리튬이온 UPS: LMO 또는 LFP 중 어떤 유형의 배터리를 선택해야 합니까?

오늘날 거의 모든 사람이 주머니에 휴대폰(스마트폰, 카메라폰, 태블릿)을 갖고 있는데, 이는 성능 측면에서 몇 년 동안 업데이트하지 않은 가정용 데스크톱보다 성능이 뛰어납니다. 가지고 있는 모든 장치에는 리튬 폴리머 배터리가 있습니다. 이제 문제는 "다이얼러"에서 다기능 장치로의 돌이킬 수 없는 전환이 발생한 시기를 정확히 어떤 독자가 기억할 것인가입니다.

어렵습니다... 기억력에 부담을 주어야 합니다. 첫 번째 "스마트" 휴대폰을 구입한 해를 기억해야 합니다. 나에게는 2008~2010년 쯤이다. 당시 일반 휴대폰의 리튬 배터리 용량은 약 700mAh였지만, 현재 휴대폰 배터리 용량은 4mAh에 달합니다.

대략적으로 배터리 크기가 6배만 늘어났음에도 불구하고 용량이 2배 증가했습니다.

우리처럼 우리 기사에서 이미 논의한, UPS용 리튬 이온 솔루션은 빠르게 시장을 장악하고 있으며 부인할 수 없는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 사용하기에 꽤 안전하다 (특히 서버실에서).

친구 여러분, 오늘 우리는 LFP(철-리튬 인산염) 및 LMO(리튬-망간) 배터리를 기반으로 한 솔루션을 이해하고 비교하고, 장점과 단점을 연구하고, 여러 특정 지표에 따라 서로 비교해 보겠습니다. 두 가지 유형의 배터리 모두 리튬 이온, 리튬 폴리머 배터리에 속하지만 화학 성분이 다릅니다. 계속 보고 싶으시면 고양이 아래로 가주세요.

에너지 저장 분야의 리튬 기술 전망

2017년 러시아 연방의 현재 상황은 다음과 같습니다.

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출처 사용: "러시아 연방의 전력 저장 시스템 개발 개념", 러시아 연방 에너지부, 21년 2017월 XNUMX일.

보시다시피 당시 리튬이온 기술은 산업생산 기술(주로 LFP 기술)에 접근하는데 앞장섰습니다.

다음으로 미국의 동향을 살펴보겠습니다. 보다 정확하게는 문서의 최신 버전을 살펴보겠습니다.

참고: ABBM은 전력 산업에서 다음과 같은 용도로 사용되는 무정전 전원 공급 장치용 에너지 어레이입니다.

• 변전소(PS)에서 자체 필요(SN) 0,4kV에 대한 전원 공급이 중단되는 경우 특히 중요한 소비자를 위한 전기 예약.
• 대체 소스를 위한 "버퍼" 드라이브로 사용됩니다.
• 전력생산 및 송전설비의 완화를 위해 전력소비 피크시 전력부족을 보상합니다.
• 비용이 저렴한 낮(야간) 동안 에너지 축적.

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보시다시피, 리튬이온 기술은 2016년 현재 선두 위치를 확고히 유지하며 전력(MW)과 에너지(MWh) 모두에서 빠른 다중 성장을 보였습니다.

같은 문서에서 다음 내용을 읽을 수 있습니다.

“리튬이온 기술은 80년 말 미국 ABBM 시스템이 생성한 추가 전력 및 에너지의 2016% 이상을 차지합니다. 리튬 이온 배터리는 충전 주기가 매우 효율적이며 축적된 전력을 더 빠르게 방출합니다. 게다가 에너지 밀도(전력밀도, 작성자 주)가 높고 출력 전류도 높아 휴대용 전자기기, 전기차용 배터리로 선택하게 됐다”고 설명했다.

UPS용 두 가지 리튬 이온 배터리 기술을 비교해 보겠습니다.

LMO와 LFP 화학을 기반으로 구축된 각형 셀을 비교해 보겠습니다. 현재 다양한 전기 자동차와 전기 자동차의 주요 산업 디자인이 된 것은 이 두 가지 기술(LMO-NMC와 같은 변형)입니다.

전기 자동차 배터리에 대한 서정적 여담은 여기에서 읽을 수 있습니다.전기 운송이 그것과 무슨 관련이 있습니까? 설명하겠습니다. 리튬 이온 기술을 사용하는 전기 자동차의 활발한 확산은 오랫동안 프로토타입 단계를 넘어섰습니다. 그리고 우리가 알고 있듯이 모든 최신 기술은 값비싼 새로운 삶의 영역에서 우리에게 왔습니다. 예를 들어, Formula 1에서 많은 자동차 기술이 우리에게 왔고 우주 부문에서 많은 신기술이 우리 삶에 들어 왔습니다. 따라서 우리 의견으로는 리튬 이온 기술이 이제 산업 솔루션에 침투하고 있습니다.

전기차(하이브리드)를 활발하게 생산하고 있는 주요 제조사, 배터리 화학, 자동차 회사들 간의 비교표를 살펴보겠습니다.

UPS에 사용하기 위한 폼 팩터에 맞는 각형 셀만 선택합니다. 보시다시피 티탄산리튬(LTO-NMC)은 특정 저장 에너지 측면에서 아웃사이더입니다. 산업용 솔루션, 특히 UPS 배터리에 사용하기에 적합한 각형 셀 제조업체는 XNUMX곳이 남아 있습니다.

"전기 자동차 배터리용 장수명 리튬 전극의 수명 평가 - LEAF, Tesla 및 VOLVO 버스용 셀" 문서를 인용 및 번역하겠습니다. (원본 "전기 자동차 배터리용 장수명 리튬 전극의 수명 평가 - LEAF용 셀") , Tesla and Volvo 버스"(11년 2017월 XNUMX일 Mats Zackrisson 작성). 주로 차량 배터리의 화학 공정, 진동의 영향 및 기후 작동 조건, 환경에 대한 유해성을 조사합니다. 그러나 비교와 관련하여 흥미로운 문구가 하나 있습니다. 두 가지 리튬이온 배터리 기술 중 하나입니다.

내 무료 번역에서는 다음과 같습니다.

NMC 기술은 금속양극 배터리 셀을 적용한 LFP 기술에 비해 차량 킬로미터당 환경에 미치는 영향이 낮지만 오류를 줄이거나 없애기가 어렵습니다. 주요 아이디어는 NMC의 에너지 밀도가 높을수록 무게가 낮아지고 그에 따라 전력 소비도 낮아진다는 것입니다.

1) 각형셀 LMO 기술, 제조사 미국 CPEC, 비용은 $400입니다.

LMO 셀의 모습

2) 각형 셀 LFP 기술, 제조사 AA 포터블 파워 코퍼레이션, 비용은 $160입니다.

LFP 셀의 모습

3) 비교를 위해 LFP 기술을 기반으로 제작된 항공기 백업 배터리와 선정적인 스캔들에 참여한 동일한 배터리를 추가해 보겠습니다. 2013년 보잉 화재, 제조업체 True Blue Power.

TB44 배터리의 모습

4) 객관성을 위해 표준 UPS 배터리를 추가해 보겠습니다. 납산/Portalac/PXL12090, 12V.
클래식 UPS 배터리의 모습

소스 데이터를 테이블에 넣어 보겠습니다.

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보시다시피, 실제로 LMO 셀은 가장 높은 에너지 효율성을 가지며, 클래식 납은 에너지 효율성이 최소 두 배 이상 높습니다.

리튬 이온 배터리 어레이용 BMS 시스템이 이 솔루션에 무게를 더할 것이라는 점은 모든 사람에게 분명합니다. 즉, 비에너지를 약 20%(배터리 순 중량과 전체 솔루션 간의 차이)만큼 줄일 것입니다. BMS 시스템, 모듈 쉘, 배터리 캐비닛 컨트롤러를 고려). 점퍼, 배터리 스위치 및 배터리 캐비닛의 질량은 리튬 이온 배터리와 납축 배터리의 배터리 배열에 대해 조건적으로 동일한 것으로 가정됩니다.

이제 계산된 매개변수를 비교해 보겠습니다. 이 경우 납의 방전 깊이는 70%, 리튬 이온의 방전 깊이는 90%로 간주됩니다.

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항공기 배터리의 낮은 비에너지는 배터리 자체(모듈로 간주될 수 있음)가 금속 내화 케이스로 둘러싸여 있고 저온 조건에서 작동하기 위한 커넥터와 가열 시스템이 있기 때문입니다. 비교를 위해 TB44 배터리의 한 셀에 대한 계산이 제공되며, 이를 통해 특성이 기존 LFP 셀과 유사하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 또한, 항공기 배터리는 높은 충전/방전 전류를 위해 설계되었습니다. 이는 항공기가 지상에서 새로운 비행을 신속하게 준비할 필요성과 기내 비상 상황 시 큰 방전 전류를 필요로 하기 때문입니다. 예를 들어, 온보드 전원 손실
그건 그렇고, 이것은 제조업체가 다양한 유형의 항공기 배터리를 비교하는 방법입니다.

표에서 볼 수 있듯이:

1) LMO 기술의 경우 배터리 캐비닛의 전력이 더 높습니다.
2) LFP의 배터리 사이클 횟수가 더 높습니다.
3) LFP의 비중은 낮기 때문에 동일한 용량으로 인산철-리튬 기술을 기반으로 한 배터리 캐비닛이 더 큽니다.
4) LFP 기술은 화학구조상 열폭주 현상이 덜 발생합니다. 결과적으로 비교적 안전한 것으로 간주됩니다.

리튬 이온 배터리를 배터리 배열로 결합하여 UPS와 함께 작동하는 방법을 명확하게 이해하고 싶다면 여기를 살펴보는 것이 좋습니다.예를 들어, 이 다이어그램입니다. 이 경우 배터리의 순중량은 340kg이고 용량은 100암페어시입니다.

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또는 배터리의 순 질량이 160kg이고 용량이 2암페어-시간인 LFP 512S200P용 회로입니다.

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결론 : 인산철리튬(LiFeO4, LFP) 화학을 사용하는 배터리는 주로 전기 자동차에 사용된다는 사실에도 불구하고 해당 배터리의 특성은 LMO 화학식에 비해 많은 장점이 있으며 더 높은 전류에서 충전이 가능하고 덜 민감합니다. 열 폭주 위험이 있습니다. 선택할 배터리 유형은 기성 통합 솔루션 공급업체의 재량에 따라 결정되며, 공급업체는 다양한 기준에 따라 이를 결정하며, 무엇보다도 UPS의 일부인 배터리 어레이 비용이 중요합니다. 현재 모든 유형의 리튬 이온 배터리는 기존 솔루션에 비해 비용면에서 여전히 열등하지만 단위 질량당 리튬 배터리의 높은 특정 출력과 더 작은 크기로 인해 새로운 에너지 저장 장치에 대한 선택이 점점 더 결정될 것입니다. 어떤 경우에는 UPS의 낮은 총 중량이 새로운 기술에 대한 선택을 결정합니다. 이 프로세스는 전혀 눈에 띄지 않게 진행되며 현재 저가 부문(가정용 솔루션)의 높은 비용과 산업용 UPS에서 최고의 UPS 옵션을 찾고 있는 고객 사이에서 리튬의 화재 안전에 대한 관성적인 사고로 인해 방해를 받고 있습니다. 용량이 100kVA 이상인 세그먼트. 3kVA ~ 100kVA의 중간 세그먼트 수준의 UPS 전력은 리튬 이온 기술을 사용하여 구현할 수 있지만 소규모 생산으로 인해 VRLA 배터리를 사용하는 기성 직렬 UPS 모델보다 가격이 비싸고 열등합니다.

이메일로 요청을 보내면 서버룸이나 데이터 센터에 리튬 이온 배터리를 사용하는 특정 솔루션에 대해 자세히 알아보고 논의할 수 있습니다. [이메일 보호], 또는 회사 홈페이지를 통해 요청 www.ot.ru.

개방형 기술 – 귀하의 목표와 목적에 맞게 특별히 조정된 세계 리더들의 신뢰할 수 있는 종합 솔루션입니다.

저자 : 쿨리코프 올렉
선도적인 설계 엔지니어
통합 솔루션 부서
개방형 기술 회사

출처 : habr.com