लिथियम-आयन यूपीएस: किस प्रकार की बैटरी चुनें, एलएमओ या एलएफपी?

आज, लगभग हर किसी की जेब में एक फोन (स्मार्टफोन, कैमरा फोन, टैबलेट) होता है जो प्रदर्शन के मामले में आपके घर के डेस्कटॉप से ​​बेहतर प्रदर्शन कर सकता है, जिसे आपने वर्षों से अपडेट नहीं किया है। आपके पास मौजूद हर गैजेट में लिथियम पॉलीमर बैटरी होती है। अब प्रश्न यह है कि पाठकों में से कौन ठीक से याद रखेगा कि "डायलर" से बहुक्रियाशील उपकरणों तक अपरिवर्तनीय परिवर्तन कब हुआ?

यह मुश्किल है... आपको अपनी याददाश्त पर ज़ोर डालना होगा, वह साल याद करना होगा जब आपने अपना पहला "स्मार्ट" फ़ोन खरीदा था। मेरे लिए यह 2008-2010 के आसपास की बात है। उस समय एक नियमित फोन के लिए लिथियम बैटरी की क्षमता लगभग 700 एमएएच थी, अब फोन बैटरी की क्षमता 4 हजार एमएएच तक पहुंच जाती है।

क्षमता में 6 गुना वृद्धि हुई है, जबकि मोटे तौर पर कहें तो बैटरी का आकार केवल 2 गुना बढ़ा है।

हम कैसे हमने अपने लेख में इस बारे में पहले ही बात की हैलिथियम-आयन यूपीएस समाधान तेजी से बाजार पर विजय प्राप्त कर रहे हैं, इनमें कई निर्विवाद फायदे हैं और संचालित करने के लिए काफी सुरक्षित हैं (विशेषकर सर्वर स्थितियों में)

मित्रों, आज हम लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) और लिथियम मैंगनीज (एलएमओ) बैटरी पर आधारित समाधानों को समझने और उनकी तुलना करने का प्रयास करेंगे, उनके फायदे और नुकसान का अध्ययन करेंगे, और कई विशिष्ट संकेतकों के आधार पर उनकी एक दूसरे से तुलना करेंगे। मैं आपको याद दिला दूं कि दोनों प्रकार की बैटरियां लिथियम-आयन और लिथियम-पॉलीमर बैटरियां हैं, लेकिन रासायनिक संरचना में भिन्न हैं। यदि आप आगे पढ़ने में रुचि रखते हैं तो कृपया आगे पढ़ें।

ऊर्जा भंडारण में लिथियम प्रौद्योगिकियों की संभावनाएं

2017 में रूसी संघ की वर्तमान स्थिति इस प्रकार थी।

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स्रोत का उपयोग करते हुए: “रूसी संघ में बिजली भंडारण प्रणालियों के विकास के लिए अवधारणा”, रूसी संघ के ऊर्जा मंत्रालय, 21 अगस्त, 2017।

जैसा कि हम देख सकते हैं, उस समय लिथियम-आयन प्रौद्योगिकी औद्योगिक उत्पादन प्रौद्योगिकी (मुख्य रूप से एलएफपी प्रौद्योगिकी) के क्षेत्र में अग्रणी थी।

अब, आइए हम अमेरिका के रुझानों पर नजर डालें, या यूं कहें कि दस्तावेज के नवीनतम संस्करण पर नजर डालें:

संदर्भ: ABBM - निर्बाध विद्युत आपूर्ति के लिए ऊर्जा सरणियाँ, जिनका उपयोग विद्युत ऊर्जा उद्योग में निम्न के लिए किया जाता है:

• उपस्टेशन (पीएस) पर स्वयं की आवश्यकताओं (एसएन) के लिए विद्युत आपूर्ति में रुकावट की स्थिति में विशेष रूप से महत्वपूर्ण उपभोक्ताओं के लिए विद्युत भंडार 0,4 केवी।
• वैकल्पिक स्रोतों के लिए "बफर" भंडारण के रूप में।
• विद्युत उत्पादन और पारेषण सुविधाओं पर भार को कम करने के लिए अधिकतम उपभोग मोड में विद्युत घाटे की भरपाई।
• दिन के समय कम लागत (रात के समय) में ऊर्जा का संचयन।

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जैसा कि हम देख सकते हैं, 2016 तक Li-Ion प्रौद्योगिकियों ने अग्रणी स्थान बनाए रखा तथा बिजली (MW) और ऊर्जा (MWh) दोनों में तीव्र वृद्धि दर्शाई।

उसी दस्तावेज़ में हम निम्नलिखित पढ़ सकते हैं:

"लिथियम-आयन तकनीकें 80 के अंत तक अमेरिका में उत्पादित ABMS सिस्टम की अतिरिक्त शक्ति और ऊर्जा का 2016% से अधिक प्रतिनिधित्व करती हैं। लिथियम-आयन बैटरियों में एक अत्यधिक कुशल चक्र (चार्ज, लेखक का नोट) होता है और वे अपनी संग्रहीत शक्ति को तेज़ी से छोड़ते हैं। इसके अलावा, उनमें उच्च ऊर्जा घनत्व (विशिष्ट शक्ति, लेखक का नोट) और उच्च आउटपुट धाराएँ होती हैं, जिसके कारण उन्हें पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए बैटरी के रूप में चुना जाता है।"

आइए यूपीएस के लिए दो लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकियों की तुलना करने का प्रयास करें

हम एलएमओ और एलएफपी रसायन विज्ञान पर निर्मित प्रिज्मीय कोशिकाओं की तुलना करेंगे। ये दो प्रौद्योगिकियां (एलएमओ-एनएमसी जैसे रूपों के साथ) अब विभिन्न इलेक्ट्रिक वाहनों और इलेक्ट्रिक कारों के लिए मुख्य औद्योगिक मॉडल हैं।

इलेक्ट्रिक वाहनों में बैटरी के बारे में एक गीतात्मक चर्चा यहां पढ़ी जा सकती हैआप पूछेंगे कि इलेक्ट्रिक परिवहन का इससे क्या संबंध है? मैं स्पष्ट करना चाहूंगा: Li-Ion प्रौद्योगिकियों का उपयोग करते हुए विद्युत परिवहन का सक्रिय वितरण बहुत पहले ही प्रोटोटाइप के चरण से आगे निकल चुका है। और जैसा कि हम जानते हैं, सभी नवीनतम प्रौद्योगिकियां जीवन के महंगे, नवीनतम क्षेत्रों से हमारे पास आती हैं। उदाहरण के लिए, फॉर्मूला 1 से बहुत सारी मोटर वाहन प्रौद्योगिकियां हमारे पास आईं, अंतरिक्ष उद्योग से कई नई प्रौद्योगिकियां हमारे जीवन में आईं, इत्यादि... इसलिए, हमारी राय में, लिथियम-आयन प्रौद्योगिकियां अब औद्योगिक समाधानों में प्रवेश कर रही हैं।

आइये मुख्य निर्माताओं, बैटरी रसायन विज्ञान और सक्रिय रूप से इलेक्ट्रिक वाहन (हाइब्रिड) का उत्पादन करने वाली वास्तविक ऑटोमोबाइल कंपनियों की तुलना तालिका पर नजर डालें।

हम विशेष रूप से प्रिज्मीय सेलों का चयन करेंगे जो यूपीएस में उपयोग के लिए उपयुक्त फॉर्म फैक्टर के अनुरूप हों। जैसा कि हम देख सकते हैं, लिथियम टाइटेनेट (LTO-NMC) विशिष्ट संग्रहित ऊर्जा के संदर्भ में एक बाहरी पदार्थ है। औद्योगिक समाधानों, विशेष रूप से यूपीएस बैटरियों में उपयोग के लिए उपयुक्त प्रिज्मीय सेलों के तीन निर्माता बचे हैं।

मैं दस्तावेज़ से उद्धृत और अनुवाद करूँगा “इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी के लिए लंबे जीवन लिथियम इलेक्ट्रोड का जीवन चक्र मूल्यांकन - LEAF, टेस्ला और वोल्वो बस के लिए सेल” (मूल “इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी के लिए लंबे जीवन लिथियम इलेक्ट्रोड का जीवन चक्र मूल्यांकन - LEAF, टेस्ला और वोल्वो बस के लिए सेल” 11 दिसंबर, 2017 को मैट्स ज़ैक्रिसन द्वारा। यहां, वाहन बैटरी में रासायनिक प्रक्रियाओं, कंपन के प्रभाव और संचालन की जलवायु परिस्थितियों और पर्यावरण को होने वाले नुकसान का मुख्य रूप से अध्ययन किया जाता है। हालांकि, दो लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकियों की तुलना के बारे में एक दिलचस्प वाक्यांश है।

मेरे निःशुल्क अनुवाद में यह इस प्रकार दिखता है:

एनएमसी प्रौद्योगिकी, एलएफपी बैटरी सेल मेटल एनोड प्रौद्योगिकी की तुलना में प्रति वाहन किलोमीटर पर कम पर्यावरणीय प्रभाव दर्शाती है, लेकिन त्रुटियों को कम करना या समाप्त करना कठिन है। मूल विचार यह है कि एनएमसी के उच्च ऊर्जा घनत्व के परिणामस्वरूप वजन कम होता है और इस प्रकार बिजली की खपत भी कम होती है।

1) एलएमओ प्रौद्योगिकी प्रिज्मीय सेल, निर्माता सीपीईसी, अमेरिका, लागत 400$.

एलएमओ सेल का बाहरी स्वरूप

2) प्रिज्मीय सेल एलएफपी प्रौद्योगिकी, निर्माता एए पोर्टेबल पावर कॉर्प, लागत 160$.

एलएफपी कोशिका का बाह्य स्वरूप

3) तुलना के लिए, आइए एलएफपी तकनीक पर निर्मित एक विमानन बैकअप बैटरी और वह बैटरी जो हाई-प्रोफाइल घोटाले में शामिल थी, को जोड़ दें 2013 में बोइंग में आग, निर्माता ट्रू ब्लू पावर।

टीबी44 बैटरी का बाहरी स्वरूप

4) वस्तुनिष्ठता के लिए, आइए एक मानक यूपीएस बैटरी जोड़ें लीड-एसिड /पोर्टालैक/PXL12090, 12V.
एक क्लासिक यूपीएस बैटरी का स्वरूप

आइये प्रारंभिक डेटा को एक तालिका में सारांशित करें।

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जैसा कि हम देख सकते हैं, एलएमओ कोशिकाओं में वास्तव में सबसे अधिक ऊर्जा दक्षता होती है, जबकि पारंपरिक सीसा कोशिकाओं में विशिष्ट ऊर्जा की हानि कम से कम दो गुना होती है।

यह सभी के लिए स्पष्ट है कि Li-Ion बैटरी सरणी के लिए BMS प्रणाली इस समाधान में द्रव्यमान जोड़ देगी, यानी, विशिष्ट ऊर्जा को लगभग 20 प्रतिशत कम कर देगी (BMS सिस्टम, मॉड्यूल शेल, बैटरी कैबिनेट नियंत्रक को ध्यान में रखते हुए बैटरियों के शुद्ध वजन और पूर्ण समाधान के बीच का अंतर)। जंपर्स, बैटरी स्विच और बैटरी कैबिनेट का द्रव्यमान लिथियम-आयन बैटरी और लेड-एसिड बैटरी की बैटरी सरणी के लिए बराबर माना जाता है।

अब आइए गणना किए गए मापदंडों की तुलना करने का प्रयास करें। इस मामले में, हम सीसे के लिए निर्वहन गहराई 70% और Li-आयन के लिए 90% मानेंगे।

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यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक विमान बैटरी के लिए कम विशिष्ट ऊर्जा इस तथ्य के कारण है कि बैटरी स्वयं (जिसे एक मॉड्यूल माना जा सकता है) एक धातु अग्निरोधक आवरण में संलग्न है, इसमें कम तापमान की स्थिति में संचालन के लिए कनेक्टर और एक हीटिंग सिस्टम है। तुलना के लिए, टीबी44 बैटरी में एक सेल के लिए एक गणना प्रदान की गई है, जिससे एक पारंपरिक एलएफपी सेल के साथ समान विशेषताओं के बारे में निष्कर्ष निकाला जा सकता है। इसके अतिरिक्त, विमान की बैटरी को उच्च चार्ज/डिस्चार्ज धाराओं के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो जमीन पर एक नई उड़ान के लिए विमान को तुरंत तैयार करने की आवश्यकता से जुड़ा हुआ है और विमान में किसी आपातकालीन स्थिति, जैसे कि विमान में बिजली की आपूर्ति का बंद हो जाना, की स्थिति में उच्च डिस्चार्ज धारा की आवश्यकता से भी जुड़ा हुआ है।
वैसे, यहां बताया गया है कि निर्माता विभिन्न प्रकार की विमानन बैटरियों की तुलना कैसे करता है

जैसा कि हम तालिकाओं से देख सकते हैं:

1) एलएमओ प्रौद्योगिकी के मामले में बैटरी कैबिनेट की शक्ति अधिक होती है।
2) एलएफपी का बैटरी जीवन अधिक है।
3) एलएफपी के लिए विशिष्ट गुरुत्व कम है, इसलिए, समान क्षमता के साथ, लिथियम आयरन फॉस्फेट प्रौद्योगिकी का उपयोग करने वाली बैटरी कैबिनेट बड़ी होती है।
4) एलएफपी प्रौद्योगिकी में इसकी रासायनिक संरचना के कारण तापीय अपवाह की प्रवृत्ति कम होती है। परिणामस्वरूप, इसे अपेक्षाकृत सुरक्षित माना जाता है।

जो लोग यह स्पष्ट रूप से समझना चाहते हैं कि लिथियम-आयन बैटरियों को यूपीएस के साथ काम करने के लिए बैटरी सरणी में कैसे जोड़ा जा सकता है, उनके लिए मैं यहां देखने की सलाह देता हूं।उदाहरण के लिए, ऐसी योजना. इस स्थिति में, बैटरियों का शुद्ध वजन 340 किलोग्राम होगा, क्षमता 100 एम्पीयर-घंटे होगी।

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अथवा LFP 160S2P के लिए आरेख, जहां बैटरियों का शुद्ध वजन 512 किलोग्राम होगा, तथा क्षमता 200 एम्पियर-घंटे होगी।

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निष्कर्ष: यद्यपि लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFeO4, LFP) रसायन वाली बैटरियों का उपयोग ज्यादातर इलेक्ट्रिक वाहनों में किया जाता है, लेकिन उनकी विशेषताओं में LMO रासायनिक सूत्र की तुलना में कई फायदे हैं, वे उच्च धारा के साथ चार्ज करने की अनुमति देते हैं, और थर्मल रनवे के जोखिम के प्रति कम संवेदनशील होते हैं। किस प्रकार की बैटरियों का चयन किया जाए, यह पहले से तैयार एकीकृत समाधान के आपूर्तिकर्ता के विवेक पर छोड़ दिया जाता है, जो कई मानदंडों के आधार पर इसका निर्धारण करता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण है यूपीएस के भाग के रूप में बैटरी सरणी की लागत। फिलहाल, किसी भी प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी अभी भी क्लासिक समाधानों की तुलना में लागत में कमतर है, लेकिन प्रति इकाई द्रव्यमान और छोटे आयामों में लिथियम बैटरी की उच्च विशिष्ट शक्ति तेजी से नए ऊर्जा भंडारण उपकरणों के पक्ष में विकल्प का निर्धारण करेगी। कुछ मामलों में, यूपीएस का कम कुल वजन नई प्रौद्योगिकियों के पक्ष में चुनाव निर्धारित करता है। यह प्रक्रिया पूरी तरह से अनदेखी की जाएगी और वर्तमान में निम्न-स्तरीय (घरेलू) खंड में उच्च लागत और 100 केवीए से अधिक क्षमता वाले औद्योगिक यूपीएस खंड में सर्वोत्तम यूपीएस विकल्पों की तलाश कर रहे ग्राहकों के बीच लिथियम अग्नि सुरक्षा के बारे में सोच की जड़ता के कारण इसमें बाधा आ रही है। लिथियम-आयन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके 3 केवीए से 100 केवीए तक के मध्य-श्रेणी के यूपीएस पावर स्तर को कार्यान्वित किया जा सकता है, लेकिन छोटे पैमाने पर उत्पादन के कारण यह काफी महंगा है और वीआरएलए बैटरी पर तैयार सीरियल यूपीएस मॉडल से कमतर है।

अपने सर्वर रूम या डेटा सेंटर के लिए लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग करके किसी विशिष्ट समाधान के बारे में अधिक जानने और चर्चा करने के लिए, कृपया ईमेल द्वारा अनुरोध भेजें info@ot.ru, या कंपनी की वेबसाइट पर अनुरोध करके www.ot.ru.

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लेखक: कुलिकोव ओलेग
अग्रणी डिजाइन इंजीनियर
एकीकरण समाधान विभाग
ओपन टेक्नोलॉजीज कंपनी

स्रोत: www.habr.com