I dag har nesten alle en telefon i lommen (smarttelefon, kameratelefon, nettbrett) som kan utkonkurrere skrivebordet ditt hjemme, som du ikke har oppdatert på flere år, når det gjelder ytelse. Hver dings du har har et litiumpolymerbatteri. Nå er spørsmålet: hvilken leser vil huske nøyaktig når den ugjenkallelige overgangen fra "oppringere" til multifunksjonelle enheter fant sted?
Det er vanskelig... Du må anstrenge hukommelsen, husk året du kjøpte din første "smarttelefon". For meg er det rundt 2008-2010. På den tiden var kapasiteten til et litiumbatteri for en vanlig telefon omtrent 700 mAh; nå når kapasiteten til telefonbatterier 4 tusen mAh.
En økning i kapasiteten med 6 ganger, til tross for at størrelsen på batteriet grovt sett bare har økt med 2 ganger.
Som oss , litium-ion-løsninger for UPS erobrer raskt markedet, har en rekke ubestridelige fordeler og (spesielt i et serverrom).
Venner, i dag vil vi prøve å forstå og sammenligne løsninger basert på jern-litiumfosfat (LFP) og litium-mangan (LMO) batterier, studere deres fordeler og ulemper, og sammenligne med hverandre i henhold til en rekke spesifikke indikatorer. La meg minne deg på at begge typer batterier tilhører litium-ion, litium-polymer-batterier, men er forskjellige i kjemisk sammensetning. Hvis du er interessert i en fortsettelse, vær så snill, under katten.
Utsikter for litiumteknologier innen energilagring
Den nåværende situasjonen i den russiske føderasjonen i 2017 var som følger.
Ved å bruke kilden: "Konsept for utvikling av elektrisitetslagringssystemer i den russiske føderasjonen," Energidepartementet i den russiske føderasjonen, 21. august 2017.
Som du kan se, var litium-ion-teknologi på den tiden i ledelsen når det gjaldt industriell produksjonsteknologi (først og fremst LFP-teknologi).
Deretter, la oss se på trendene i USA, eller mer presist, vurdere den siste versjonen av dokumentet:
Referanse: ABBM er energimatriser for avbruddsfri strømforsyning, som brukes i den elektriske kraftindustrien for:
- Reservering av strøm til spesielt viktige forbrukere ved avbrudd i strømforsyningen til eget behov (SN) 0,4 kV ved nettstasjon (PS).
- Som en "buffer" for alternative kilder.
- Kompensasjon for strømmangel ved toppforbruk for å avlaste kraftproduksjon og overføringsanlegg.
- Akkumulering av energi på dagtid når kostnadene er lave (om natten).
Som vi kan se, hadde Li-Ion-teknologier fra og med 2016 den ledende posisjonen og viste rask multippel vekst i både kraft (MW) og energi (MWh).
I samme dokument kan vi lese følgende:
"Lithium-ion-teknologier representerer mer enn 80 % av den ekstra kraften og energien generert av ABBM-systemer i USA ved slutten av 2016. Litium-ion-batterier har en svært effektiv ladesyklus og frigjør akkumulert kraft raskere. I tillegg har de høy energitetthet (krafttetthet, forfatterens notat) og høye utgangsstrømmer, noe som har ført til at de har valgt som batterier for bærbar elektronikk og elektriske kjøretøy.»
La oss prøve å sammenligne to litium-ion-batteriteknologier for UPS
Vi vil sammenligne prismatiske celler bygget på LMO- og LFP-kjemi. Det er disse to teknologiene (med variasjoner som LMO-NMC) som nå er de viktigste industrielle designene for ulike elektriske kjøretøy og elektriske kjøretøy.
En lyrisk digresjon om batterier i elektriske kjøretøy kan leses herDu spør, hva har elektrisk transport med det å gjøre? La meg forklare: den aktive spredningen av elektriske kjøretøyer som bruker Li-Ion-teknologier har lenge overgått prototyper. Og som vi vet, kommer alle de nyeste teknologiene til oss fra dyre, nye områder av livet. For eksempel kom mange bilteknologier til oss fra Formel 1, mange nye teknologier kom inn i livene våre fra romfartssektoren, og så videre... Derfor, etter vår mening, trenger litium-ion-teknologier nå inn i industrielle løsninger.
La oss se på en sammenligningstabell mellom hovedprodusentene, batterikjemi og bilselskapene selv som aktivt produserer elektriske kjøretøy (hybrider).
Vi vil velge utelukkende prismatiske celler som passer til formfaktoren for bruk i en UPS. Som du kan se, er litiumtitanat (LTO-NMC) en outsider når det gjelder spesifikk lagret energi. Det gjenstår tre produsenter av prismatiske celler egnet for bruk i industrielle løsninger, spesielt UPS-batterier.
Jeg vil sitere og oversette fra dokumentet "Life cycle assessment of long life lithium electrode for electric vehicle batteries-cell for LEAF, Tesla and VOLVO buses" (Original "Life cycle assessment of long life lithium electrode for electric vehicle batteries-cell for LEAF) , Tesla og Volvo buss" datert 11. desember 2017 fra Mats Zackrisson. Den undersøker for det meste de kjemiske prosessene i kjøretøybatterier, påvirkningen av vibrasjoner og klimatiske driftsforhold, og skade på miljøet. Det er imidlertid en interessant setning angående sammenligningen av to litium-ion batteriteknologier.
I min frie oversettelse ser det slik ut:
NMC-teknologi viser lavere miljøbelastning per kjøretøykilometer enn LFP-teknologi med en metallanodebattericelle, men det er vanskelig å redusere eller eliminere feil. Hovedideen er denne: den høyere energitettheten til NMC resulterer i lavere vekt og dermed lavere strømforbruk.
1) Prismatisk celle LMO-teknologi, produsent , koster $400.
Utseendet til LMO-cellen
2) Prismatisk celle LFP-teknologi, produsent , koster $160.
Utseendet til en LFP-celle
3) For sammenligning, la oss legge til et fly backup-batteri bygget på LFP-teknologi og det samme som deltok i den oppsiktsvekkende skandalen , produsent True Blue Power.
Utseendet til TB44-batteriet
4) For objektivitet, la oss legge til et standard UPS-batteri
Utseendet til et klassisk UPS-batteri
La oss legge kildedataene inn i en tabell.
Som vi kan se, har LMO-celler den høyeste energieffektiviteten; klassisk bly er minst dobbelt så energieffektivt.
Det er klart for alle at et BMS-system for en Li-Ion-batterigruppe vil legge vekt på denne løsningen, det vil si at den vil redusere den spesifikke energien med omtrent 20 prosent (forskjellen mellom nettovekten til batteriene og den komplette løsningen). tar hensyn til BMS-systemene, modulskall, batteriskapkontroller). Massen til jumperne, batteribryteren og batteriskapet antas å være betinget lik for litium-ion-batterier og batterigruppen til bly-syre-batterier.
La oss nå prøve å sammenligne de beregnede parameterne. I dette tilfellet vil vi godta utslippsdybden for bly som 70 %, og for Li-Ion som 90 %.
Merk at den lave spesifikke energien for et flybatteri skyldes at selve batteriet (som kan betraktes som en modul) er innelukket i et brannsikkert metallhus, har kontakter og et varmesystem for drift under lave temperaturforhold. Til sammenligning er det gitt en beregning for én celle i TB44-batteriet, hvorfra vi kan konkludere med at egenskapene ligner på en konvensjonell LFP-celle. I tillegg er flybatteriet konstruert for høye lade-/utladningsstrømmer, noe som er forbundet med behovet for raskt å klargjøre flyet for en ny flyging på bakken og stor utladningsstrøm ved en nødsituasjon om bord, f.eks. tap av strøm om bord
Det er forresten slik produsenten selv sammenligner ulike typer flybatterier
Som vi ser av tabellene:
1) Effekten til batteriskapet i tilfelle av LMO-teknologi er høyere.
2) Antall batterisykluser for LFP er høyere.
3) Egenvekten for LFP er mindre; følgelig, med samme kapasitet, er batteriskapet basert på jern-litiumfosfatteknologi større.
4) LFP-teknologi er mindre utsatt for termisk løping, noe som skyldes dens kjemiske struktur. Som et resultat anses det som relativt trygt.
For de som ønsker å forstå hvordan litium-ion-batterier kan kombineres til en batterigruppe for å fungere med en UPS, anbefaler jeg å ta en titt her.For eksempel dette diagrammet. I dette tilfellet vil nettovekten til batteriene være 340 kg, kapasiteten vil være 100 amperetimer.
Eller en krets for LFP 160S2P, hvor nettomassen til batteriene vil være 512 kg og kapasiteten vil være 200 amperetimer.
KONKLUSJON: Til tross for at batterier med kjemien til jern-litiumfosfat (LiFeO4, LFP) mest brukes i elektriske kjøretøy, har deres egenskaper en rekke fordeler i forhold til den kjemiske formelen LMO, de tillater lading med høyere strøm og er mindre utsatt. til risikoen for termisk løping. Hvilken type batterier som skal velges forblir opp til leverandøren av en ferdig integrert løsning, som bestemmer dette etter en rekke kriterier, og ikke minst er kostnaden for batterimatrisen som en del av UPS. For øyeblikket er enhver type litiumionbatterier fortsatt dårligere enn klassiske løsninger, men den høye spesifikke kraften til litiumbatterier per masseenhet og mindre dimensjoner vil i økende grad avgjøre valget mot nye energilagringsenheter. I noen tilfeller avgjør den lavere bruttovekten til UPS-en valget mot ny teknologi. Denne prosessen vil foregå helt ubemerket, og er foreløpig hemmet av de høye kostnadene i lavprissegmentet (husholdningsløsninger) og treghet med å tenke på brannsikkerheten til litium blant kunder som leter etter de beste UPS-alternativene i industriell UPS segment med en kapasitet på mer enn 100 kVA. Midtsegmentnivået for UPS-effekt fra 3 kVA til 100 kVA kan implementeres ved hjelp av litium-ion-teknologier, men på grunn av småskala produksjon er det ganske dyrt og dårligere enn ferdiglagde serielle UPS-modeller som bruker VRLA-batterier.
Du kan finne ut flere detaljer og diskutere en spesifikk løsning med litium-ion-batterier for serverrommet eller datasenteret ditt ved å sende en forespørsel via e-post , eller ved å gjøre en forespørsel på selskapets nettside .
ÅPNE TEKNOLOGIER – pålitelige helhetsløsninger fra verdensledere, tilpasset spesifikt til dine mål og mål.
Forfatter: Kulikov Oleg
Ledende designingeniør
Avdeling for integrasjonsløsninger
Open Technologies Company
Kilde: www.habr.com