Công nghệ pin Lithium là gì?

Pin lithium nổi bật so với các loại pin hóa học khác do mật độ năng lượng cao và chi phí mỗi chu kỳ thấp. Tuy nhiên, “pin lithium” là một thuật ngữ mơ hồ. Có khoảng sáu loại hóa chất phổ biến của pin lithium, tất cả đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Đối với các ứng dụng năng lượng tái tạo, hóa học chiếm ưu thế là Liti Sắt Phosphate (LiFePO4) . Hóa chất này có độ an toàn tuyệt vời, độ ổn định nhiệt cao, xếp hạng dòng điện cao, tuổi thọ dài và khả năng chịu lạm dụng.

Liti Sắt Phosphate (LiFePO4) là hóa học lithium cực kỳ ổn định khi so sánh với hầu hết các hóa chất lithium khác. Pin được lắp ráp bằng vật liệu catốt an toàn tự nhiên (sắt photphat). So với các chất hóa học lithium khác, sắt photphat thúc đẩy liên kết phân tử mạnh mẽ, chịu được các điều kiện sạc khắc nghiệt, kéo dài tuổi thọ chu kỳ và duy trì tính toàn vẹn hóa học qua nhiều chu kỳ. Đây là điều mang lại cho những loại pin này độ ổn định nhiệt tuyệt vời, tuổi thọ dài và khả năng chịu lạm dụng. Pin LiFePO4 không dễ bị quá nhiệt và cũng không bị "thoát nhiệt", và do đó không quá nóng hoặc bốc cháy khi xử lý sai nghiêm ngặt hoặc điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Không giống như axit chì bị ngập nước và các chất hóa học khác trong pin, pin lithium không thải ra các loại khí nguy hiểm như hydro và oxy. Cũng không có nguy cơ tiếp xúc với chất điện phân ăn da như axit sulfuric hoặc kali hydroxit. Trong hầu hết các trường hợp, những loại pin này có thể được bảo quản ở những khu vực hạn chế mà không có nguy cơ nổ và hệ thống được thiết kế phù hợp sẽ không yêu cầu phải làm mát hoặc thông gió tích cực.

Pin lithium là một tổ hợp bao gồm nhiều tế bào, như pin axit chì và nhiều loại pin khác. Pin axit chì có điện áp danh định là 2V/cell, trong khi pin lithium có điện áp danh định là 3,2V. Do đó, để có được pin 12V, bạn thường phải kết nối bốn ô thành một chuỗi. Điều này sẽ làm cho điện áp danh định của LiFePO4 12.8V . Tám ô được kết nối thành một chuỗi tạo thành một ắc quy 24V với điện áp danh định là 25,6V và mười sáu ô được mắc nối tiếp tạo thành một pin 48V với điện áp danh định là 51,2V. Những điện áp này hoạt động rất tốt với điển hình của bạn Biến tần 12V, 24V và 48V .

Pin lithium thường được sử dụng để thay thế trực tiếp pin axit chì vì chúng có điện áp sạc rất giống nhau. Một tế bào bốn Pin LiFePO4 (12.8V), thường sẽ có điện áp sạc tối đa trong khoảng 14,4-14,6V (tùy theo khuyến nghị của nhà sản xuất). Điều độc đáo ở pin lithium là nó không cần sạc hấp thụ hoặc giữ ở trạng thái điện áp không đổi trong khoảng thời gian đáng kể. Thông thường, khi pin đạt đến điện áp sạc tối đa thì không cần phải sạc nữa. Đặc tính phóng điện của pin LiFePO4 cũng rất độc đáo. Trong quá trình phóng điện, pin lithium sẽ duy trì điện áp cao hơn nhiều so với pin axit-chì thường phải chịu tải. Không có gì lạ khi pin lithium chỉ giảm vài phần mười volt từ khi sạc đầy đến khi xả 75%. Điều này có thể gây khó khăn cho việc biết dung lượng đã được sử dụng nếu không có thiết bị giám sát pin.

Một lợi thế đáng kể của lithium so với pin axit chì là chúng không bị thiếu hụt chu kỳ. Về cơ bản, đây là lúc pin không thể được sạc đầy trước khi xả lại vào ngày hôm sau. Đây là một vấn đề rất lớn đối với pin axit-chì và có thể thúc đẩy sự xuống cấp đáng kể của tấm pin nếu lặp đi lặp lại theo cách này. Pin LiFePO4 không cần phải sạc đầy thường xuyên. Trên thực tế, có thể cải thiện một chút tuổi thọ tổng thể chỉ bằng cách sạc một phần nhỏ thay vì sạc đầy.

Hiệu suất là yếu tố rất quan trọng khi thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời. Hiệu suất khứ hồi (từ đầy đến hết và trở lại đầy) của ắc quy axit-chì trung bình là khoảng 80%. Các chất hóa học khác có thể còn tệ hơn. Hiệu suất năng lượng khứ hồi của pin Lithium Iron Phosphate lên tới 95-98%. Chỉ riêng điều này đã là một cải tiến đáng kể đối với các hệ thống thiếu năng lượng mặt trời trong mùa đông, mức tiết kiệm nhiên liệu từ việc sạc máy phát điện có thể là rất lớn. Giai đoạn sạc hấp thụ của pin axit chì đặc biệt kém hiệu quả, dẫn đến hiệu suất chỉ đạt 50% hoặc thậm chí thấp hơn. Vì pin lithium không hấp thụ điện tích nên thời gian sạc từ khi xả hết đến đầy hoàn toàn có thể chỉ là hai giờ. Điều quan trọng cần lưu ý là pin lithium có thể được xả gần như hoàn toàn theo đánh giá mà không có tác dụng phụ đáng kể. Tuy nhiên, điều quan trọng là đảm bảo từng tế bào không thải quá mức. Đây là công việc của sự tích hợp Hệ thống quản lý pin (BMS) .

Sự an toàn và độ tin cậy của pin lithium là mối quan tâm lớn, do đó tất cả các cụm lắp ráp phải có hệ thống tích hợp Hệ thống quản lý pin (BMS) . BMS là hệ thống giám sát, đánh giá, cân bằng và bảo vệ các tế bào hoạt động bên ngoài “Khu vực vận hành an toàn”. BMS là thành phần an toàn thiết yếu của hệ thống pin lithium, giám sát và bảo vệ các tế bào bên trong pin khỏi tình trạng quá dòng, dưới/quá điện áp, dưới/quá nhiệt độ, v.v. Một tế bào LiFePO4 sẽ bị hỏng vĩnh viễn nếu điện áp của tế bào giảm xuống dưới 2,5V, nó cũng sẽ bị hỏng vĩnh viễn nếu điện áp của tế bào tăng lên hơn 4,2V. BMS giám sát từng tế bào và sẽ ngăn ngừa hư hỏng cho các tế bào trong trường hợp điện áp thấp/quá áp.

Một trách nhiệm thiết yếu khác của BMS là cân bằng gói trong quá trình sạc, đảm bảo tất cả các ô được sạc đầy mà không bị sạc quá mức. Các cell của pin LiFePO4 sẽ không tự động cân bằng khi kết thúc chu kỳ sạc. Có sự thay đổi nhỏ về trở kháng qua các tế bào và do đó không có tế bào nào giống hệt nhau 100%. Vì vậy, khi đạp xe, một số tế bào sẽ được sạc đầy hoặc xả sớm hơn những tế bào khác. Sự chênh lệch giữa các ô sẽ tăng đáng kể theo thời gian nếu các ô không được cân bằng.

TRONG pin axit chì , dòng điện sẽ tiếp tục chạy ngay cả khi một hoặc nhiều ô được sạc đầy. Đây là kết quả của quá trình điện phân diễn ra bên trong pin, nước phân tách thành hydro và oxy. Dòng điện này giúp sạc đầy các cell khác, từ đó cân bằng điện tích trên tất cả các cell một cách tự nhiên. Tuy nhiên, một tế bào lithium được sạc đầy sẽ có điện trở rất cao và có rất ít dòng điện chạy qua. Do đó, các ô bị trễ sẽ không được sạc đầy. Trong quá trình cân bằng, BMS sẽ tác dụng một tải nhỏ lên các ô đã được sạc đầy, ngăn không cho nó sạc quá mức và cho phép các ô khác bắt kịp.

Pin lithium mang lại nhiều lợi ích hơn các loại pin khác. Chúng là giải pháp pin an toàn và đáng tin cậy, không sợ thoát nhiệt và/hoặc tan chảy thảm khốc, vốn là một khả năng đáng kể ở các loại pin lithium khác. Những loại pin này có tuổi thọ cực kỳ dài, một số nhà sản xuất thậm chí còn bảo hành pin lên tới 10.000 chu kỳ. Với tốc độ xả và nạp lại cao lên tới C/2 liên tục và hiệu suất khứ hồi lên tới 98%, không có gì ngạc nhiên khi những loại pin này đang thu hút được sự chú ý trong ngành. Liti Sắt Phosphate (LiFePO4) là một sự hoàn hảo giải pháp lưu trữ năng lượng .