Oggi quasi tutti hanno in tasca un telefono (smartphone, cellulare con fotocamera, tablet) in grado di superare in termini di prestazioni il desktop di casa, che non aggiorni da diversi anni. Ogni gadget che hai ha una batteria ai polimeri di litio. Ora la domanda è: quale lettore si ricorderà esattamente quando è avvenuto il passaggio irrevocabile dai “dialer” ai dispositivi multifunzione?
È difficile... Devi sforzare la memoria, ricordare l'anno in cui hai acquistato il tuo primo telefono “intelligente”. Per me è intorno al 2008-2010. A quel tempo, la capacità di una batteria al litio per un normale telefono era di circa 700 mAh, ora la capacità delle batterie del telefono raggiunge i 4mila mAh.
Un aumento della capacità di 6 volte, nonostante, grosso modo, la dimensione della batteria sia aumentata solo di 2 volte.
Come noi , le soluzioni agli ioni di litio per UPS stanno rapidamente conquistando il mercato, presentano numerosi vantaggi innegabili e (specialmente in una sala server).
Amici, oggi cercheremo di comprendere e confrontare soluzioni basate su batterie ferro-litio fosfato (LFP) e litio-manganese (LMO), studiarne i vantaggi e gli svantaggi e confrontarci tra loro secondo una serie di indicatori specifici. Lascia che ti ricordi che entrambi i tipi di batterie appartengono alle batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio, ma differiscono nella composizione chimica. Se sei interessato a una continuazione, per favore, sotto il cat.
Prospettive delle tecnologie al litio nello stoccaggio dell’energia
La situazione attuale nella Federazione Russa nel 2017 era la seguente.
Utilizzando la fonte: “Concetto per lo sviluppo dei sistemi di stoccaggio dell’elettricità nella Federazione Russa”, Ministero dell’Energia della Federazione Russa, 21 agosto 2017.
Come puoi vedere, la tecnologia agli ioni di litio a quel tempo era in testa nell'avvicinarsi alla tecnologia di produzione industriale (principalmente la tecnologia LFP).
Successivamente, diamo un'occhiata alle tendenze negli Stati Uniti, o più precisamente, consideriamo l'ultima versione del documento:
Riferimento: ABBM sono array di energia per gruppi di continuità, che vengono utilizzati nell'industria dell'energia elettrica per:
- Prenotazione di elettricità per consumatori particolarmente importanti in caso di interruzioni dell'alimentazione elettrica per esigenze proprie (SN) 0,4 kV in una sottostazione (PS).
- Come unità “buffer” per fonti alternative.
- Compensazione per le interruzioni di corrente durante i picchi di consumo per alleviare gli impianti di generazione e trasmissione di elettricità.
- Accumulo di energia durante il giorno quando il suo costo è basso (orario notturno).
Come possiamo vedere, le tecnologie agli ioni di litio, a partire dal 2016, hanno mantenuto saldamente la posizione di leader e hanno mostrato una rapida crescita multipla sia in termini di potenza (MW) che di energia (MWh).
Nello stesso documento si legge quanto segue:
“Le tecnologie agli ioni di litio rappresentano oltre l’80% della potenza e dell’energia aggiuntiva generata dai sistemi ABBM negli Stati Uniti alla fine del 2016. Le batterie agli ioni di litio hanno un ciclo di carica altamente efficiente e rilasciano la potenza accumulata più velocemente. Inoltre, hanno un’elevata densità di energia (densità di potenza, nota dell’autore) e elevate correnti di uscita, il che ha portato alla loro scelta come batterie per dispositivi elettronici portatili e veicoli elettrici”.
Proviamo a confrontare due tecnologie di batterie agli ioni di litio per UPS
Confronteremo le celle prismatiche costruite sulla chimica LMO e LFP. Sono queste due tecnologie (con varianti come LMO-NMC) che sono ora i principali progetti industriali per vari veicoli elettrici e veicoli elettrici.
Una digressione lirica sulle batterie nei veicoli elettrici può essere letta quiTi chiedi, cosa c'entra il trasporto elettrico? Mi spiego: la diffusione attiva dei veicoli elettrici che utilizzano le tecnologie agli ioni di litio ha superato da tempo la fase dei prototipi. E come sappiamo, tutte le tecnologie più recenti ci provengono da ambiti della vita nuovi e costosi. Ad esempio, molte tecnologie automobilistiche ci sono arrivate dalla Formula 1, molte nuove tecnologie sono entrate nelle nostre vite dal settore spaziale e così via... Pertanto, a nostro avviso, le tecnologie agli ioni di litio stanno ormai penetrando nelle soluzioni industriali.
Diamo un'occhiata a una tabella comparativa tra i principali produttori, la chimica delle batterie e le stesse aziende automobilistiche che producono attivamente veicoli elettrici (ibridi).
Selezioneremo esclusivamente celle prismatiche che si adattano al fattore di forma per l'utilizzo in un UPS. Come puoi vedere, il titanato di litio (LTO-NMC) è un outsider in termini di energia specifica immagazzinata. Rimangono tre produttori di celle prismatiche adatte all'uso in soluzioni industriali, in particolare batterie UPS.
Citerò e tradurrò dal documento "Valutazione del ciclo di vita dell'elettrodo al litio a lunga durata per batterie per veicoli elettrici - cella per autobus LEAF, Tesla e VOLVO" (Originale "Valutazione del ciclo di vita dell'elettrodo al litio a lunga durata per batterie per veicoli elettrici - cella per LEAF , Tesla e Volvo bus" dell'11 dicembre 2017 di Mats Zackrisson. Esamina principalmente i processi chimici nelle batterie dei veicoli, l'influenza delle vibrazioni e delle condizioni climatiche operative, nonché i danni all'ambiente. Tuttavia, c'è una frase interessante riguardo al confronto di due tecnologie di batterie agli ioni di litio.
Nella mia traduzione gratuita appare così:
La tecnologia NMC mostra un impatto ambientale inferiore per veicolo-chilometro rispetto alla tecnologia LFP con cella batteria con anodo metallico, ma è difficile ridurre o eliminare gli errori. L'idea principale è questa: la maggiore densità energetica dell'NMC si traduce in un peso inferiore e quindi in un minore consumo energetico.
1) Tecnologia LMO a celle prismatiche, produttore , costa $ 400.
Aspetto della cellula LMO
2) Tecnologia LFP a celle prismatiche, produttore , costa $ 160.
Aspetto di una cella LFP
3) Per fare un confronto aggiungiamo una batteria di riserva per aereo costruita su tecnologia LFP e la stessa che partecipò al clamoroso scandalo , produttore True Blue Power.
Aspetto della batteria TB44
4) Per ragioni di obiettività, aggiungiamo una batteria UPS standard
Aspetto di una classica batteria UPS
Inseriamo i dati di origine in una tabella.
Come possiamo vedere, infatti, le celle LMO hanno la massima efficienza energetica; il piombo classico è almeno due volte più efficiente dal punto di vista energetico.
È chiaro a tutti che un sistema BMS per un array di batterie agli ioni di litio aggiungerà peso a questa soluzione, ovvero ridurrà l’energia specifica di circa il 20% (la differenza tra il peso netto delle batterie e la soluzione completa tenendo conto dei sistemi BMS, dell'involucro del modulo, del controller dell'armadio batteria). Si presuppone che la massa dei ponticelli, dell'interruttore della batteria e dell'armadio della batteria sia condizionatamente uguale per le batterie agli ioni di litio e per il gruppo di batterie al piombo-acido.
Ora proviamo a confrontare i parametri calcolati. In questo caso, accetteremo la profondità di scarica del 70% per il piombo e del 90% per gli ioni di litio.
Si noti che la bassa energia specifica di una batteria per aereo è dovuta al fatto che la batteria stessa (che può essere considerata un modulo) è racchiusa in un involucro metallico ignifugo, è dotata di connettori e di un sistema di riscaldamento per il funzionamento in condizioni di bassa temperatura. Per confronto, viene fornito un calcolo per una cella della batteria TB44, dal quale possiamo concludere che le caratteristiche sono simili a una cella LFP convenzionale. Inoltre, la batteria dell'aeromobile è progettata per correnti di carica/scarica elevate, che sono associate alla necessità di preparare rapidamente l'aereo per un nuovo volo a terra e una corrente di scarica elevata in caso di emergenza a bordo, ad es. una perdita di potenza a bordo
A proposito, è così che il produttore stesso confronta diversi tipi di batterie per aerei
Come vediamo dalle tabelle:
1) La potenza dell'armadio batterie nel caso della tecnologia LMO è maggiore.
2) Il numero di cicli della batteria per LFP è maggiore.
3) Il peso specifico per LFP è inferiore; di conseguenza, a parità di capacità, il cabinet delle batterie basato sulla tecnologia ferro-litio fosfato è più grande.
4) La tecnologia LFP è meno soggetta all'instabilità termica, dovuta alla sua struttura chimica. Di conseguenza, è considerato relativamente sicuro.
Per coloro che desiderano comprendere chiaramente come le batterie agli ioni di litio possono essere combinate in un array di batterie per funzionare con un UPS, consiglio di dare un'occhiata qui.Ad esempio, questo diagramma. In questo caso il peso netto delle batterie sarà di 340 kg, la capacità sarà di 100 amperora.
Oppure un circuito per LFP 160S2P, dove la massa netta delle batterie sarà di 512 kg e la capacità sarà di 200 amperora.
CONCLUSIONE: Nonostante il fatto che le batterie con la chimica ferro-litio fosfato (LiFeO4, LFP) siano utilizzate principalmente nei veicoli elettrici, le loro caratteristiche presentano numerosi vantaggi rispetto alla formula chimica LMO, consentono la ricarica con una corrente più elevata e sono meno sensibili al rischio di fuga termica. Quale tipo di batterie scegliere rimane a discrezione del fornitore di una soluzione integrata già pronta, che lo determina in base a una serie di criteri, non ultimo il costo del gruppo di batterie come parte dell'UPS. Al momento, qualsiasi tipo di batteria agli ioni di litio ha ancora un costo inferiore rispetto alle soluzioni classiche, ma l’elevata potenza specifica delle batterie al litio per unità di massa e le dimensioni più ridotte determineranno sempre più la scelta verso nuovi dispositivi di accumulo dell’energia. In alcuni casi, il minor peso lordo dell'UPS determina la scelta verso nuove tecnologie. Questo processo avverrà del tutto inosservato ed è attualmente ostacolato dai costi elevati nel segmento di prezzo basso (soluzioni domestiche) e dall'inerzia di pensiero riguardo alla sicurezza antincendio del litio tra i clienti che cercano le migliori opzioni UPS negli UPS industriali segmento con una capacità superiore a 100 kVA. Il livello di potenza dell'UPS nel segmento medio da 3 kVA a 100 kVA può essere implementato utilizzando le tecnologie agli ioni di litio, ma a causa della produzione su piccola scala è piuttosto costoso e inferiore ai modelli UPS seriali già pronti che utilizzano batterie VRLA.
Puoi scoprire maggiori dettagli e discutere una soluzione specifica utilizzando batterie agli ioni di litio per la tua sala server o data center inviando una richiesta via e-mail oppure facendone richiesta sul sito aziendale .
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Autore: Kulikov Oleg
Ingegnere progettista leader
Dipartimento Soluzioni di integrazione
Azienda di tecnologie aperte
Fonte: habr.com