اليوم ، كل شخص تقريبًا لديه هاتف (هاتف ذكي ، هاتف مزود بكاميرا ، جهاز لوحي) في جيبه يمكنه أن يتفوق على سطح المكتب في منزلك ، والذي لم تقم بتحديثه منذ عدة سنوات. يوجد في كل جهاز بطارية ليثيوم بوليمر. والسؤال المطروح الآن هو: أي من القراء سيتذكر بالضبط متى حدث الانتقال غير القابل للإلغاء من أجهزة الاتصال إلى الأجهزة متعددة الوظائف؟
صعب .. عليك أن تجهد ذاكرتك ، تذكر العام الذي اشتريت فيه أول هاتف "ذكي". بالنسبة لي ، هذا ما يقرب من 2008-2010. في ذلك الوقت ، كانت سعة بطارية الليثيوم لهاتف عادي حوالي 700 مللي أمبير ، والآن تصل سعة بطارية الهواتف إلى 4 مللي أمبير.
زيادة في السعة بمقدار 6 مرات ، على الرغم من حقيقة أن حجم البطارية قد زاد مرتين فقط تقريبًا.
مثلنا ، حلول UPS من الليثيوم أيون تغزو السوق بسرعة ، ولديها عدد من المزايا التي لا يمكن إنكارها و (خاصة في غرفة الخادم).
أيها الأصدقاء ، سنحاول اليوم فهم الحلول القائمة على فوسفات الحديد والليثيوم (LFP) وبطاريات الليثيوم والمنغنيز (LMO) ومقارنتها ، ودراسة مزاياها وعيوبها ، ومقارنتها مع بعضها البعض في عدد من المؤشرات المحددة. اسمحوا لي أن أذكرك أن كلا النوعين من البطاريات هما بطاريات ليثيوم أيون ، ليثيوم بوليمر ، لكنهما يختلفان في التركيب الكيميائي. إذا كنت مهتمًا بالاستمرار ، من فضلك تحت القط.
وجهات نظر تقنيات الليثيوم في مجال تخزين الطاقة
كان الوضع الحالي في الاتحاد الروسي لعام 2017 على النحو التالي.
باستخدام المصدر: "مفهوم تطوير أنظمة تخزين الكهرباء في الاتحاد الروسي" ، وزارة الطاقة في الاتحاد الروسي ، 21 أغسطس 2017.
كما ترون ، كانت تقنية أيونات الليثيوم في ذلك الوقت في طليعة التعامل مع تكنولوجيا الإنتاج الصناعي (كان المقصود في المقام الأول تقنية LFP).
بعد ذلك ، دعنا نلقي نظرة على الاتجاهات في الولايات المتحدة ، أو بالأحرى ، فكر في أحدث إصدار من المستند:
المرجع: ABBM - صفائف الطاقة لإمدادات الطاقة غير المنقطعة ، والتي تُستخدم في صناعة الطاقة الكهربائية من أجل:
- حجز الكهرباء للمستهلكين المهمين في حالة انقطاع التيار الكهربائي المساعد (SN) 0,4 كيلو فولت في المحطة الفرعية (SS).
- كمحرك "عازلة" للمصادر البديلة.
- التعويض عن نقص الطاقة في وضع ذروة الاستهلاك لتفريغ مرافق توليد الكهرباء ونقلها.
- تراكم الطاقة خلال النهار خلال تكلفتها المنخفضة (الليل).
كما ترون ، احتلت تقنيات Li-Ion ، اعتبارًا من عام 2016 ، مكانة رائدة بقوة وأظهرت نموًا متعددًا سريعًا في كل من الطاقة (MW) والطاقة (MWh).
في نفس الوثيقة يمكننا قراءة ما يلي:
تمثل تقنيات Li-ion أكثر من 80٪ من الطاقة والطاقة المضافة الناتجة عن أنظمة ABBM في الولايات المتحدة في نهاية عام 2016. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بدورة عالية الكفاءة (الشحن ، ملاحظة المؤلف) وتحرر الطاقة المخزنة بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم كثافة طاقة عالية (كثافة الطاقة ، ملاحظة المؤلف) وتيارات ارتداد عالية ، مما أدى إلى اختيارهم كبطاريات للإلكترونيات المحمولة والمركبات الكهربائية.
دعنا نحاول مقارنة تقنيتين لبطاريات الليثيوم أيون لـ UPS
سنقارن الخلايا المنشورية المبنية على كيمياء LMO و LFP. هاتان التقنيتان (مع اختلافات من نوع LMO-NMC) هما الآن التصاميم الصناعية الرئيسية لمختلف المركبات الكهربائية والمركبات الكهربائية.
يمكن قراءة استطراد غنائي حول البطاريات في السيارات الكهربائية هنا.اسأل ، ما علاقة النقل الكهربائي به؟ اسمحوا لي أن أشرح: لقد تجاوز التوزيع النشط للنقل الكهربائي على تقنيات Li-Ion مرحلة النماذج الأولية لفترة طويلة. وكما نعلم ، تأتي إلينا جميع أحدث التقنيات من أحدث مجالات الحياة باهظة الثمن. على سبيل المثال ، أتت إلينا الكثير من تقنيات السيارات من الفورمولا 1 ، ودخلت الكثير من أحدث التقنيات إلى حياتنا من قطاع الفضاء ، وما إلى ذلك ... لذلك ، في رأينا ، تخترق تقنيات أيونات الليثيوم الآن الحلول الصناعية .
ضع في اعتبارك جدولًا يقارن بين الشركات المصنعة الرئيسية وكيمياء البطاريات وشركات السيارات الفعلية التي تنتج بنشاط المركبات الكهربائية (الهجينة).
سنختار فقط الخلايا المنشورية المناسبة لعامل الشكل المستخدم في UPS. كما ترون ، يعتبر تيتانات الليثيوم (LTO-NMC) دخيلًا من حيث الطاقة المخزنة المحددة. لا تزال هناك ثلاث شركات مصنعة للخلايا المنشورية المناسبة للاستخدام في الحلول الصناعية ، ولا سيما في بطاريات UPS.
سأقتبس وأترجم من الوثيقة "تقييم دورة الحياة لقطب الليثيوم طويل العمر لبطاريات السيارات الكهربائية - خلية لحافلات LEAF و Tesla و VOLVO" (تقييم أصلي لدورة الحياة لقطب الليثيوم طويل العمر لبطاريات السيارات الكهربائية - خلية لـ LEAF ، Tesla و Volvo bus "بتاريخ 11 ديسمبر 2017 بواسطة ماتس زاكريسون. هنا ، يتم التحقيق بشكل أساسي في العمليات الكيميائية في بطاريات المركبات ، وتأثير الاهتزازات والظروف المناخية للتشغيل ، والضرر البيئي. ومع ذلك ، هناك عبارة واحدة غريبة بخصوص مقارنة بين تقنيتي بطارية ليثيوم أيون.
في ترجمتي المجانية تبدو كما يلي:
تُظهر تقنية NMC تأثيرًا بيئيًا أقل لكل كيلومتر مدفوع من تقنية LFP باستخدام أنود معدني لخلية البطارية ، ولكن من الصعب تقليل الأخطاء أو التخلص منها. خلاصة القول هي أن كثافة الطاقة الأعلى لـ NMC تعني وزنًا أقل وبالتالي استهلاكًا أقل للطاقة.
1) تكنولوجيا الخلية المنشورية LMO ، الشركة المصنعة ، بتكلفة 400 دولار.
ظهور خلية الكائنات الحية المعدلة
2) تقنية LFP للخلية المنشورية ، الشركة المصنعة ، بتكلفة 160 دولار.
منظر خارجي لخلية LFP
3) للمقارنة ، دعنا نضيف بطارية احتياطية للطائرة مبنية على تقنية LFP والبطارية التي شاركت في الفضيحة المثيرة ، الشركة المصنعة لـ True Blue Power.
مظهر البطارية TB44
4) من أجل الموضوعية ، دعنا نضيف بطارية UPS قياسية
ظهور بطارية UPS كلاسيكية
دعنا نضع البيانات الأولية في جدول.
كما ترون ، في الواقع ، تتمتع خلايا الكائنات الحية المعدلة بأعلى كفاءة في استخدام الطاقة ، حيث يفقد الرصاص الكلاسيكي ضعف طاقة معينة على الأقل.
من الواضح للجميع أن نظام مصفوفة بطاريات Li-Ion BMS سيضيف كتلة إلى هذا الحل ، أي تقليل كثافة الطاقة بنحو 20 بالمائة (الفرق بين الوزن الصافي للبطاريات والحل الكامل ، مع مراعاة أنظمة BMS ، قذيفة الوحدة ، وحدة تحكم خزانة البطارية). كتلة وصلات العبور ومفتاح البطارية وخزانة البطارية متساوية بشكل مشروط لبطاريات الليثيوم أيون ومجموعة بطاريات بطاريات الرصاص الحمضية.
الآن دعنا نحاول مقارنة المعلمات المحسوبة. في هذه الحالة ، نأخذ عمق تفريغ الرصاص - 70٪ ، و Li-Ion - 90٪.
لاحظ أن الطاقة النوعية المنخفضة لبطارية الطائرة ترجع إلى حقيقة أن البطارية نفسها (التي يمكن اعتبارها وحدة نمطية) محاطة بغلاف معدني مقاوم للحريق ، وتحتوي على موصلات ونظام تدفئة للتشغيل في درجات حرارة منخفضة. للمقارنة ، يتم إجراء حساب لخلية واحدة في بطارية TB44 ، والتي يمكن من خلالها استنتاج أن الخصائص قريبة من خصائص خلية LFP التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميم بطارية الطيران لتيارات الشحن / التفريغ العالية ، والتي ترتبط بالحاجة إلى إعداد الطائرة بسرعة لرحلة جديدة على الأرض وتيار تفريغ عالي في حالة الطوارئ على متن الطائرة ، على سبيل المثال ، فقدان الطاقة على متن الطائرة
بالمناسبة ، إليك كيف تقارن الشركة المصنعة أنواعًا مختلفة من بطاريات الطائرات
كما نرى من الجداول:
1) سعة خزانة البطارية في حالة تكنولوجيا الكائنات الحية المعدلة أعلى.
2) عدد دورات البطارية لـ LFP أطول.
3) الثقل النوعي لـ LFP أقل ، على التوالي ، بنفس السعة ، خزانة البطارية القائمة على تكنولوجيا الحديد والليثيوم والفوسفات أكبر.
4) تقنية LFP أقل عرضة للانحراف الحراري بسبب تركيبتها الكيميائية. نتيجة لذلك ، يعتبر آمنًا نسبيًا.
بالنسبة لأولئك الذين يريدون أن يفهموا بصريًا كيف يمكن توصيل بطاريات الليثيوم أيون بمجموعة بطاريات للعمل مع UPS ، أوصي بالبحث هنا.على سبيل المثال ، مثل هذا المخطط. في هذه الحالة ، سيكون الوزن الصافي للبطاريات 340 كجم ، وستكون السعة 100 آه.
أو رسم تخطيطي لطراز LFP 160S2P حيث سيكون الوزن الصافي للبطاريات 512 كجم وسعة 200 أمبير / ساعة.
الخلاصة: على الرغم من حقيقة أن البطاريات التي تحتوي على كيمياء فوسفات الحديد والليثيوم (LiFeO4 ، LFP) تُستخدم في الغالب في السيارات الكهربائية ، فإن خصائصها لها مزايا عديدة مقارنة بالصيغة الكيميائية LMO ، وتسمح بشحن تيار عالٍ ، وتكون أقل عرضة للانحراف الحراري. يعود اختيار نوع البطارية إلى مزود الحلول الشامل ، الذي يحدد ذلك بناءً على عدد من المعايير ، ليس أقلها تكلفة مجموعة البطاريات كجزء من UPS. في الوقت الحالي ، لا يزال أي نوع من بطاريات الليثيوم أيون يخسر من حيث التكلفة بالنسبة للحلول الكلاسيكية ، ولكن كثافة الطاقة الكبيرة لبطاريات الليثيوم لكل وحدة كتلة والأبعاد الأصغر ستحدد بشكل متزايد الاختيار نحو أجهزة تخزين الطاقة الجديدة. في بعض الحالات ، يحدد الوزن الإجمالي المنخفض لـ UPS الاختيار نحو التقنيات الجديدة. ستكون هذه العملية غير مرئية تمامًا ، ويتم إعاقتها حاليًا بسبب التكاليف المرتفعة في قطاع السعر المنخفض (حلول المستهلك) والجمود في التفكير في سلامة حرائق الليثيوم بين العملاء الذين يبحثون عن أفضل خيارات UPS في قطاع UPS الصناعي مع قدرة أكثر من 100 كيلو فولت أمبير. يمكن تنفيذ مستوى قطاع الطاقة المتوسطة من UPS من 3 كيلو فولت أمبير إلى 100 كيلو فولت أمبير في تقنيات أيونات الليثيوم ، ولكن نظرًا للإنتاج على نطاق صغير ، يكون مكلفًا للغاية ويفقد العينات التسلسلية الجاهزة من UPS على بطاريات VRLA.
لمعرفة المزيد ومناقشة حل بطارية Li-Ion محدد لغرفة الخادم أو مركز البيانات ، يرجى إرسال طلب عبر البريد الإلكتروني. أو عن طريق تقديم طلب على موقع الشركة .
التقنيات المفتوحة - حلول متكاملة موثوقة من قادة العالم ، تتكيف خصيصًا مع أهدافك وغاياتك.
المؤلف: كوليكوف أوليغ
مهندس تصميم رئيسي
قسم حلول التكامل
شركة التقنيات المفتوحة
المصدر: www.habr.com