I dag har næsten alle en telefon i lommen (smartphone, kameratelefon, tablet), der kan overgå dit skrivebord i hjemmet, som du ikke har opdateret i flere år, hvad angår ydeevne. Hver gadget du har har et lithium polymer batteri. Nu er spørgsmålet: hvilken læser vil huske præcis, hvornår den uigenkaldelige overgang fra "opkaldere" til multifunktionelle enheder fandt sted?
Det er svært... Du skal anstrenge din hukommelse, husk året du købte din første "smart" telefon. For mig er det omkring 2008-2010. På det tidspunkt var kapaciteten af et lithiumbatteri til en almindelig telefon omkring 700 mAh, nu når kapaciteten af telefonbatterier 4 tusinde mAh.
En forøgelse af kapaciteten med 6 gange, på trods af at størrelsen på batteriet groft sagt kun er blevet 2 gange større.
Ligesom os , lithium-ion-løsninger til UPS erobrer hurtigt markedet, har en række ubestridelige fordele og (især i et serverrum).
Venner, i dag vil vi forsøge at forstå og sammenligne løsninger baseret på jern-lithiumphosphat (LFP) og lithium-mangan (LMO) batterier, studere deres fordele og ulemper og sammenligne med hinanden i henhold til en række specifikke indikatorer. Lad mig minde dig om, at begge typer batterier tilhører lithium-ion, lithium-polymer-batterier, men adskiller sig i kemisk sammensætning. Hvis du er interesseret i en fortsættelse, bedes du, under katten.
Udsigter for lithiumteknologier inden for energilagring
Den nuværende situation i Den Russiske Føderation i 2017 var som følger.
Brug af kilden: "Koncept for udvikling af ellagringssystemer i Den Russiske Føderation," Den Russiske Føderations Energiministerium, 21. august 2017.
Som du kan se, var lithium-ion-teknologien på det tidspunkt førende i at nærme sig industriel produktionsteknologi (primært LFP-teknologi).
Lad os derefter se på tendenserne i USA, eller mere præcist overveje den seneste version af dokumentet:
Reference: ABBM er energiarrays til uafbrydelige strømforsyninger, som bruges i elindustrien til:
- Reservation af el til særligt vigtige forbrugere ved afbrydelser i strømforsyningen til eget behov (SN) 0,4 kV på en understation (PS).
- Som et "buffer"-drev til alternative kilder.
- Kompensation for strømmangel under spidsbelastning for at aflaste elproduktions- og transmissionsanlæg.
- Akkumulering af energi i løbet af dagen, når omkostningerne er lave (om natten).
Som vi kan se, holdt Li-Ion-teknologier fra og med 2016 fast den førende position og viste hurtig multipel vækst i både effekt (MW) og energi (MWh).
I samme dokument kan vi læse følgende:
"Lithium-ion-teknologier repræsenterer mere end 80% af den ekstra strøm og energi, der genereres af ABBM-systemer i USA ved udgangen af 2016. Lithium-ion-batterier har en meget effektiv opladningscyklus og frigiver akkumuleret strøm hurtigere. Derudover har de høj energitæthed (effekttæthed, forfatterens note) og høje udgangsstrømme, hvilket har ført til deres valg som batterier til bærbar elektronik og elektriske køretøjer."
Lad os prøve at sammenligne to lithium-ion batteriteknologier til UPS
Vi vil sammenligne prismatiske celler bygget på LMO og LFP kemi. Det er disse to teknologier (med variationer såsom LMO-NMC), der nu er de vigtigste industrielle designs for forskellige elektriske køretøjer og elektriske køretøjer.
En lyrisk digression om batterier i elbiler kan læses herDu spørger, hvad har elektrisk transport med det at gøre? Lad mig forklare: den aktive udbredelse af elektriske køretøjer ved hjælp af Li-Ion-teknologier har længe overgået prototypernes stadie. Og som vi ved, kommer alle de nyeste teknologier til os fra dyre, nye områder af livet. For eksempel kom en masse bilteknologier til os fra Formel 1, mange nye teknologier kom ind i vores liv fra rumsektoren, og så videre... Derfor trænger lithium-ion-teknologier efter vores mening nu ind i industrielle løsninger.
Lad os se på en sammenligningstabel mellem hovedproducenterne, batterikemien og bilvirksomhederne selv, der aktivt producerer elektriske køretøjer (hybrider).
Vi vil udelukkende udvælge prismatiske celler, der passer til formfaktoren til brug i en UPS. Som du kan se, er lithiumtitanat (LTO-NMC) en outsider med hensyn til specifik lagret energi. Der er stadig tre producenter af prismatiske celler, der er egnede til brug i industrielle løsninger, især UPS-batterier.
Jeg vil citere og oversætte fra dokumentet "Livscyklusvurdering af lithiumelektrode med lang levetid til batterier til elektriske køretøjer - celle til LEAF, Tesla og VOLVO busser" (Original "Livscyklusvurdering af lithiumelektrode med lang levetid for batterier til elektriske køretøjer - celle til LEAF) , Tesla og Volvo bus" dateret 11. december 2017 fra Mats Zackrisson. Den undersøger hovedsageligt de kemiske processer i køretøjsbatterier, indflydelsen af vibrationer og klimatiske driftsforhold og skader på miljøet. Der er dog en interessant sætning vedrørende sammenligningen af to lithium-ion batteriteknologier.
I min gratis oversættelse ser det sådan ud:
NMC-teknologi viser lavere miljøpåvirkning pr. køretøjskilometer end LFP-teknologi med en metalanodebattericelle, men det er vanskeligt at reducere eller eliminere fejl. Hovedideen er denne: NMC's højere energitæthed resulterer i lavere vægt og dermed lavere strømforbrug.
1) Prismatisk celle LMO-teknologi, producent , koster $400.
Udseende af LMO-cellen
2) Prismatisk celle LFP-teknologi, producent , koster $160.
Udseende af en LFP-celle
3) Til sammenligning, lad os tilføje et fly backup-batteri bygget på LFP-teknologi og det samme som deltog i den opsigtsvækkende skandale , producent True Blue Power.
Udseende af TB44-batteriet
4) For objektivitet, lad os tilføje et standard UPS-batteri
Udseende af et klassisk UPS-batteri
Lad os lægge kildedataene ind i en tabel.
Som vi kan se, har LMO-celler den højeste energieffektivitet, klassisk bly er mindst dobbelt så energieffektiv.
Det er klart for enhver, at et BMS-system til et Li-Ion-batteri vil tilføje vægt til denne løsning, det vil sige, at det vil reducere den specifikke energi med omkring 20 procent (forskellen mellem batteriernes nettovægt og den komplette løsning under hensyntagen til BMS-systemer, modulskal, batteriskabscontroller). Massen af jumperne, batterikontakten og batteriskabet antages at være betinget ens for lithium-ion-batterier og batterirækken af bly-syre-batterier.
Lad os nu prøve at sammenligne de beregnede parametre. I dette tilfælde accepterer vi udledningsdybden for bly som 70 % og for Li-Ion som 90 %.
Bemærk, at den lave specifikke energi for et flybatteri skyldes, at selve batteriet (som kan betragtes som et modul) er indesluttet i et brandsikkert metalhus, har stik og et varmesystem til drift under lave temperaturforhold. Til sammenligning er der givet en beregning for én celle i TB44-batteriet, hvorfra vi kan konkludere, at egenskaberne ligner en konventionel LFP-celle. Derudover er flyets batteri designet til høje lade-/afladningsstrømme, hvilket er forbundet med behovet for hurtigt at forberede flyet til en ny flyvning på jorden og en stor udladningsstrøm i tilfælde af en nødsituation om bord, f.eks. tab af strøm om bord
Det er i øvrigt sådan, producenten selv sammenligner forskellige typer flybatterier
Som vi kan se fra tabellerne:
1) Batteriskabets effekt i tilfælde af LMO-teknologi er højere.
2) Antallet af battericyklusser for LFP er højere.
3) Den specifikke vægt for LFP er derfor mindre, med samme kapacitet er batterikabinettet baseret på jern-lithiumphosphat-teknologi større.
4) LFP-teknologi er mindre tilbøjelig til termisk løbsk, hvilket skyldes dens kemiske struktur. Som følge heraf anses det for at være relativt sikkert.
For dem, der tydeligt vil forstå, hvordan lithium-ion-batterier kan tilsluttes et batterisystem for at fungere med en UPS, anbefaler jeg at tage et kig her.For eksempel dette diagram. I dette tilfælde vil batteriernes nettovægt være 340 kg, kapaciteten vil være 100 ampere-timer.
Eller et kredsløb til LFP 160S2P, hvor batteriernes nettomasse bliver 512 kg og kapaciteten bliver 200 amperetimer.
KONKLUSION: På trods af det faktum, at batterier med kemien af jern-lithiumphosphat (LiFeO4, LFP) mest bruges i elektriske køretøjer, har deres egenskaber en række fordele i forhold til LMO kemiske formel, de tillader opladning ved en højere strøm og er mindre modtagelige til risikoen for termisk flugt. Hvilken type batterier der skal vælges, forbliver op til leverandøren af en færdigbygget integreret løsning, som bestemmer dette efter en række kriterier, og ikke mindst er prisen på batteriopstillingen som en del af UPS'en. I øjeblikket er enhver type lithium-ion-batterier stadig ringere end klassiske løsninger, men den høje specifikke effekt af lithium-batterier pr. masseenhed og mindre dimensioner vil i stigende grad bestemme valget til nye energilagringsenheder. I nogle tilfælde bestemmer UPS'ens lavere bruttovægt valget mod nye teknologier. Denne proces vil foregå fuldstændig ubemærket og er i øjeblikket hæmmet af de høje omkostninger i lavprissegmentet (husholdningsløsninger) og trægheden i at tænke på lithiums brandsikkerhed blandt kunder, der leder efter de bedste UPS-muligheder i den industrielle UPS segment med en kapacitet på mere end 100 kVA. Mellemsegmentniveauet for UPS-effekt fra 3 kVA til 100 kVA kan implementeres ved hjælp af lithium-ion-teknologier, men på grund af produktion i lille skala er det ret dyrt og ringere end færdige seriel UPS-modeller, der bruger VRLA-batterier.
Du kan finde ud af flere detaljer og diskutere en specifik løsning med lithium-ion-batterier til dit serverrum eller datacenter ved at sende en forespørgsel via e-mail , eller ved at lave en anmodning på virksomhedens hjemmeside .
ÅBNE TEKNOLOGIER – pålidelige omfattende løsninger fra verdensledere, tilpasset specifikt til dine mål og målsætninger.
Forfatter: Kulikov Oleg
Førende designingeniør
Afdeling for integrationsløsninger
Open Technologies Company
Kilde: www.habr.com
