Бұл күндері барлығы дерлік қалтасында бірнеше жылдар бойы жаңартпаған үстелдік компьютерден асып түсетін телефон (смартфон, камералы телефон, планшет) бар. Әрбір гаджет литий-полимерлі аккумулятордан қуат алады. Енді сұрақ туындайды: «телефондардан» көп функциялы құрылғыларға қайтымсыз көшу қашан болғанын кім есіне алады?
Қиын... Алғашқы смартфонды сатып алған жылды еске түсіру үшін есте сақтау қабілетімді тоздыруға тура келеді. Мен үшін бұл шамамен 2008-2010 жылдар болды. Ол кезде әдеттегі телефонның литий батареясының сыйымдылығы шамамен 700 мАч болатын; бүгінде телефон батареяларының сыйымдылығы 4 мАч-қа дейін жетеді.
Сыйымдылығы 6 есеге өсті, ал батареяның көлемі шамамен 2 есе өсті.
Қалаймыз , литий-ионды UPS шешімдері нарықты тез жаулап алуда, бірқатар даусыз артықшылықтарға ие және (әсіресе сервер жағдайында).
Достар, бүгін біз литий темір фосфаты (LFP) және литий марганец (LMO) батареяларының шешімдерін зерттеп, салыстырамыз, олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін қарастырамыз және оларды бірқатар нақты өнімділік көрсеткіштері бойынша салыстырамыз. Естеріңізге сала кетейік, екі батарея түрі де литий-ионды және литий-полимерлі батареялар болып табылады, бірақ олардың химиялық құрамы бойынша ерекшеленеді. Қалғандары сізді қызықтырса, оқыңыз.
Энергияны сақтаудағы литий технологиясының болашағы
2017 жылы Ресей Федерациясындағы ағымдағы жағдай келесідей болды.
Дереккөзді пайдалану: «Ресей Федерациясының электр энергиясын сақтау жүйелерін дамыту тұжырымдамасы», Ресей Федерациясының Энергетика министрлігі, 21 тамыз 2017 ж.
Көріп отырғанымыздай, литий-ионды технология сол кезде өнеркәсіптік өндіріс технологиясына жақындаудың алдыңғы қатарында болды (ең алдымен LFP технологиясына сілтеме).
Әрі қарай, АҚШ-тағы трендтерді қарастырайық, дәлірек айтқанда, құжаттың соңғы нұсқасын қарастырайық:
Анықтама: ABBM – электр энергетикасында келесі мақсаттар үшін қолданылатын үздіксіз қуат көздеріне арналған энергия массивтері:
- Қосалқы станцияда (ПС) 0,4 кВ өз қажеттіліктері үшін электрмен жабдықтау үзілістері кезінде ерекше маңызды тұтынушылар үшін қуат қоры.
- Балама көздер үшін «буфер» сақтау орны ретінде.
- Электр энергиясын өндіру және беру объектілеріне жүктемені жеңілдету үшін тұтынудың ең жоғары режимінде қуат тапшылығын өтеу.
- Күндізгі уақытта энергияның жинақталуы оның құны төмен (түнгі уақыт).
Көріп отырғанымыздай, Li-Ion технологиялары 2016 жылғы жағдай бойынша жетекші орынға ие болды және қуаттың (МВт) және энергияның (МВт сағ) жылдам еселенген өсуін көрсетті.
Сол құжатта біз мынаны оқи аламыз:
"Литий-иондық технология 2016 жылдың соңындағы жағдай бойынша АҚШ-та өндірілген ABBM жүйелерінің қосымша қуаты мен энергиясының 80%-дан астамын құрады. Литий-ионды аккумуляторлар жоғары тиімді зарядтау цикліне ие және жинақталған қуатын тезірек босатады. Бұған қоса, оларда жоғары энергия тығыздығы және жоғары разрядтық токтар бар, бұл оларды портативті көлік электроникасы мен электроника үшін таңдаулы таңдау жасайды."
UPS үшін екі литий-иондық батарея технологиясын салыстыруға тырысайық
Біз LMO және LFP химиясы арқылы салынған призмалық жасушаларды салыстырамыз. Бұл екі технология (LMO-NMC сияқты вариациялары бар) қазіргі уақытта әртүрлі электр көліктерінің негізгі өнеркәсіптік үлгілері болып табылады.
Электрлік көліктердегі аккумуляторлар туралы лирикалық экскурсияны осы жерден оқуға боладыСіз мұның электр көлігіне қандай қатысы бар деп сұрауыңыз мүмкін. Түсіндіруге рұқсат етіңіз: литий-ионды электрлік көлікті белсенді түрде қабылдау прототиптік кезеңнен әлдеқашан шығып кетті. Және біз білетіндей, барлық соңғы технологиялар өмірдің қымбат, озық салаларынан келеді. Мысалы, Формула 1-ден бізге көптеген автомобиль технологиясы келді, көптеген озық технологиялар біздің өмірімізге ғарыш индустриясынан енді және т.б.... Сондықтан, біздің ойымызша, литий-иондық технологиялар қазір өнеркәсіптік шешімдерге еніп жатыр.
Негізгі өндірушілердің, аккумуляторлар химиясының және электромобильдерді (гибридтерді) белсенді шығаратын нақты автомобиль компанияларының салыстыру кестесін қарастырайық.
Біз тек UPS пішін факторына сәйкес келетін призмалық ұяшықтарға назар аударамыз. Көріп отырғанымыздай, литий титанаты (LTO-NMC) энергияны ерекше сақтау бойынша ең нашар көрсеткіш болып табылады. Бұл өнеркәсіптік қолданбаларға, атап айтқанда UPS батареяларына жарамды призматикалық ұяшықтардың үш өндірушісін қалдырады.
Мен құжаттан дәйексөз келтіремін және аударамын «Электр көліктерінің аккумуляторлары үшін ұзақ қызмет ететін литий электродтарының өмірлік циклін бағалау – LEAF, Tesla және Volvo автобустары үшін ұяшықтар» (Бастапқыда «Литиум электродтарының ұзақ қызмет ететін электр көліктерінің аккумуляторлары үшін өмірлік циклді бағалау - LEAF және Volvo11, Volvo 2017, желтоқсандағы ұяшықтар» Матс Закриссон). Бұл құжат ең алдымен көлік аккумуляторларындағы химиялық процестерді, діріл мен климаттық жұмыс жағдайларының әсерін және қоршаған ортаға зиянын зерттейді. Дегенмен, екі литий-иондық батарея технологиясын салыстыруға қатысты бір қызықты фраза бар.
Менің еркін аудармамда ол келесідей көрінеді:
NMC технологиясы металл анодты аккумулятор ұяшығы бар LFP технологиясына қарағанда әр километрге қоршаған ортаға әсерді азырақ көрсетеді, бірақ бұл қателерді азайту немесе жою қиын. Негізгі идея: ҰМҚ жоғары энергия тығыздығы салмағының төмендеуіне әкеледі, демек, энергияны тұтынуды азайтады.
1) Призмалық жасуша LMO технологиясы, өндіруші , құны 400 доллар.
LMO жасушасының сыртқы көрінісі
2) Призматикалық ұяшық LFP технологиясы, өндіруші , құны 160 доллар.
LFP ұяшығының пайда болуы
3) Салыстыру үшін LFP технологиясына негізделген ұшақтың резервтік батареясын және атышулы жанжалға қатысы бар батареяны қосайық. , өндіруші True Blue Power.
TB44 батареясының сыртқы түрі
4) Объективті болу үшін стандартты UPS батареясын қосайық
Классикалық UPS аккумуляторының пайда болуы
Бастапқы деректерді кестеге жинақтайық.
Көріп отырғанымыздай, LMO жасушалары шынымен де ең жоғары энергия тиімділігіне ие, ал классикалық қорғасын жасушалары энергияны кемінде екі есе үнемдейді.
Ли-ионды батареялар массивіне арналған BMS жүйесі шешімге салмақ қосатыны белгілі, яғни ол меншікті энергияны шамамен 20 пайызға азайтады (батареялардың таза салмағы мен толық шешім арасындағы айырмашылық, оның ішінде BMS, модуль корпусы және батарея шкафының контроллері). Секіргіштердің, батарея қосқышының және аккумулятор шкафының салмағы литий-ионды аккумуляторлар үшін де, қорғасын-қышқылды батареялар массиві үшін де бірдей деп есептеледі.
Енді есептелген параметрлерді салыстырайық. Қорғасын үшін 70% және литий-ион үшін 90% разряд тереңдігін алайық.
Айта кету керек, ұшақ аккумуляторының меншікті энергиясының төмендігі аккумулятордың өзі (оны модуль деп санауға болады) отқа төзімді металл қаптамамен қоршалған және төмен температурада жұмыс істеуге арналған қосқыштар мен жылыту жүйесі бар екеніне байланысты. Салыстыру үшін стандартты LFP ұяшығына ұқсас сипаттамаларды ұсынатын TB44 аккумуляторындағы бір ұяшық үшін есептеу берілген. Сонымен қатар, әуе кемесінің аккумуляторы жоғары зарядтау/разрядтық токтарға арналған, бұл ұшақты жердегі жаңа ұшуға тез дайындау қажеттілігіне және борттағы апатты жағдайда, мысалы, электр қуатының үзілуіне байланысты жоғары разрядтық токқа байланысты.
Айтпақшы, өндіруші авиациялық батареялардың әртүрлі түрлерін қалай салыстырады.
Кестелерден көріп отырғанымыздай:
1) LMO технологиясы жағдайында батарея шкафының қуаты жоғарырақ.
2) LFP үшін батареяның қызмет ету мерзімі ұзағырақ.
3) LFP үшін үлес салмағы аз, сондықтан бірдей сыйымдылықпен литий темір фосфаты технологиясын пайдаланатын батарея шкафы үлкенірек.
4) LFP технологиясы химиялық құрылымына байланысты термиялық қашуға азырақ бейім. Демек, ол салыстырмалы түрде қауіпсіз деп саналады.
Литий-ионды аккумуляторларды UPS-пен жұмыс істеу үшін батареялар массивіне қалай қосуға болатынын нақты түсінгісі келетіндер үшін осы жерден қарауды ұсынамын.Мысалы, мына диаграмманы қарастырыңыз. Бұл жағдайда батареялардың таза салмағы 340 кг, ал сыйымдылығы 100 ампер-сағат болады.
Немесе LFP 160S2P диаграммасы, онда батареялардың таза салмағы 512 кг, ал сыйымдылығы 200 ампер-сағат болады.
ҚОРЫТЫНДЫ: Литий темір фосфаты (LiFeO4, LFP) батареялары негізінен электрлік көліктерде пайдаланылғанымен, олардың сипаттамалары LMO батареяларына қарағанда бірнеше артықшылықтарды ұсынады, соның ішінде жоғары зарядтау токтары және жылуды жоғалту қаупі аз. Батарея түрін таңдау толық шешім провайдерінің қалауы бойынша болады, ол мұны UPS құрамына кіретін батареялар массивінің құнын ғана емес, бірқатар критерийлер негізінде анықтайды. Қазіргі уақытта литий-ионды аккумулятордың кез келген түрі дәстүрлі шешімдермен салыстырғанда құнын жоғалтады, бірақ литий батареяларының бірлік салмағына шаққандағы жоғары қуат тығыздығы және кішірек өлшемдері жаңа энергия сақтау құрылғыларын таңдауды көбірек анықтайды. Кейбір жағдайларда UPS салмағының төмен болуы жаңа технологияларды таңдауды талап етеді. Бұл процесс мүлдем байқалмайды және қазіргі уақытта төмен деңгейлі (тұрмыстық) сегменттегі жоғары шығындармен және өнеркәсіптік сегментте (100 кВА-дан астам) ең жақсы UPS опцияларын іздейтін тұтынушылар арасында литий өрт қауіпсіздігін түсінбеуімен шектеледі. 3 кВА-дан 100 кВА-ға дейінгі орташа диапазондағы UPS жүйелерін литий-ионды технологияны қолдану арқылы жүзеге асыруға болады, бірақ шағын көлемдегі өндіріске байланысты олар айтарлықтай қымбат және VRLA батареяларын пайдаланатын дайын UPS жүйелерінен төмен.
Электрондық пошта арқылы сұрау жіберу арқылы қосымша мәліметтерді білуге және сервер бөлмесіне немесе деректер орталығына арналған литий-иондық батареяларды қолдану арқылы нақты шешімді талқылауға болады. , немесе компанияның веб-сайтында сұрау салу арқылы .
АШЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАР – сіздің мақсаттарыңыз бен міндеттеріңізге арнайы бейімделген әлемдік көшбасшылардың сенімді кешенді шешімдері.
автор: Куликов Олег
Жетекші инженер-конструктор
Интеграциялық шешімдер бөлімі
Open Technologies компаниясы
Ақпарат көзі: www.habr.com
