Tegenwoordig heeft bijna iedereen een telefoon op zak (smartphone, cameratelefoon, tablet) die qua prestaties beter presteert dan uw thuisdesktop, die u al jaren niet meer heeft bijgewerkt. Elke gadget die je hebt, heeft een lithium-polymeerbatterij. De vraag is nu: welke lezer zal zich precies herinneren wanneer de onherroepelijke overgang van ‘dialers’ naar multifunctionele apparaten plaatsvond?
Het is moeilijk... Je moet je geheugen belasten, onthoud het jaar waarin je je eerste 'slimme' telefoon kocht. Voor mij is het rond 2008-2010. Destijds bedroeg de capaciteit van een lithiumbatterij voor een gewone telefoon ongeveer 700 mAh; nu bereikt de capaciteit van telefoonbatterijen 4 mAh.
Een capaciteitstoename met 6 keer, ondanks het feit dat de grootte van de batterij grofweg slechts 2 keer is toegenomen.
Zoals wij Lithium-ionoplossingen voor UPS veroveren snel de markt, hebben een aantal onmiskenbare voordelen en (vooral in een serverruimte).
Vrienden, vandaag zullen we proberen oplossingen op basis van ijzer-lithiumfosfaat (LFP) en lithium-mangaan (LMO) batterijen te begrijpen en te vergelijken, hun voor- en nadelen te bestuderen en met elkaar te vergelijken op basis van een aantal specifieke indicatoren. Laat me je eraan herinneren dat beide soorten batterijen tot de lithium-ion- en lithium-polymeerbatterijen behoren, maar verschillen qua chemische samenstelling. Indien u geïnteresseerd bent in een vervolg, graag onder de kat.
Vooruitzichten voor lithiumtechnologieën in energieopslag
De huidige situatie in de Russische Federatie in 2017 was als volgt.
Met behulp van de bron: “Concept voor de ontwikkeling van elektriciteitsopslagsystemen in de Russische Federatie”, Ministerie van Energie van de Russische Federatie, 21 augustus 2017.
Zoals u kunt zien, liep de lithium-iontechnologie destijds voorop bij het benaderen van industriële productietechnologie (voornamelijk LFP-technologie).
Laten we vervolgens eens kijken naar de trends in de Verenigde Staten, of beter gezegd, naar de nieuwste versie van het document:
Referentie: ABBM zijn energiearrays voor ononderbroken stroomvoorzieningen, die in de elektriciteitsindustrie worden gebruikt voor:
- Reservering van elektriciteit voor bijzonder belangrijke verbruikers in geval van onderbrekingen in de stroomvoorziening voor eigen behoeften (SN) 0,4 kV op een onderstation (PS).
- Als “buffer”-aandrijving voor alternatieve bronnen.
- Compensatie voor stroomtekorten tijdens piekverbruik om de elektriciteitsopwekkings- en transmissiefaciliteiten te ontlasten.
- Accumulatie van energie gedurende de dag wanneer de kosten laag zijn ('s nachts).
Zoals we kunnen zien, bekleedden Li-Ion-technologieën vanaf 2016 stevig de leidende positie en lieten een snelle meervoudige groei zien in zowel vermogen (MW) als energie (MWh).
In hetzelfde document kunnen we het volgende lezen:
“Lithium-ion-technologieën vertegenwoordigen eind 80 meer dan 2016% van de toegevoegde stroom en energie die door ABBM-systemen in de Verenigde Staten werd gegenereerd. Lithium-ionbatterijen hebben een zeer efficiënte laadcyclus en geven het verzamelde vermogen sneller vrij. Bovendien hebben ze een hoge energiedichtheid (vermogensdichtheid, nota van de auteur) en hoge uitgangsstromen, wat heeft geleid tot hun keuze als batterijen voor draagbare elektronica en elektrische voertuigen.”
Laten we proberen twee lithium-ionbatterijtechnologieën voor UPS te vergelijken
We zullen prismatische cellen vergelijken die zijn gebouwd op LMO- en LFP-chemie. Het zijn deze twee technologieën (met variaties zoals LMO-NMC) die nu de belangrijkste industriële ontwerpen vormen voor verschillende elektrische voertuigen en elektrische voertuigen.
Een lyrische uitweiding over batterijen in elektrische voertuigen kunt u hier lezenU vraagt zich af: wat heeft elektrisch vervoer ermee te maken? Laat me het uitleggen: de actieve verspreiding van elektrische voertuigen die gebruik maken van Li-Ion-technologieën heeft het stadium van prototypes al lang overtroffen. En zoals we weten, komen alle nieuwste technologieën naar ons toe vanuit dure, nieuwe gebieden van het leven. Er kwamen bijvoorbeeld veel autotechnologieën naar ons toe vanuit de Formule 1, veel nieuwe technologieën kwamen in ons leven vanuit de ruimtevaartsector, enzovoort... Daarom dringen naar onze mening lithium-iontechnologieën nu door in industriële oplossingen.
Laten we eens kijken naar een vergelijkingstabel tussen de belangrijkste fabrikanten, de batterijchemie en de autobedrijven zelf die actief elektrische voertuigen (hybriden) produceren.
We selecteren uitsluitend prismatische cellen die passen bij de vormfactor voor gebruik in een UPS. Zoals je ziet is lithiumtitanaat (LTO-NMC) een buitenbeentje als het gaat om specifieke opgeslagen energie. Er blijven drie fabrikanten over van prismatische cellen die geschikt zijn voor gebruik in industriële oplossingen, met name UPS-batterijen.
Ik citeer en vertaal uit het document “Levenscyclusanalyse van lithiumelektrode met lange levensduur voor batterijen van elektrische voertuigen – cel voor LEAF-, Tesla- en VOLVO-bussen” (origineel “Levenscyclusanalyse van lithiumelektrode met lange levensduur voor batterijen van elektrische voertuigen – cel voor LEAF , Tesla en Volvo bus" gedateerd 11 december 2017 van Mats Zackrisson. Het onderzoekt vooral de chemische processen in voertuigaccu's, de invloed van trillingen en klimatologische bedrijfsomstandigheden, en schade aan het milieu. Er is echter één interessante zin met betrekking tot de vergelijking van twee lithium-ionbatterijtechnologieën.
In mijn vrije vertaling ziet het er zo uit:
NMC-technologie laat een lagere milieu-impact per voertuigkilometer zien dan LFP-technologie met een metalen anode-batterijcel, maar het is moeilijk om fouten te verminderen of te elimineren. Het hoofdidee is dit: de hogere energiedichtheid van de NMC resulteert in een lager gewicht en dus een lager energieverbruik.
1) LMO-technologie voor prismatische cellen, fabrikant , kost $ 400.
Uiterlijk van de LMO-cel
2) Prismatische cel-LFP-technologie, fabrikant , kost $ 160.
Verschijning van een LFP-cel
3) Laten we ter vergelijking een reservebatterij voor vliegtuigen toevoegen die is gebouwd op LFP-technologie en dezelfde batterij die heeft deelgenomen aan het sensationele schandaal , fabrikant True Blue Power.
Uiterlijk van de TB44-batterij
4) Laten we voor de objectiviteit een standaard UPS-batterij toevoegen
Uiterlijk van een klassieke UPS-batterij
Laten we de brongegevens in een tabel plaatsen.
Zoals we kunnen zien, hebben LMO-cellen inderdaad de hoogste energie-efficiëntie; klassiek lood is minstens twee keer zo energie-efficiënt.
Het is voor iedereen duidelijk dat een BMS-systeem voor een Li-Ion-batterijarray gewicht zal toevoegen aan deze oplossing, dat wil zeggen dat het de specifieke energie met ongeveer 20 procent zal verminderen (het verschil tussen het nettogewicht van de batterijen en de volledige oplossing rekening houdend met de GBS-systemen, moduleomhulsel, batterijkastcontroller). Er wordt aangenomen dat de massa van de jumpers, batterijschakelaar en batterijbehuizing voorwaardelijk gelijk is voor lithium-ionbatterijen en de batterijreeks van loodzuurbatterijen.
Laten we nu proberen de berekende parameters te vergelijken. In dit geval accepteren we de ontladingsdiepte voor lood op 70% en voor Li-Ion op 90%.
Merk op dat de lage specifieke energie voor een vliegtuigbatterij te wijten is aan het feit dat de batterij zelf (die als een module kan worden beschouwd) is ingesloten in een metalen, vuurvaste behuizing, connectoren heeft en een verwarmingssysteem heeft voor gebruik bij lage temperaturen. Ter vergelijking wordt een berekening gegeven voor één cel in de TB44-batterij, waaruit we kunnen concluderen dat de kenmerken vergelijkbaar zijn met die van een conventionele LFP-cel. Daarnaast is de vliegtuigaccu ontworpen voor hoge laad-/ontlaadstromen, wat gepaard gaat met de noodzaak om het vliegtuig snel klaar te maken voor een nieuwe vlucht op de grond en een grote ontlaadstroom bij bijvoorbeeld een noodsituatie aan boord. verlies van stroom aan boord
Dit is trouwens hoe de fabrikant zelf verschillende soorten vliegtuigbatterijen vergelijkt
Zoals we uit de tabellen zien:
1) Het vermogen van de batterijkast is bij LMO-technologie hoger.
2) Het aantal batterijcycli voor LFP is hoger.
3) Het soortelijk gewicht voor LFP is lager; dienovereenkomstig is bij dezelfde capaciteit de batterijbehuizing op basis van ijzer-lithiumfosfaattechnologie groter.
4) LFP-technologie is minder gevoelig voor thermische overstroming, wat te wijten is aan de chemische structuur ervan. Als gevolg hiervan wordt het als relatief veilig beschouwd.
Voor degenen die duidelijk willen begrijpen hoe lithium-ionbatterijen kunnen worden gecombineerd tot een batterijarray om met een UPS te werken, raad ik aan hier eens te kijken.Dit diagram bijvoorbeeld. In dit geval is het nettogewicht van de batterijen 340 kg, de capaciteit is 100 ampère-uur.
Of een circuit voor LFP 160S2P, waarbij de nettomassa van de batterijen 512 kg zal zijn en de capaciteit 200 ampère-uur zal zijn.
CONCLUSIE: Ondanks het feit dat batterijen met de chemie van ijzer-lithiumfosfaat (LiFeO4, LFP) meestal in elektrische voertuigen worden gebruikt, hebben hun eigenschappen een aantal voordelen ten opzichte van de chemische formule van de LMO: ze maken opladen met een hogere stroom mogelijk en zijn minder gevoelig met het risico op thermische runaway. Welk type batterijen hij moet kiezen, blijft ter beoordeling van de leverancier van een kant-en-klare geïntegreerde oplossing, die dit bepaalt aan de hand van een aantal criteria, en niet in de laatste plaats de kosten van de batterijarray als onderdeel van de UPS. Op dit moment is elk type lithium-ionbatterij nog steeds goedkoper dan klassieke oplossingen, maar het hoge specifieke vermogen van lithiumbatterijen per massa-eenheid en de kleinere afmetingen zullen in toenemende mate de keuze voor nieuwe energieopslagapparaten bepalen. In sommige gevallen bepaalt het lagere brutogewicht van de UPS de keuze voor nieuwe technologieën. Dit proces zal volledig onopgemerkt plaatsvinden en wordt momenteel gehinderd door de hoge kosten in het lage prijssegment (huishoudelijke oplossingen) en de traagheid van het denken over de brandveiligheid van lithium bij klanten die op zoek zijn naar de beste UPS-opties in de industriële UPS. segment met een capaciteit van meer dan 100 kVA. Het UPS-vermogen in het middensegment van 3 kVA tot 100 kVA kan worden geïmplementeerd met behulp van lithium-iontechnologieën, maar vanwege de kleinschalige productie is het vrij duur en inferieur aan kant-en-klare seriële UPS-modellen die VRLA-batterijen gebruiken.
U kunt meer details vinden en een specifieke oplossing bespreken met behulp van lithium-ionbatterijen voor uw serverruimte of datacenter door een verzoek per e-mail te sturen , of door een verzoek in te dienen op de website van het bedrijf .
OPEN TECHNOLOGIEËN – betrouwbare totaaloplossingen van wereldleiders, specifiek aangepast aan uw doelstellingen.
auteur: Kulikov Oleg
Toonaangevend ontwerpingenieur
Afdeling Integratieoplossingen
OpenTechnologiebedrijf
Bron: www.habr.com