Heutzutage hat fast jeder ein Telefon in der Tasche (Smartphone, Kamerahandy, Tablet), das in puncto Leistung den heimischen Desktop, den man seit mehreren Jahren nicht mehr aktualisiert hat, übertreffen kann. Jedes Gerät, das Sie haben, verfügt über einen Lithium-Polymer-Akku. Die Frage ist nun: Welcher Leser wird sich noch genau daran erinnern, wann der unwiderrufliche Übergang vom „Dialer“ zum Multifunktionsgerät stattgefunden hat?
Es ist schwierig ... Sie müssen Ihr Gedächtnis anstrengen und sich an das Jahr erinnern, in dem Sie Ihr erstes „smartes“ Telefon gekauft haben. Bei mir liegt es etwa zwischen 2008 und 2010. Damals betrug die Kapazität einer Lithiumbatterie für ein normales Telefon etwa 700 mAh; heute erreicht die Kapazität von Telefonbatterien 4 mAh.
Eine Kapazitätssteigerung um das Sechsfache, obwohl sich die Größe des Akkus grob gesagt nur um das Zweifache erhöht hat.
Wie wir , Lithium-Ionen-Lösungen für USV erobern schnell den Markt, haben eine Reihe unbestreitbarer Vorteile und (besonders in einem Serverraum).
Freunde, heute werden wir versuchen, Lösungen auf Basis von Eisen-Lithiumphosphat- (LFP) und Lithium-Mangan- (LMO) Batterien zu verstehen und zu vergleichen, ihre Vor- und Nachteile zu untersuchen und anhand einer Reihe spezifischer Indikatoren miteinander zu vergleichen. Ich möchte Sie daran erinnern, dass beide Batterietypen zu Lithium-Ionen-Lithium-Polymer-Batterien gehören, sich jedoch in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Bei Interesse an einer Fortsetzung bitte unter der Katz.
Perspektiven für Lithium-Technologien in der Energiespeicherung
Die aktuelle Situation in der Russischen Föderation im Jahr 2017 war wie folgt.
Unter Verwendung der Quelle: „Konzept für die Entwicklung von Stromspeichersystemen in der Russischen Föderation“, Energieministerium der Russischen Föderation, 21. August 2017.
Wie Sie sehen, war die Lithium-Ionen-Technologie zu dieser Zeit führend bei der Annäherung an die industrielle Produktionstechnologie (hauptsächlich LFP-Technologie).
Schauen wir uns als nächstes die Trends in den Vereinigten Staaten an, oder genauer gesagt, betrachten wir die neueste Version des Dokuments:
Referenz: ABBM sind Energiefelder für unterbrechungsfreie Stromversorgungen, die in der Elektrizitätswirtschaft eingesetzt werden für:
- Reservierung von Strom für besonders wichtige Verbraucher bei Unterbrechungen der Stromversorgung für den Eigenbedarf (SN) 0,4 kV in einem Umspannwerk (PS).
- Als „Puffer“-Antrieb für alternative Quellen.
- Ausgleich von Stromausfällen bei Spitzenverbrauch zur Entlastung von Stromerzeugungs- und -übertragungsanlagen.
- Ansammlung von Energie während des Tages, wenn die Kosten niedrig sind (Nacht).
Wie wir sehen können, hielten die Li-Ion-Technologien im Jahr 2016 fest die führende Position und verzeichneten ein schnelles Mehrfachwachstum sowohl bei der Leistung (MW) als auch bei der Energie (MWh).
Im selben Dokument können wir Folgendes lesen:
„Lithium-Ionen-Technologien machten Ende 80 mehr als 2016 % der zusätzlichen Leistung und Energie aus, die ABBM-Systeme in den Vereinigten Staaten erzeugten. Lithium-Ionen-Akkus verfügen über einen hocheffizienten Ladezyklus und geben angesammelte Energie schneller ab. Darüber hinaus verfügen sie über eine hohe Energiedichte (Leistungsdichte, Anmerkung des Autors) und hohe Ausgangsströme, was zu ihrer Wahl als Batterien für tragbare Elektronikgeräte und Elektrofahrzeuge geführt hat.“
Versuchen wir, zwei Lithium-Ionen-Batterietechnologien für USV zu vergleichen
Wir werden prismatische Zellen vergleichen, die auf LMO- und LFP-Chemie basieren. Es sind diese beiden Technologien (mit Variationen wie LMO-NMC), die heute die wichtigsten Industriedesigns für verschiedene Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge sind.
Einen lyrischen Exkurs zum Thema Batterien in Elektrofahrzeugen können Sie hier lesenSie fragen sich: Was hat Elektrotransport damit zu tun? Lassen Sie es mich erklären: Die aktive Verbreitung von Elektrofahrzeugen mit Li-Ion-Technologie hat das Stadium von Prototypen längst überschritten. Und wie wir wissen, kommen die neuesten Technologien aus teuren, neuen Lebensbereichen zu uns. Viele Automobiltechnologien kamen zum Beispiel aus der Formel 1 zu uns, viele neue Technologien kamen aus der Raumfahrt in unser Leben und so weiter... Daher dringen unserer Meinung nach Lithium-Ionen-Technologien mittlerweile in industrielle Lösungen vor.
Schauen wir uns eine Vergleichstabelle zwischen den wichtigsten Herstellern, der Batteriechemie und den Automobilunternehmen selbst an, die aktiv Elektrofahrzeuge (Hybride) produzieren.
Wir werden ausschließlich prismatische Zellen auswählen, die zum Formfaktor für den Einsatz in einer USV passen. Wie Sie sehen, ist Lithiumtitanat (LTO-NMC) hinsichtlich der spezifischen gespeicherten Energie ein Außenseiter. Es gibt noch drei Hersteller von prismatischen Zellen, die für den Einsatz in industriellen Lösungen, insbesondere USV-Batterien, geeignet sind.
Ich zitiere und übersetze aus dem Dokument „Lebenszyklusbewertung langlebiger Lithiumelektroden für Elektrofahrzeugbatterien – Zelle für LEAF-, Tesla- und VOLVO-Busse“ (Original „Lebenszyklusbewertung langlebiger Lithiumelektroden für Elektrofahrzeugbatterien – Zelle für LEAF , Tesla- und Volvo-Bus“ vom 11. Dezember 2017 von Mats Zackrisson. Dabei werden vor allem die chemischen Prozesse in Fahrzeugbatterien, der Einfluss von Vibrationen und klimatischen Betriebsbedingungen sowie die Schädigung der Umwelt untersucht. Allerdings gibt es einen interessanten Satz zum Vergleich zweier Lithium-Ionen-Batterietechnologien.
In meiner kostenlosen Übersetzung sieht es so aus:
Die NMC-Technologie weist eine geringere Umweltbelastung pro Fahrzeugkilometer auf als die LFP-Technologie mit einer Metallanoden-Batteriezelle, es ist jedoch schwierig, Fehler zu reduzieren oder zu beseitigen. Die Grundidee ist folgende: Die höhere Energiedichte des NMC führt zu einem geringeren Gewicht und damit zu einem geringeren Stromverbrauch.
1) Prismatische Zellen-LMO-Technologie, Hersteller , kostete 400 $.
Aussehen der LMO-Zelle
2) Prismatische Zellen-LFP-Technologie, Hersteller , kostete 160 $.
Aussehen einer LFP-Zelle
3) Zum Vergleich fügen wir eine auf LFP-Technologie basierende Flugzeug-Backup-Batterie und dieselbe hinzu, die an dem aufsehenerregenden Skandal beteiligt war , Hersteller True Blue Power.
Aussehen der TB44-Batterie
4) Der Objektivität halber fügen wir eine Standard-USV-Batterie hinzu
Aussehen einer klassischen USV-Batterie
Lassen Sie uns die Quelldaten in eine Tabelle eintragen.
Wie wir sehen, haben LMO-Zellen tatsächlich die höchste Energieeffizienz; klassische Bleizellen sind mindestens doppelt so energieeffizient.
Es ist jedem klar, dass ein BMS-System für ein Li-Ion-Batterie-Array das Gewicht dieser Lösung erhöhen wird, das heißt, es wird die spezifische Energie um etwa 20 Prozent reduzieren (die Differenz zwischen dem Nettogewicht der Batterien und der Gesamtlösung). unter Berücksichtigung der BMS-Systeme, Modulgehäuse, Batterieschranksteuerung). Es wird davon ausgegangen, dass die Masse der Jumper, des Batterieschalters und des Batterieschranks für Lithium-Ionen-Batterien und die Batterieanordnung von Blei-Säure-Batterien bedingt gleich sind.
Versuchen wir nun, die berechneten Parameter zu vergleichen. In diesem Fall gehen wir von einer Entladetiefe für Blei mit 70 % und für Li-Ion mit 90 % aus.
Beachten Sie, dass die niedrige spezifische Energie einer Flugzeugbatterie darauf zurückzuführen ist, dass die Batterie selbst (die als Modul betrachtet werden kann) in einem feuerfesten Metallgehäuse eingeschlossen ist, über Anschlüsse und ein Heizsystem für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen verfügt. Zum Vergleich wird eine Berechnung für eine Zelle des TB44-Akkus angeführt, aus der wir schließen können, dass die Eigenschaften einer herkömmlichen LFP-Zelle ähneln. Darüber hinaus ist die Flugzeugbatterie für hohe Lade-/Entladeströme ausgelegt, was mit der Notwendigkeit verbunden ist, das Flugzeug am Boden schnell auf einen neuen Flug vorzubereiten und einen großen Entladestrom im Notfall an Bord, z.B. ein Verlust der Bordstromversorgung
So vergleicht übrigens der Hersteller selbst verschiedene Typen von Flugzeugbatterien
Wie wir aus den Tabellen sehen:
1) Die Leistung des Batterieschranks ist bei LMO-Technologie höher.
2) Die Anzahl der Batteriezyklen ist bei LFP höher.
3) Das spezifische Gewicht für LFP ist geringer, entsprechend ist bei gleicher Kapazität der Batterieschrank auf Basis der Eisen-Lithiumphosphat-Technologie größer.
4) Die LFP-Technologie ist aufgrund ihrer chemischen Struktur weniger anfällig für thermisches Durchgehen. Daher gilt es als relativ sicher.
Für diejenigen, die genau verstehen möchten, wie Lithium-Ionen-Batterien zu einem Batteriearray kombiniert werden können, um mit einer USV zu arbeiten, empfehle ich einen Blick hierher.Zum Beispiel dieses Diagramm. In diesem Fall beträgt das Nettogewicht der Batterien 340 kg, die Kapazität beträgt 100 Amperestunden.
Oder eine Schaltung für LFP 160S2P, bei der die Nettomasse der Batterien 512 kg und die Kapazität 200 Amperestunden beträgt.
FAZIT: Obwohl Batterien mit der Chemie von Eisen-Lithiumphosphat (LiFeO4, LFP) hauptsächlich in Elektrofahrzeugen verwendet werden, weisen ihre Eigenschaften gegenüber der chemischen Formel LMO eine Reihe von Vorteilen auf, sie ermöglichen das Laden mit einem höheren Strom und sind weniger anfällig Es besteht die Gefahr eines thermischen Durchgehens. Für welche Art von Batterien man sich entscheidet, liegt im Ermessen des Anbieters einer fertigen Komplettlösung, der dies anhand einer Reihe von Kriterien bestimmt, nicht zuletzt anhand der Kosten für das Batteriearray als Teil der USV. Derzeit sind alle Arten von Lithium-Ionen-Batterien den klassischen Lösungen in Bezug auf die Kosten noch unterlegen, aber die hohe spezifische Leistung von Lithium-Batterien pro Masseneinheit und die kleineren Abmessungen werden zunehmend die Wahl für neue Energiespeicher bestimmen. In manchen Fällen entscheidet das geringere Bruttogewicht der USV über die Wahl neuer Technologien. Dieser Prozess wird völlig unbemerkt ablaufen und wird derzeit durch die hohen Kosten im Niedrigpreissegment (Haushaltslösungen) und die Trägheit des Denkens über den Brandschutz von Lithium bei Kunden, die nach den besten USV-Optionen im Bereich der industriellen USV suchen, behindert Segment mit einer Leistung von mehr als 100 kVA. Das mittlere Segment der USV-Leistung von 3 kVA bis 100 kVA kann mit Lithium-Ionen-Technologien umgesetzt werden, ist aber aufgrund der Kleinserienfertigung recht teuer und den vorgefertigten Serien-USV-Modellen mit VRLA-Batterien unterlegen.
Nähere Informationen und eine konkrete Lösung mit Lithium-Ionen-Batterien für Ihren Serverraum oder Ihr Rechenzentrum können Sie per E-Mail anfordern oder indem Sie eine Anfrage auf der Website des Unternehmens stellen .
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Autor: Kulikov Oleg
Führender Designingenieur
Abteilung für Integrationslösungen
Unternehmen für offene Technologien
Source: habr.com