Що таке технологія літієвих батарей?

Літієві батареї відрізняються від інших хімічних батарей завдяки високій щільності енергії та низькій вартості циклу.Однак термін «літієва батарея» є неоднозначним.Існує приблизно шість загальних хімічних складів літієвих акумуляторів, кожен із яких має свої унікальні переваги та недоліки.Для відновлюваних джерел енергії переважаючою є хімія Літій-залізофосфат (LiFePO4) .Ця хімія має чудову безпеку, високу термічну стабільність, високі номінальні значення струму, тривалий термін служби та стійкість до зловживань.

Літій-залізофосфат (LiFePO4) є надзвичайно стабільним хімічним складом літію порівняно з майже всіма іншими хімічними речовинами літію.Батарея зібрана з природним безпечним катодним матеріалом (фосфат заліза).Порівняно з іншими хімікатами літію, фосфат заліза сприяє міцному молекулярному зв’язку, який витримує екстремальні умови заряджання, подовжує термін служби та підтримує хімічну цілісність протягом багатьох циклів.Саме це надає цим батареям чудову термічну стабільність, тривалий термін служби та стійкість до зловживання. Акумулятори LiFePO4 вони не схильні до перегріву, а також не схильні до «термічного витоку», тому не перегріваються та не займаються під час суворого неправильного поводження або суворих умов навколишнього середовища.

На відміну від залитих свинцево-кислотних та інших хімікатів акумуляторів, літієві акумулятори не виділяють небезпечних газів, таких як водень і кисень.Також немає небезпеки впливу їдких електролітів, таких як сірчана кислота або гідроксид калію.У більшості випадків ці батареї можна зберігати в замкнутих приміщеннях без ризику вибуху, а належним чином розроблена система не потребує активного охолодження чи вентиляції.

Літієві батареї – це збірка, що складається з багатьох елементів, як свинцево-кислотні батареї та багато інших типів батарей.Свинцево-кислотні батареї мають номінальну напругу 2 В/елемент, тоді як елементи літієвих батарей мають номінальну напругу 3,2 В.Таким чином, щоб досягти батареї 12 В, ви зазвичай маєте чотири елементи, з’єднані послідовно.Це зробить номінальну напругу a LiFePO4 12,8 В .Вісім послідовно з’єднаних клітин утворюють a 24V акумулятор з номінальною напругою 25,6 В і шістнадцять елементів, з'єднаних послідовно, утворюють a 48В акумулятор з номінальною напругою 51,2В.Ці напруги дуже добре працюють із вашим типовим Інвертори 12В, 24В і 48В .

Літієві батареї часто використовуються для безпосередньої заміни свинцево-кислотних батарей, оскільки вони мають дуже схожу зарядну напругу.Чотирикамерний Акумулятор LiFePO4 (12,8 В), зазвичай матиме максимальну напругу заряду між 14,4-14,6 В (залежно від рекомендацій виробника).Унікальним для літієвої батареї є те, що їй не потрібен абсорбційний заряд або утримання в стані постійної напруги протягом значних періодів часу.Як правило, коли акумулятор досягає максимальної напруги заряду, його більше не потрібно заряджати.Характеристики розряду акумуляторів LiFePO4 також унікальні.Під час розряду літієві батареї підтримуватимуть набагато вищу напругу, ніж свинцево-кислотні батареї під навантаженням.Це не рідкість, коли літієва батарея падає лише на кілька десятих вольта від повного заряду до 75% розряду.Через це може бути важко визначити, скільки ємності було використано без обладнання для моніторингу батареї.

Значною перевагою літієвих акумуляторів перед свинцево-кислотними є те, що вони не страждають від дефіцитного циклу.По суті, це коли батареї не можуть бути повністю заряджені перед тим, як їх знову розрядити наступного дня.Це дуже велика проблема зі свинцево-кислотними батареями і може призвести до значного погіршення якості пластини, якщо багаторазово циклічно використовувати таким чином.Акумулятори LiFePO4 не потребують регулярної повної зарядки.Насправді можна трохи збільшити загальну тривалість життя за допомогою невеликого часткового заряду замість повного.

Ефективність є дуже важливим фактором при проектуванні сонячних електричних систем.ККД середньої свинцево-кислотної батареї (від повного розряду до розрядженого і назад до повного) становить приблизно 80%.Інші хімікати можуть бути ще гіршими.Енергоефективність літій-залізо-фосфатної батареї становить понад 95-98%.Одне лише це є значним покращенням для систем, яким не вистачає сонячної енергії взимку, економія палива від заряджання генератора може бути величезною.Етап абсорбційного заряду свинцево-кислотних акумуляторів особливо неефективний, що призводить до ефективності 50% або навіть менше.Враховуючи, що літієві батареї не заряджаються абсорбційно, час заряджання від повного розряду до повного заряду може становити лише дві години.Важливо також відзначити, що літієва батарея може зазнати майже повного розряду згідно з номінальними показниками без значних негативних наслідків.Однак важливо переконатися, що окремі клітини не перерозряджаються.Це робота інтегрованих Система керування акумулятором (BMS) .

Безпека та надійність літієвих батарей викликають велике занепокоєння, тому всі вузли повинні мати інтегрований акумулятор Система керування акумулятором (BMS) .BMS — це система, яка контролює, оцінює, балансує та захищає клітини від роботи за межами «безпечної робочої зони».BMS є важливим компонентом безпеки системи літієвої батареї, контролюючи та захищаючи клітини всередині батареї від перевантаження по струму, зниженої/перевищеної напруги, зниженої/вищої температури тощо.Елемент LiFePO4 буде остаточно пошкоджений, якщо напруга елемента коли-небудь впаде нижче 2,5 В, він також буде остаточно пошкоджений, якщо напруга елемента підвищиться до рівня понад 4,2 В.BMS контролює кожну клітинку та запобігає пошкодженню клітинок у разі низької/перенапруги.

Інший важливий обов’язок BMS — збалансувати акумулятор під час заряджання, гарантуючи повний заряд усіх елементів без перезаряджання.Осередки акумулятора LiFePO4 не балансуються автоматично в кінці циклу заряджання.Існують невеликі варіації імпедансу через комірки, тому жодна комірка не є на 100% ідентичною.Таким чином, під час циклу деякі елементи будуть повністю заряджені або розряджені раніше, ніж інші.Розбіжність між клітинами з часом значно збільшиться, якщо клітини не збалансовані.

в свинцево-кислотні акумулятори , струм буде продовжувати надходити, навіть якщо одна або кілька клітин повністю заряджені.Це результат Електроліз відбувається в батареї, вода розщеплюється на водень і кисень.Цей струм допомагає повністю зарядити інші клітини, таким чином природним чином балансуючи заряд усіх клітин.Однак повністю заряджений літієвий елемент матиме дуже високий опір і буде проходити дуже малий струм.Тому відстаючі клітини не будуть повністю заряджені.Під час балансування BMS прикладатиме невелике навантаження до повністю заряджених елементів, запобігаючи їх перезарядженню та дозволяючи іншим елементам наздогнати.

Літієві батареї мають багато переваг перед іншими хімічними елементами.Вони є безпечним і надійним рішенням для акумуляторів, які не бояться термічного витоку та/або катастрофічного розплавлення, що є значною ймовірністю в порівнянні з іншими типами літієвих батарей.Ці батареї мають надзвичайно тривалий термін служби, а деякі виробники навіть гарантують батареї до 10 000 циклів.Не дивно, що ці батареї набирають популярності в галузі завдяки високим показникам розряду та перезаряджання понад C/2 безперервно та ефективності до 98%. Літій-залізофосфат (LiFePO4) є ідеальним рішення для зберігання енергії .