Čo je to technológia lítiových batérií?

Lítiové batérie sa odlišujú od iných chemických látok vďaka svojej vysokej hustote energie a nízkym nákladom na cyklus.Pojem „lítiová batéria“ je však nejednoznačný.Existuje asi šesť bežných chemických zložení lítiových batérií, pričom všetky majú svoje vlastné jedinečné výhody a nevýhody.Pre aplikácie obnoviteľnej energie prevláda chémia lítium-železofosfát (LiFePO4) .Táto chémia má vynikajúcu bezpečnosť, veľkú tepelnú stabilitu, vysoký prúd, dlhú životnosť a odolnosť voči zneužitiu.

lítium-železofosfát (LiFePO4) je extrémne stabilná lítiová chémia v porovnaní s takmer všetkými ostatnými lítiovými chemikáliami.Batéria je zložená z prirodzene bezpečného katódového materiálu (fosfát železa).V porovnaní s inými chemickými látkami lítia podporuje fosforečnan železitý silnú molekulárnu väzbu, ktorá odoláva extrémnym podmienkam nabíjania, predlžuje životnosť cyklu a zachováva chemickú integritu počas mnohých cyklov.To dáva týmto batériám ich skvelú tepelnú stabilitu, dlhú životnosť a odolnosť voči zneužitiu. LiFePO4 batérie nie sú náchylné na prehriatie, ani nie sú vystavené „tepelnému úniku“, a preto sa neprehrievajú ani nezapaľujú, keď sú vystavené dôslednej nesprávnej manipulácii alebo drsným podmienkam prostredia.

Na rozdiel od zaplavenej olovo-kyseliny a iných chemických látok v batériách, lítiové batérie neuvoľňujú nebezpečné plyny, ako je vodík a kyslík.Neexistuje ani nebezpečenstvo vystavenia žieravým elektrolytom, ako je kyselina sírová alebo hydroxid draselný.Vo väčšine prípadov je možné tieto batérie skladovať v stiesnených priestoroch bez rizika výbuchu a správne navrhnutý systém by nemal vyžadovať aktívne chladenie alebo odvetrávanie.

Lítiové batérie sú zostava zložená z mnohých článkov, ako sú olovené batérie a mnoho ďalších typov batérií.Olovené batérie majú menovité napätie 2V/článok, zatiaľ čo články lítiovej batérie majú menovité napätie 3,2V.Preto, aby ste dosiahli 12V batériu, budete mať zvyčajne štyri články zapojené do série.Tým sa vytvorí menovité napätie a LiFePO4 12,8V .Osem článkov zapojených do série tvorí a 24V batéria s menovitým napätím 25,6V a šestnástimi článkami zapojenými do série tvoria a 48V batéria s menovitým napätím 51,2V.Tieto napätia fungujú veľmi dobre s vaším typickým 12V, 24V a 48V meniče .

Lítiové batérie sa často používajú na priamu náhradu olovených batérií, pretože majú veľmi podobné nabíjacie napätie.Štvorčlánkový LiFePO4 batéria (12,8V), bude mať zvyčajne maximálne nabíjacie napätie medzi 14,4-14,6V (v závislosti od odporúčaní výrobcu).Čo je jedinečné pre lítiovú batériu, je to, že nepotrebuje absorpčné nabíjanie alebo aby bola udržiavaná v stave konštantného napätia počas významných časových období.Zvyčajne, keď batéria dosiahne maximálne nabíjacie napätie, už ju nie je potrebné nabíjať.Jedinečná je aj charakteristika vybíjania LiFePO4 batérií.Počas vybíjania si lítiové batérie udržia oveľa vyššie napätie ako olovené batérie zvyčajne pri zaťažení.Nie je nezvyčajné, že lítiová batéria klesne len o niekoľko desatín voltu z úplného nabitia na 75 % vybitia.To môže sťažiť zistenie, aká kapacita bola využitá bez zariadenia na monitorovanie batérie.

Významnou výhodou lítiových batérií oproti oloveným batériám je, že netrpia deficitným cyklovaním.V podstate je to vtedy, keď sa batérie nedajú úplne nabiť pred opätovným vybitím nasledujúci deň.Toto je veľmi veľký problém s olovenými batériami a môže spôsobiť značnú degradáciu platní, ak sa opakovane cyklujú týmto spôsobom.Batérie LiFePO4 nie je potrebné pravidelne plne nabíjať.V skutočnosti je možné mierne predĺžiť celkovú životnosť s miernym čiastočným nabitím namiesto úplného nabitia.

Účinnosť je veľmi dôležitým faktorom pri navrhovaní solárnych elektrických systémov.Účinnosť olovenej batérie (z úplnej po vybitú a späť na plnú) priemernej olovenej batérie je asi 80 %.Iné chemické látky môžu byť ešte horšie.Energetická účinnosť lítium-železo-fosfátovej batérie je viac ako 95 – 98 %.Toto samo o sebe predstavuje významné zlepšenie pre systémy, ktoré v zime nemajú dostatok solárnej energie, úspora paliva pri nabíjaní generátora môže byť obrovská.Absorpčný stupeň nabíjania olovených akumulátorov je obzvlášť neefektívny, výsledkom čoho je účinnosť 50 % alebo dokonca nižšia.Vzhľadom na to, že lítiové batérie nenabíjajú absorpciou, doba nabíjania od úplného vybitia po úplné nabitie môže byť len dve hodiny.Je tiež dôležité poznamenať, že lítiová batéria sa môže podrobiť takmer úplnému vybitiu podľa hodnotenia bez významných nepriaznivých účinkov.Je však dôležité zabezpečiť, aby sa jednotlivé články príliš nevybíjali.Toto je úloha integrovaných Systém správy batérie (BMS) .

Bezpečnosť a spoľahlivosť lítiových batérií sú veľkým problémom, preto by všetky zostavy mali mať integrovaný Systém správy batérie (BMS) .BMS je systém, ktorý monitoruje, vyhodnocuje, vyvažuje a chráni bunky pred prevádzkou mimo „bezpečnej prevádzkovej oblasti“.BMS je základným bezpečnostným komponentom lítiového batériového systému, ktorý monitoruje a chráni články v batérii pred nadmerným prúdom, pod/prepätím, pod/nad teplotou a podobne.LiFePO4 článok sa natrvalo poškodí, ak napätie článku niekedy klesne pod 2,5 V, a tiež sa natrvalo poškodí, ak sa napätie článku zvýši na viac ako 4,2 V.BMS monitoruje každý článok a zabráni poškodeniu článkov v prípade pod/prepätia.

Ďalšou dôležitou úlohou BMS je vyvážiť batériu počas nabíjania, čím sa zaručí úplné nabitie všetkých článkov bez prebíjania.Články batérie LiFePO4 sa na konci nabíjacieho cyklu automaticky nevyrovnajú.Existujú malé odchýlky v impedancii cez články, a preto žiadny článok nie je 100% identický.Preto sa pri cyklovaní niektoré články úplne nabijú alebo vybijú skôr ako iné.Rozdiel medzi bunkami sa časom výrazne zvýši, ak bunky nie sú vyvážené.

In olovené akumulátory , prúd bude naďalej tiecť, aj keď je jeden alebo viacero článkov plne nabitých.Toto je výsledkom elektrolýza prebieha v batérii, voda sa delí na vodík a kyslík.Tento prúd pomáha plne nabiť ostatné články, čím prirodzene vyrovnáva náboj na všetkých článkoch.Plne nabitý lítiový článok však bude mať veľmi vysoký odpor a bude pretekať veľmi malý prúd.Zaostávajúce články preto nebudú úplne nabité.Počas vyvažovania bude BMS aplikovať malú záťaž na plne nabité články, čím zabráni ich prebitiu a umožní ostatným článkom dobehnúť ich.

Lítiové batérie ponúkajú mnoho výhod v porovnaní s inými chemickými zložkami batérií.Sú bezpečným a spoľahlivým batériovým riešením bez obáv z tepelného úniku a/alebo katastrofického roztavenia, čo je významná možnosť pri iných typoch lítiových batérií.Tieto batérie ponúkajú extrémne dlhú životnosť, pričom niektorí výrobcovia dokonca zaručujú batérie až na 10 000 cyklov.Nie je divu, že vďaka vysokej rýchlosti vybíjania a nabíjania presahujúcej C/2 a spiatočnej účinnosti až 98% získavajú tieto batérie v tomto odvetví na popularite. lítium-železofosfát (LiFePO4) je dokonalý riešenie skladovania energie .