Hoy en día, casi todo el mundo tiene un teléfono en el bolsillo (teléfono inteligente, teléfono con cámara, tableta) que puede superar en términos de rendimiento al escritorio de su hogar, que no ha actualizado durante varios años. Cada dispositivo que tienes tiene una batería de polímero de litio. Ahora la pregunta es: ¿qué lector recordará exactamente cuándo se produjo la transición irrevocable de los “marcadores” a los dispositivos multifuncionales?
Es difícil... Tienes que forzar tu memoria, recuerda el año en que compraste tu primer teléfono "inteligente". Para mí es alrededor de 2008-2010. En aquel entonces, la capacidad de una batería de litio para un teléfono normal era de unos 700 mAh, ahora la capacidad de las baterías de los teléfonos alcanza los 4 mil mAh.
Un aumento de capacidad de 6 veces, a pesar de que, en términos generales, el tamaño de la batería solo ha aumentado 2 veces.
Como nosotros , las soluciones de iones de litio para UPS están conquistando rápidamente el mercado, tienen una serie de ventajas innegables y (especialmente en una sala de servidores).
Amigos, hoy intentaremos comprender y comparar soluciones basadas en baterías de fosfato de hierro-litio (LFP) y litio-manganeso (LMO), estudiar sus ventajas y desventajas y compararlas entre sí según una serie de indicadores específicos. Permítanme recordarles que ambos tipos de baterías pertenecen a baterías de polímero de litio y iones de litio, pero difieren en su composición química. Si está interesado en una continuación, por favor, debajo del gato.
Perspectivas de las tecnologías del litio en el almacenamiento de energía.
La situación actual en la Federación de Rusia en 2017 era la siguiente.
Utilizando la fuente: “Concepto para el desarrollo de sistemas de almacenamiento de electricidad en la Federación de Rusia”, Ministerio de Energía de la Federación de Rusia, 21 de agosto de 2017.
Como puede ver, la tecnología de iones de litio en ese momento lideraba el acercamiento a la tecnología de producción industrial (principalmente la tecnología LFP).
A continuación, veamos las tendencias en los Estados Unidos, o más precisamente, consideremos la última versión del documento:
Referencia: ABBM son paneles de energía para sistemas de alimentación ininterrumpida, que se utilizan en la industria eléctrica para:
- Reserva de electricidad para consumidores especialmente importantes en caso de interrupciones en el suministro de energía para necesidades propias (SN) 0,4 kV en una subestación (PS).
- Como impulsor de “búfer” para fuentes alternativas.
- Compensación por cortes de energía durante los picos de consumo para aliviar las instalaciones de generación y transmisión de electricidad.
- Acumulación de energía durante el día cuando su coste es bajo (por la noche).
Como podemos ver, las tecnologías Li-Ion, a partir de 2016, mantuvieron firmemente la posición de liderazgo y mostraron un rápido crecimiento múltiple tanto en potencia (MW) como en energía (MWh).
En el mismo documento podemos leer lo siguiente:
“Las tecnologías de iones de litio representan más del 80% de la potencia y la energía añadidas generadas por los sistemas ABBM en los Estados Unidos a finales de 2016. Las baterías de iones de litio tienen un ciclo de carga muy eficiente y liberan la energía acumulada más rápidamente. Además, tienen una alta densidad de energía (densidad de potencia, nota del autor) y altas corrientes de salida, lo que ha llevado a su elección como baterías para dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos”.
Intentemos comparar dos tecnologías de baterías de iones de litio para UPS
Compararemos células prismáticas construidas con la química de LMO y LFP. Son estas dos tecnologías (con variaciones como LMO-NMC) las que ahora son los principales diseños industriales para diversos vehículos eléctricos y vehículos eléctricos.
Aquí se puede leer una digresión lírica sobre las baterías de los vehículos eléctricos.Preguntas, ¿qué tiene que ver el transporte eléctrico con esto? Me explico: la difusión activa de vehículos eléctricos que utilizan tecnologías Li-Ion hace tiempo que superó la fase de prototipos. Y como sabemos, todas las últimas tecnologías nos llegan de áreas nuevas y costosas de la vida. Por ejemplo, muchas tecnologías automotrices nos llegaron desde la Fórmula 1, muchas tecnologías nuevas llegaron a nuestras vidas desde el sector espacial, etc.... Por lo tanto, en nuestra opinión, las tecnologías de iones de litio están penetrando ahora en las soluciones industriales.
Veamos una tabla comparativa entre los principales fabricantes, la química de baterías y las propias empresas automotrices que producen activamente vehículos eléctricos (híbridos).
Seleccionaremos exclusivamente celdas prismáticas que se ajusten al factor de forma para su uso en un UPS. Como puede ver, el titanato de litio (LTO-NMC) es un extraño en términos de energía almacenada específica. Quedan tres fabricantes de celdas prismáticas aptas para su uso en soluciones industriales, en particular baterías UPS.
Citaré y traduciré del documento “Evaluación del ciclo de vida del electrodo de litio de larga duración para baterías de vehículos eléctricos: celda para autobuses LEAF, Tesla y VOLVO” (Original “Evaluación del ciclo de vida del electrodo de litio de larga duración para baterías de vehículos eléctricos: celda para LEAF , Bus Tesla y Volvo" del 11 de diciembre de 2017 de Mats Zackrisson. En él se examinan principalmente los procesos químicos en las baterías de los vehículos, la influencia de las vibraciones y las condiciones climáticas de funcionamiento, así como los daños al medio ambiente. Sin embargo, hay una frase interesante sobre la comparación. de dos tecnologías de baterías de iones de litio.
En mi traducción gratuita se ve así:
La tecnología NMC muestra un menor impacto ambiental por kilómetro de vehículo que la tecnología LFP con una celda de batería de ánodo metálico, pero es difícil reducir o eliminar errores. La idea principal es la siguiente: la mayor densidad de energía del NMC da como resultado un menor peso y, por tanto, un menor consumo de energía.
1) Tecnología OVM de células prismáticas, fabricante , cuesta $400.
Aspecto de la célula OVM
2) Tecnología LFP de células prismáticas, fabricante , cuesta $160.
Aspecto de una célula LFP
3) A modo de comparación, agreguemos una batería de respaldo de avión construida con tecnología LFP y la misma que participó en el sensacional escándalo. , fabricante True Blue Power.
Aspecto de la batería TB44
4) Para ser objetivos, agreguemos una batería UPS estándar
Aspecto de una batería UPS clásica
Pongamos los datos de origen en una tabla.
Como podemos ver, de hecho, las células OVM tienen la mayor eficiencia energética; el plomo clásico es al menos dos veces más eficiente energéticamente.
Está claro para todos que un sistema BMS para un conjunto de baterías de Li-Ion agregará peso a esta solución, es decir, reducirá la energía específica en aproximadamente un 20 por ciento (la diferencia entre el peso neto de las baterías y la solución completa). teniendo en cuenta los sistemas BMS, la carcasa del módulo y el controlador del armario de baterías). Se supone que la masa de los puentes, el interruptor de la batería y el gabinete de la batería es condicionalmente igual para las baterías de iones de litio y el conjunto de baterías de plomo-ácido.
Ahora intentemos comparar los parámetros calculados. En este caso, aceptaremos la profundidad de descarga para plomo como 70% y para Li-Ion como 90%.
Tenga en cuenta que la baja energía específica de una batería de avión se debe al hecho de que la propia batería (que puede considerarse como un módulo) está encerrada en una carcasa metálica ignífuga, tiene conectores y un sistema de calefacción para funcionar en condiciones de baja temperatura. A modo de comparación, se proporciona un cálculo para una celda de la batería TB44, del cual podemos concluir que las características son similares a las de una celda LFP convencional. Además, la batería del avión está diseñada para altas corrientes de carga/descarga, lo que se asocia con la necesidad de preparar rápidamente el avión para un nuevo vuelo en tierra y una gran corriente de descarga en caso de una emergencia a bordo, por ejemplo, una pérdida de energía a bordo
Por cierto, así es como el propio fabricante compara diferentes tipos de baterías de avión.
Como vemos en las tablas:
1) La potencia del armario de baterías en el caso de la tecnología LMO es mayor.
2) El número de ciclos de batería para LFP es mayor.
3) El peso específico del LFP es menor, por lo que a la misma capacidad el gabinete de baterías basado en la tecnología de fosfato de hierro y litio es más grande.
4) La tecnología LFP es menos propensa a sufrir fugas térmicas, debido a su estructura química. Como resultado, se considera relativamente seguro.
Para aquellos que quieran entender claramente cómo las baterías de iones de litio se pueden combinar en un conjunto de baterías para funcionar con un UPS, recomiendo echar un vistazo aquí.Por ejemplo, este diagrama. En este caso, el peso neto de las baterías será de 340 kg, la capacidad será de 100 amperios-hora.
O un circuito para LFP 160S2P, donde la masa neta de las baterías será de 512 kg y la capacidad será de 200 amperios-hora.
CONCLUSIÓN: A pesar de que las baterías con la química del fosfato de hierro y litio (LiFeO4, LFP) se utilizan principalmente en vehículos eléctricos, sus características tienen una serie de ventajas sobre la fórmula química OVM, permiten cargar a una corriente más alta y son menos susceptibles. al riesgo de fuga térmica. El tipo de baterías a elegir queda a discreción del proveedor de una solución integrada ya preparada, quien lo determina según una serie de criterios, entre los que destaca el coste del conjunto de baterías como parte del SAI. Actualmente, cualquier tipo de batería de iones de litio sigue teniendo un coste inferior al de las soluciones clásicas, pero la elevada potencia específica de las baterías de litio por unidad de masa y sus dimensiones más pequeñas determinarán cada vez más la elección de nuevos dispositivos de almacenamiento de energía. En algunos casos, el menor peso bruto del SAI determina la elección hacia nuevas tecnologías. Este proceso pasará completamente desapercibido y actualmente se ve obstaculizado por el alto costo en el segmento de bajo precio (soluciones para el hogar) y la inercia del pensamiento sobre la seguridad contra incendios del litio entre los clientes que buscan las mejores opciones de UPS en el sector industrial. segmento con una capacidad de más de 100 kVA. El nivel de potencia de UPS del segmento medio de 3 kVA a 100 kVA se puede implementar utilizando tecnologías de iones de litio, pero debido a la producción a pequeña escala, es bastante costoso e inferior a los modelos de UPS en serie ya preparados que utilizan baterías VRLA.
Puede obtener más detalles y analizar una solución específica que utilice baterías de iones de litio para su sala de servidores o centro de datos enviando una solicitud por correo electrónico. , o realizando una solicitud en el sitio web de la empresa .
TECNOLOGÍAS ABIERTAS – Soluciones integrales confiables de líderes mundiales, adaptadas específicamente a sus metas y objetivos.
autor: Kulikov Oleg
Ingeniero de diseño líder
Departamento de Soluciones de Integración
Empresa de tecnologías abiertas
Fuente: habr.com