Σήμερα, σχεδόν όλοι έχουν ένα τηλέφωνο στην τσέπη τους (smartphone, τηλέφωνο με κάμερα, tablet) που μπορεί να ξεπεράσει σε απόδοση τον επιτραπέζιο υπολογιστή του σπιτιού σας, τον οποίο δεν έχετε ενημερώσει εδώ και πολλά χρόνια, όσον αφορά την απόδοση. Κάθε gadget που έχετε έχει μπαταρία πολυμερούς λιθίου. Τώρα το ερώτημα είναι: ποιος αναγνώστης θα θυμάται πότε ακριβώς έλαβε χώρα η αμετάκλητη μετάβαση από τους "dialers" στις πολυλειτουργικές συσκευές;
Είναι δύσκολο... Πρέπει να καταπονήσετε τη μνήμη σας, θυμηθείτε τη χρονιά που αγοράσατε το πρώτο σας «έξυπνο» τηλέφωνο. Για μένα είναι γύρω στο 2008-2010. Εκείνη την εποχή, η χωρητικότητα μιας μπαταρίας λιθίου για ένα κανονικό τηλέφωνο ήταν περίπου 700 mAh· τώρα η χωρητικότητα των μπαταριών τηλεφώνου φτάνει τα 4 χιλιάδες mAh.
Αύξηση της χωρητικότητας κατά 6 φορές, παρά το γεγονός ότι, χονδρικά, το μέγεθος της μπαταρίας έχει αυξηθεί μόνο κατά 2 φορές.
Σαν κι εμάς , οι λύσεις ιόντων λιθίου για UPS κατακτούν γρήγορα την αγορά, έχουν μια σειρά από αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα και (ειδικά σε δωμάτιο διακομιστή).
Φίλοι, σήμερα θα προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε και να συγκρίνουμε λύσεις που βασίζονται σε μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου-λιθίου (LFP) και λιθίου-μαγγανίου (LMO), να μελετήσουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους και να συγκρίνουμε μεταξύ τους σύμφωνα με ορισμένους συγκεκριμένους δείκτες. Επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω ότι και οι δύο τύποι μπαταριών ανήκουν σε μπαταρίες ιόντων λιθίου, λιθίου-πολυμερούς, αλλά διαφέρουν στη χημική σύνθεση. Αν σας ενδιαφέρει η συνέχεια, παρακαλώ, κάτω από τη γάτα.
Προοπτικές για τεχνολογίες λιθίου στην αποθήκευση ενέργειας
Η τρέχουσα κατάσταση στη Ρωσική Ομοσπονδία το 2017 ήταν η εξής.
Χρησιμοποιώντας την πηγή: «Αντίληψη για την ανάπτυξη συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας στη Ρωσική Ομοσπονδία», Υπουργείο Ενέργειας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, 21 Αυγούστου 2017.
Όπως μπορείτε να δείτε, η τεχνολογία ιόντων λιθίου εκείνη την εποχή ήταν πρωτοπόρος στην προσέγγιση της τεχνολογίας βιομηχανικής παραγωγής (κυρίως τεχνολογία LFP).
Στη συνέχεια, ας δούμε τις τάσεις στις Ηνωμένες Πολιτείες ή, πιο συγκεκριμένα, ας εξετάσουμε την πιο πρόσφατη έκδοση του εγγράφου:
Αναφορά: Τα ABBM είναι συστοιχίες ενέργειας για αδιάλειπτα τροφοδοτικά, που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας για:
- Κράτηση ηλεκτρικής ενέργειας για ιδιαίτερα σημαντικούς καταναλωτές σε περίπτωση διακοπών στην παροχή ρεύματος για ίδιες ανάγκες (SN) 0,4 kV σε υποσταθμό (PS).
- Ως μονάδα «buffer» για εναλλακτικές πηγές.
- Αποζημίωση για ελλείψεις ρεύματος κατά τη διάρκεια της αιχμής κατανάλωσης για την ανακούφιση των εγκαταστάσεων παραγωγής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.
- Συσσώρευση ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας όταν το κόστος της είναι χαμηλό (τη νύχτα).
Όπως μπορούμε να δούμε, οι τεχνολογίες Li-Ion, από το 2016, κατείχαν σταθερά την ηγετική θέση και παρουσίασαν ταχεία πολλαπλή ανάπτυξη τόσο σε ισχύ (MW) όσο και σε ενέργεια (MWh).
Στο ίδιο έγγραφο μπορούμε να διαβάσουμε τα εξής:
«Οι τεχνολογίες ιόντων λιθίου αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 80% της προστιθέμενης ενέργειας και ενέργειας που παράγεται από τα συστήματα ABBM στις Ηνωμένες Πολιτείες στα τέλη του 2016. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν έναν εξαιρετικά αποδοτικό κύκλο φόρτισης και απελευθερώνουν τη συσσωρευμένη ισχύ πιο γρήγορα. Επιπλέον, έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα (πυκνότητα ισχύος, σημείωση του συγγραφέα) και υψηλά ρεύματα εξόδου, γεγονός που οδήγησε στην επιλογή τους ως μπαταρίες για φορητά ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά οχήματα».
Ας προσπαθήσουμε να συγκρίνουμε δύο τεχνολογίες μπαταριών ιόντων λιθίου για UPS
Θα συγκρίνουμε πρισματικά κύτταρα χτισμένα με βάση τη χημεία LMO και LFP. Αυτές οι δύο τεχνολογίες (με παραλλαγές όπως το LMO-NMC) είναι πλέον τα κύρια βιομηχανικά σχέδια για διάφορα ηλεκτρικά οχήματα και ηλεκτρικά οχήματα.
Μια λυρική παρέκβαση για τις μπαταρίες στα ηλεκτρικά οχήματα μπορείτε να διαβάσετε εδώΡωτάτε, τι σχέση έχουν οι ηλεκτρικές μεταφορές; Επιτρέψτε μου να εξηγήσω: η ενεργή εξάπλωση των ηλεκτρικών οχημάτων που χρησιμοποιούν τεχνολογίες Li-Ion έχει ξεπεράσει εδώ και καιρό το στάδιο των πρωτοτύπων. Και όπως γνωρίζουμε, όλες οι τελευταίες τεχνολογίες έρχονται σε εμάς από ακριβούς, νέους τομείς της ζωής. Για παράδειγμα, πολλές τεχνολογίες αυτοκινήτου ήρθαν σε εμάς από τη Formula 1, πολλές νέες τεχνολογίες μπήκαν στη ζωή μας από τον διαστημικό τομέα και ούτω καθεξής... Επομένως, κατά τη γνώμη μας, οι τεχνολογίες ιόντων λιθίου διεισδύουν τώρα στις βιομηχανικές λύσεις.
Ας δούμε έναν πίνακα σύγκρισης μεταξύ των κύριων κατασκευαστών, της χημείας μπαταριών και των ίδιων των αυτοκινητοβιομηχανιών που παράγουν ενεργά ηλεκτρικά οχήματα (υβριδικά).
Θα επιλέξουμε αποκλειστικά πρισματικές κυψέλες που ταιριάζουν με τον παράγοντα μορφής για χρήση σε ένα UPS. Όπως μπορείτε να δείτε, το τιτανικό λίθιο (LTO-NMC) είναι αουτσάιντερ όσον αφορά τη συγκεκριμένη αποθηκευμένη ενέργεια. Παραμένουν τρεις κατασκευαστές πρισματικών κυψελών κατάλληλων για χρήση σε βιομηχανικές λύσεις, ιδιαίτερα μπαταρίες UPS.
Θα παραθέσω και θα μεταφράσω από το έγγραφο «Αξιολόγηση κύκλου ζωής ηλεκτροδίου λιθίου μεγάλης διάρκειας για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων- κυψέλη για λεωφορεία LEAF, Tesla και VOLVO» (Πρωτότυπο «Αξιολόγηση κύκλου ζωής ηλεκτροδίου λιθίου μεγάλης διάρκειας για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων- κυψέλη για LEAF , Tesla and Volvo bus" με ημερομηνία 11 Δεκεμβρίου 2017 από τον Mats Zackrisson. Εξετάζει κυρίως τις χημικές διεργασίες στις μπαταρίες των οχημάτων, την επίδραση των κραδασμών και των κλιματικών συνθηκών λειτουργίας και τη βλάβη στο περιβάλλον. Ωστόσο, υπάρχει μια ενδιαφέρουσα φράση σχετικά με τη σύγκριση δύο τεχνολογιών μπαταριών ιόντων λιθίου.
Στην ελεύθερη μετάφρασή μου μοιάζει με αυτό:
Η τεχνολογία NMC δείχνει χαμηλότερο περιβαλλοντικό αντίκτυπο ανά χιλιόμετρο οχήματος από την τεχνολογία LFP με μεταλλική κυψέλη μπαταρίας ανόδου, αλλά είναι δύσκολο να μειωθούν ή να εξαλειφθούν τα σφάλματα. Η κύρια ιδέα είναι η εξής: η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα του NMC έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερο βάρος και επομένως χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
1) Τεχνολογία LMO πρισματικών κυττάρων, κατασκευαστής , κόστος 400$.
Εμφάνιση του κυττάρου LMO
2) Τεχνολογία Prismatic cell LFP, κατασκευαστής , κόστος 160$.
Εμφάνιση κυττάρου LFP
3) Για σύγκριση, ας προσθέσουμε μια εφεδρική μπαταρία αεροσκάφους που βασίζεται στην τεχνολογία LFP και την ίδια που συμμετείχε στο συγκλονιστικό σκάνδαλο , κατασκευαστής True Blue Power.
Εμφάνιση της μπαταρίας TB44
4) Για αντικειμενικότητα, ας προσθέσουμε μια τυπική μπαταρία UPS
Εμφάνιση κλασικής μπαταρίας UPS
Ας βάλουμε τα δεδομένα πηγής σε έναν πίνακα.
Όπως μπορούμε να δούμε, πράγματι, οι κυψέλες LMO έχουν την υψηλότερη ενεργειακή απόδοση· το κλασικό μόλυβδο είναι τουλάχιστον δύο φορές πιο ενεργειακά αποδοτικό.
Είναι σαφές σε όλους ότι ένα σύστημα BMS για συστοιχία μπαταριών Li-Ion θα προσθέσει βάρος σε αυτή τη λύση, δηλαδή θα μειώσει την ειδική ενέργεια κατά περίπου 20 τοις εκατό (η διαφορά μεταξύ του καθαρού βάρους των μπαταριών και της πλήρους λύσης λαμβάνοντας υπόψη τα συστήματα BMS, το κέλυφος της μονάδας, τον ελεγκτή ντουλαπιού μπαταρίας). Η μάζα των βραχυκυκλωτικών, του διακόπτη μπαταρίας και του πίνακα μπαταριών θεωρείται ότι είναι υπό όρους ίση για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και τη σειρά μπαταριών των μπαταριών μολύβδου-οξέος.
Τώρα ας προσπαθήσουμε να συγκρίνουμε τις υπολογιζόμενες παραμέτρους. Σε αυτήν την περίπτωση, θα δεχθούμε το βάθος εκφόρτισης για το μόλυβδο ως 70%, και για το Li-Ion ως 90%.
Σημειώστε ότι η χαμηλή ειδική ενέργεια για μια μπαταρία αεροσκάφους οφείλεται στο γεγονός ότι η ίδια η μπαταρία (η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως μονάδα) είναι κλεισμένη σε μεταλλικό πυρίμαχο περίβλημα, διαθέτει συνδέσμους και σύστημα θέρμανσης για λειτουργία σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας. Για σύγκριση, δίνεται ένας υπολογισμός για ένα στοιχείο της μπαταρίας TB44, από τον οποίο μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα χαρακτηριστικά είναι παρόμοια με ένα συμβατικό στοιχείο LFP. Επιπλέον, η μπαταρία του αεροσκάφους έχει σχεδιαστεί για υψηλά ρεύματα φόρτισης/εκφόρτισης, γεγονός που σχετίζεται με την ανάγκη γρήγορης προετοιμασίας του αεροσκάφους για μια νέα πτήση στο έδαφος και μεγάλο ρεύμα εκφόρτισης σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης στο αεροσκάφος, για παράδειγμα, απώλεια ισχύος επί του οχήματος
Παρεμπιπτόντως, αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ο ίδιος ο κατασκευαστής συγκρίνει διαφορετικούς τύπους μπαταριών αεροσκαφών
Όπως βλέπουμε από τους πίνακες:
1) Η ισχύς του ντουλαπιού της μπαταρίας στην περίπτωση της τεχνολογίας LMO είναι μεγαλύτερη.
2) Ο αριθμός των κύκλων μπαταρίας για το LFP είναι μεγαλύτερος.
3) Το ειδικό βάρος για το LFP είναι μικρότερο· κατά συνέπεια, με την ίδια χωρητικότητα, το περίβλημα της μπαταρίας που βασίζεται στην τεχνολογία σιδήρου-φωσφορικού λιθίου είναι μεγαλύτερο.
4) Η τεχνολογία LFP είναι λιγότερο επιρρεπής σε θερμική διαφυγή, γεγονός που οφείλεται στη χημική της δομή. Ως αποτέλεσμα, θεωρείται σχετικά ασφαλές.
Για όσους θέλουν να κατανοήσουν ξεκάθαρα πώς οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να συνδυαστούν σε μια συστοιχία μπαταριών για να λειτουργήσουν με ένα UPS, προτείνω να ρίξετε μια ματιά εδώ.Για παράδειγμα, αυτό το διάγραμμα. Σε αυτή την περίπτωση, το καθαρό βάρος των μπαταριών θα είναι 340 κιλά, η χωρητικότητα θα είναι 100 αμπέρ ώρες.
Ή ένα κύκλωμα για το LFP 160S2P, όπου η καθαρή μάζα των μπαταριών θα είναι 512 κιλά και η χωρητικότητα θα είναι 200 αμπέρ-ώρες.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ: Παρά το γεγονός ότι οι μπαταρίες με τη χημεία του φωσφορικού σιδήρου-λιθίου (LiFeO4, LFP) χρησιμοποιούνται κυρίως σε ηλεκτρικά οχήματα, τα χαρακτηριστικά τους έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τον χημικό τύπο LMO, επιτρέπουν τη φόρτιση με υψηλότερο ρεύμα και είναι λιγότερο επιρρεπείς στον κίνδυνο θερμικής διαφυγής. Το είδος των μπαταριών που θα επιλέξετε παραμένει στη διακριτική ευχέρεια του προμηθευτή μιας έτοιμης ολοκληρωμένης λύσης, ο οποίος το καθορίζει σύμφωνα με μια σειρά κριτηρίων, και κυρίως το κόστος της συστοιχίας μπαταριών ως μέρος του UPS. Προς το παρόν, κάθε τύπος μπαταριών ιόντων λιθίου εξακολουθεί να είναι κατώτερος σε κόστος από τις κλασσικές λύσεις, αλλά η υψηλή ειδική ισχύς των μπαταριών λιθίου ανά μονάδα μάζας και οι μικρότερες διαστάσεις θα καθορίζουν όλο και περισσότερο την επιλογή προς νέες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το χαμηλότερο μεικτό βάρος του UPS καθορίζει την επιλογή προς τις νέες τεχνολογίες. Αυτή η διαδικασία θα πραγματοποιηθεί εντελώς απαρατήρητη και επί του παρόντος παρεμποδίζεται από το υψηλό κόστος στο τμήμα χαμηλής τιμής (οικιακές λύσεις) και την αδράνεια σκέψης σχετικά με την πυρασφάλεια του λιθίου μεταξύ των πελατών που αναζητούν τις καλύτερες επιλογές UPS στο βιομηχανικό UPS τμήμα με χωρητικότητα άνω των 100 kVA. Το μεσαίο επίπεδο ισχύος UPS από 3 kVA έως 100 kVA μπορεί να υλοποιηθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογίες ιόντων λιθίου, αλλά λόγω της μικρής κλίμακας παραγωγής, είναι αρκετά ακριβό και κατώτερο από τα έτοιμα σειριακά μοντέλα UPS που χρησιμοποιούν μπαταρίες VRLA.
Μπορείτε να μάθετε περισσότερες λεπτομέρειες και να συζητήσετε μια συγκεκριμένη λύση χρησιμοποιώντας μπαταρίες ιόντων λιθίου για το δωμάτιο διακομιστή ή το κέντρο δεδομένων σας στέλνοντας ένα αίτημα μέσω email , ή υποβάλλοντας αίτημα στον ιστότοπο της εταιρείας .
ΑΝΟΙΚΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ – αξιόπιστες ολοκληρωμένες λύσεις από παγκόσμιους ηγέτες, προσαρμοσμένες ειδικά στους στόχους και τους στόχους σας.
Συντάκτης: Κουλίκοφ Όλεγκ
Κορυφαίος Μηχανικός Σχεδιασμού
Τμήμα Λύσεων Ένταξης
Εταιρεία Ανοιχτών Τεχνολογιών
Πηγή: www.habr.com