Бүгінгі күні әркімнің дерлік қалтасында бірнеше жыл бойы жаңартпаған үй жұмыс үстелінен өнімділігі жағынан асып түсетін телефон (смартфон, камералы телефон, планшет) бар. Сізде бар әрбір гаджетте литий-полимерлі батарея бар. Енді сұрақ туындайды: «тергіштерден» көп функциялы құрылғыларға қайтымсыз көшу қашан болғанын қай оқырман дәл есіне алады?
Қиын... Жадыңызды қатайтуыңыз керек, бірінші «ақылды» телефонды сатып алған жылыңызды есте сақтаңыз. Мен үшін бұл шамамен 2008-2010 жылдар. Ол кезде қарапайым телефонға арналған литий батареясының сыйымдылығы шамамен 700 мАч болса, қазір телефон батареяларының сыйымдылығы 4 мың мАч-қа жетеді.
Сыйымдылықты 6 есеге арттыру, шамамен айтқанда, аккумулятордың көлемі 2 есеге ғана өскеніне қарамастан.
Қалаймыз , UPS үшін литий-ионды шешімдер нарықты тез жаулап алуда, бірқатар даусыз артықшылықтарға ие және (әсіресе сервер бөлмесінде).
Достар, бүгін біз темір-литий фосфат (LFP) және литий-марганец (LMO) батареяларына негізделген шешімдерді түсінуге және салыстыруға, олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін зерттеуге және бірқатар нақты көрсеткіштер бойынша бір-бірімен салыстыруға тырысамыз. Естеріңізге сала кетейін, батареялардың екі түрі де литий-иондық, литий-полимерлі батареяларға жатады, бірақ химиялық құрамы бойынша ерекшеленеді. Егер сізді жалғасы қызықтырса, мысықтың астына өтіңіз.
Энергияны сақтаудағы литий технологияларының болашағы
2017 жылы Ресей Федерациясындағы ағымдағы жағдай келесідей болды.
Дереккөзді пайдалану: «Ресей Федерациясында электр энергиясын сақтау жүйесін дамыту тұжырымдамасы», Ресей Федерациясының Энергетика министрлігі, 21 тамыз 2017 ж.
Көріп отырғаныңыздай, ол кезде литий-ионды технология өнеркәсіптік өндіріс технологиясына (ең алдымен LFP технологиясына) жақындауда жетекші орында болды.
Әрі қарай, АҚШ-тағы тенденцияларды 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 электр энергиясын резервтеу.
- Балама көздер үшін «буфер» дискісі ретінде.
- Электр энергиясын өндіру және беру объектілерін жеңілдету үшін ең жоғары тұтыну кезінде қуат тапшылығын өтеу.
- Күндізгі уақытта энергияның жинақталуы оның құны төмен (түнде).
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 технологиялар 80 жылдың соңында Америка Құрама Штаттарындағы ABBM жүйелері өндіретін қосымша қуат пен энергияның 2016%-дан астамын құрайды. Литий-ионды батареялар жоғары тиімді зарядтау цикліне ие және жинақталған қуатты тезірек босатады. Сонымен қатар, олардың жоғары энергия тығыздығы (қуат тығыздығы, автордың ескертпесі) және жоғары шығыс токтары бар, бұл олардың портативті электроника мен электр көліктеріне арналған батареялар ретінде таңдауына әкелді.
UPS үшін екі литий-иондық батарея технологиясын салыстыруға тырысайық
Біз LMO және LFP химиясына негізделген призмалық жасушаларды салыстырамыз. Дәл осы екі технология (LMO-NMC сияқты вариациялары бар) қазіргі уақытта әртүрлі электр көліктері мен электр көліктерінің негізгі өнеркәсіптік үлгілері болып табылады.
Электрлік көліктердегі аккумуляторлар туралы лирикалық экспрессті осы жерден оқуға боладыСіз сұрайсыз, оған электр көлігінің қандай қатысы бар? Түсіндіруге рұқсат етіңіз: Li-Ion технологияларын қолданатын электр көліктерінің белсенді таралуы прототиптер сатысынан әлдеқашан асып түсті. Және біз білетіндей, барлық соңғы технологиялар бізге өмірдің қымбат, жаңа салаларынан келеді. Мысалы, Формула 1-ден бізге көптеген автомобиль технологиялары келді, көптеген жаңа технологиялар біздің өмірімізге ғарыш секторынан келді және т.б. Сондықтан, біздің ойымызша, литий-иондық технологиялар қазір өнеркәсіптік шешімдерге еніп жатыр.
Негізгі өндірушілер, аккумуляторлар химиясы және электромобильдерді (гибридтерді) белсенді түрде шығаратын автомобиль компанияларының өздері арасындағы салыстыру кестесін қарастырайық.
Біз UPS жүйесінде пайдалану үшін пішін факторына сәйкес келетін тек призмалық ұяшықтарды таңдаймыз. Көріп отырғаныңыздай, литий титанаты (LTO-NMC) белгілі бір жинақталған энергия тұрғысынан аутсайдер болып табылады. Өнеркәсіптік шешімдерде, әсіресе UPS батареяларында қолдануға жарамды призматикалық ұяшықтардың үш өндірушісі қалды.
Мен құжаттан дәйексөз келтіремін және аударамын «Электр көліктерінің батареялары үшін ұзақ қызмет ететін литий электродының өмірлік циклін бағалау- LEAF, Tesla және VOLVO автобустары үшін ұяшық» (Түпнұсқа «Электр көліктерінің батареялары үшін ұзақ мерзімді литий электродының өмірлік циклін бағалау- LEAF үшін ұяшық) , Tesla және Volvo bus» 11 жылғы 2017 желтоқсандағы Матс Закриссоннан. Ол негізінен көлік аккумуляторларындағы химиялық процестерді, діріл мен климаттық жұмыс жағдайларының әсерін және қоршаған ортаға зиянын зерттейді. Дегенмен, салыстыруға қатысты бір қызықты сөйлем бар. екі литий-ионды батарея технологиясы.
Менің еркін аудармамда ол келесідей көрінеді:
NMC технологиясы металл анодты аккумулятор ұяшығы бар LFP технологиясына қарағанда көлік километріне қоршаған ортаға әсерді азырақ көрсетеді, бірақ қателерді азайту немесе жою қиын. Негізгі идея мынада: NMC энергиясының жоғары тығыздығы салмақтың төмендеуіне әкеледі және осылайша қуат тұтынуды азайтады.
1) Призмалық жасуша LMO технологиясы, өндіруші , құны 400 доллар.
LMO жасушасының сыртқы түрі
2) Призматикалық ұяшық LFP технологиясы, өндіруші , құны 160 доллар.
LFP ұяшығының пайда болуы
3) Салыстыру үшін LFP технологиясына негізделген ұшақтың резервтік батареясын және сенсациялық жанжалға қатысқан бірдей батареяны қосайық. , өндіруші True Blue Power.
TB44 батареясының сыртқы түрі
4) Объективті болу үшін стандартты UPS батареясын қосайық
Классикалық UPS аккумуляторының сыртқы түрі
Бастапқы деректерді кестеге салайық.
Көріп отырғанымыздай, шын мәнінде, LMO жасушалары ең жоғары энергия тиімділігіне ие; классикалық қорғасын кем дегенде екі есе энергияны үнемдейді.
Ли-ионды батарея массивіне арналған BMS жүйесі бұл шешімге салмақ қосатыны, яғни меншікті энергияны шамамен 20 пайызға азайтатыны (батареялардың таза салмағы мен толық шешім арасындағы айырмашылық) барлығына түсінікті. BMS жүйелерін, модуль қабығын, батарея шкафының контроллерін ескере отырып). Литий-ионды аккумуляторлар мен қорғасын-қышқылды аккумуляторлардың аккумуляторлық массиві үшін секіргіштердің, аккумулятор қосқышының және аккумулятор шкафының массасы шартты түрде тең деп есептеледі.
Енді есептелген параметрлерді салыстыруға тырысайық. Бұл жағдайда қорғасын үшін ағызу тереңдігін 70%, ал Li-Ion үшін 90% деп қабылдаймыз.
Әуе кемесінің аккумуляторы үшін төмен меншікті энергия аккумулятордың өзі (модул ретінде қарастырылуы мүмкін) металл отқа төзімді қаптамамен қоршалған, қосқыштары және төмен температура жағдайында жұмыс істеуге арналған жылыту жүйесі бар екенін ескеріңіз. Салыстыру үшін TB44 аккумуляторындағы бір ұяшық үшін есеп берілген, оның негізінде сипаттамалар кәдімгі LFP ұяшығына ұқсас деген қорытынды жасауға болады. Сонымен қатар, әуе кемесінің аккумуляторы жоғары зарядтау/разрядтық токтарға арналған, бұл ұшақты жердегі жаңа ұшуға тез дайындау қажеттілігімен және борттағы төтенше жағдай кезінде үлкен разрядтық токпен байланысты, мысалы, борттық қуаттың жоғалуы
Айтпақшы, өндірушінің өзі әртүрлі типтегі ұшақ аккумуляторларын осылай салыстырады
Кестелерден көріп отырғанымыздай:
1) LMO технологиясы жағдайында батарея шкафының қуаты жоғарырақ.
2) LFP үшін батарея циклдарының саны көбірек.
3) LFP үшін үлес салмағы аз; сәйкес сыйымдылығы бірдей темір-литий фосфат технологиясына негізделген аккумулятор шкафы үлкенірек.
4) LFP технологиясы термиялық қашуға азырақ бейім, бұл оның химиялық құрылымына байланысты. Нәтижесінде ол салыстырмалы түрде қауіпсіз болып саналады.
Литий-иондық аккумуляторларды UPS-пен жұмыс істеу үшін батареялар массивіне қалай қосуға болатынын нақты түсінгісі келетіндер үшін осы жерден қарауды ұсынамын.Мысалы, бұл диаграмма. Бұл жағдайда батареялардың таза салмағы 340 кг, сыйымдылығы 100 ампер-сағат болады.
Немесе LFP 160S2P схемасы, онда батареялардың таза массасы 512 кг және сыйымдылығы 200 ампер-сағат болады.
ҚОРЫТЫНДЫ: Темір-литий фосфатының (LiFeO4, LFP) химиясы бар аккумуляторлар көбінесе электр көліктерінде қолданылатынына қарамастан, олардың сипаттамалары LMO химиялық формуласына қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие, олар жоғары токпен зарядтауға мүмкіндік береді және аз сезімтал. термиялық қашу қаупі. Батареялардың қандай түрін таңдау керек, оны бірқатар критерийлерге сәйкес анықтайтын дайын интеграцияланған шешім жеткізушісінің қалауы бойынша қалады, және ең бастысы, UPS бөлігі ретінде батареялар массивінің құны. Қазіргі уақытта литий-ионды аккумуляторлардың кез келген түрі бағасы бойынша классикалық шешімдерге қарағанда әлі де төмен, бірақ литий батареяларының массаға шаққандағы жоғары меншікті қуаты және кішірек өлшемдері энергияны сақтаудың жаңа құрылғыларын таңдауды көбірек анықтайды. Кейбір жағдайларда UPS-тің төменгі жалпы салмағы жаңа технологияларды таңдауды анықтайды. Бұл процесс мүлдем байқалмай өтеді және қазіргі уақытта төмен баға сегментіндегі жоғары бағамен (тұрмыстық шешімдер) және өнеркәсіптік UPS-тегі ең жақсы UPS нұсқаларын іздейтін тұтынушылар арасында литийдің өрт қауіпсіздігі туралы ойлаудың инерциясымен шектеледі. қуаты 100 кВА астам сегмент. 3 кВА-дан 100 кВА-ға дейінгі UPS қуатының орташа сегментінің деңгейі литий-ионды технологияларды қолдану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін, бірақ шағын өндірістің арқасында ол айтарлықтай қымбат және VRLA батареяларын пайдаланатын дайын сериялық UPS үлгілерінен 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