji verimliliği %95-98'in üzerindedir. Tek başına bu bile kış aylarında güneş enerjisinden mahrum kalan sistemler için kayda değer bir gelişmedir; jeneratör şarjından elde edilen yakıt tasarrufu muazzam olabilir. Kurşun-asit akülerin soğurmalı şarj aşaması özellikle verimsizdir ve bu da %50 veya daha az verimle sonuçlanır. Lityum pillerin şarjı emmediği göz önüne alındığında, tamamen boşaldıktan sonra tamamen dolana kadar şarj süresi iki saat kadar kısa olabilir. Ayrıca bir lityum pilin, önemli olumsuz etkiler olmaksızın neredeyse tamamen deşarj olabileceğini unutmamak da önemlidir. Bununla birlikte, tek tek hücrelerin aşırı deşarj olmadığından emin olmak önemlidir. Bu entegrenin işi Akü Yönetim Sistemi (BMS) .

Lityum pillerin güvenliği ve güvenilirliği büyük bir endişe kaynağıdır, bu nedenle tüm düzeneklerin entegre olması gerekir. Akü Yönetim Sistemi (BMS) . BMS, hücrelerin “Güvenli Çalışma Alanı” dışında çalışmasını izleyen, değerlendiren, dengeleyen ve koruyan bir sistemdir. BMS, lityum pil sisteminin önemli bir güvenlik bileşenidir ve pil içindeki hücreleri aşırı akıma, düşük/aşırı gerilime, düşük/aşırı sıcaklığa ve daha fazlasına karşı izler ve korur. Bir LiFePO4 hücresi, hücrenin voltajı 2,5V'un altına düşerse kalıcı olarak hasar görür; ayrıca hücrenin voltajı 4,2V'un üzerine çıkarsa kalıcı olarak hasar görür. BMS her hücreyi izler ve düşük/aşırı gerilim durumunda hücrelerin zarar görmesini önler.

BMS'nin bir diğer önemli sorumluluğu da şarj sırasında paketi dengelemek ve tüm hücrelerin aşırı şarj olmadan tam şarj olmasını sağlamaktır. LiFePO4 pilin hücreleri, şarj döngüsünün sonunda otomatik olarak dengelenmez. Hücrelerin empedansında hafif farklılıklar vardır ve bu nedenle hiçbir hücre %100 aynı değildir. Bu nedenle, döngü yapıldığında bazı hücreler diğerlerinden daha önce tamamen şarj olacak veya deşarj olacaktır. Hücreler dengeli değilse, hücreler arasındaki varyans zamanla önemli ölçüde artacaktır.

İçinde kurşun-asit piller Bir veya daha fazla hücre tamamen şarj olduğunda bile akım akmaya devam edecektir. Bu bir sonucudur Bataryanın içinde gerçekleşen elektroliz, suyun hidrojen ve oksijene bölünmesini sağlıyor. Bu akım, diğer hücrelerin tamamen şarj olmasına yardımcı olur ve böylece tüm hücrelerin yükünü doğal olarak dengeler. Ancak tamamen şarj edilmiş bir lityum hücrenin direnci çok yüksek olacak ve çok az akım akacaktır. Bu nedenle gecikmeli hücreler tam olarak şarj edilmeyecektir. Dengeleme sırasında BMS, tam şarjlı hücrelere küçük bir yük uygulayarak aşırı şarj olmasını önleyecek ve diğer hücrelerin yetişmesini sağlayacaktır.

Lityum piller diğer pil kimyalarına göre birçok avantaj sunar. Diğer lityum pil türlerine göre önemli bir olasılık olan termal kaçak ve/veya yıkıcı erime korkusu olmayan, güvenli ve güvenilir bir pil çözümüdürler. Bu piller son derece uzun çevrim ömrü sunar; hatta bazı üreticiler pilleri 10.000 döngüye kadar garanti eder. C/2'ye kadar sürekli yüksek deşarj ve yeniden şarj oranları ve %98'e varan gidiş-dönüş verimliliği ile bu pillerin sektörde ilgi kazanması şaşırtıcı değil. Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) mükemmel enerji depolama çözümü .