Dzisiaj prawie każdy ma w kieszeni telefon (smartfon, telefon z aparatem, tablet), który pod względem wydajności może przewyższyć komputer stacjonarny, którego nie aktualizowałeś od lat. Każdy gadżet, który posiadasz, ma baterię litowo-polimerową. Teraz pytanie brzmi: który z czytelników będzie pamiętał dokładnie, kiedy nastąpiło nieodwracalne przejście od „dialerów” do urządzeń wielofunkcyjnych?
To trudne... Trzeba wysilić pamięć, przypomnieć sobie rok, w którym kupiłeś swój pierwszy „smartfon”. W moim przypadku było to około 2008-2010 roku. Wówczas pojemność baterii litowej do zwykłego telefonu wynosiła około 700 mAh, obecnie pojemność baterii w telefonach sięga 4 tysięcy mAh.
Pojemność wzrosła sześciokrotnie, podczas gdy, mówiąc w skrócie, rozmiar baterii zwiększył się tylko dwukrotnie.
Jak my rozwiązania UPS litowo-jonowe szybko zdobywają rynek, mają szereg niezaprzeczalnych zalet i (szczególnie w warunkach serwerowych).
Przyjaciele, dzisiaj postaramy się zrozumieć i porównać rozwiązania oparte na bateriach litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP) i litowo-manganowych (LMO), przeanalizujemy ich zalety i wady, a także porównamy je ze sobą na podstawie szeregu szczegółowych wskaźników. Przypomnę, że oba rodzaje baterii to baterie litowo-jonowe i litowo-polimerowe, różnią się jednak składem chemicznym. Jeśli jesteście zainteresowani ciągiem dalszym, czytaj dalej.
Perspektywy technologii litowych w magazynowaniu energii
Obecna sytuacja w Federacji Rosyjskiej w 2017 r. przedstawiała się następująco.
Źródło: „Koncepcja rozwoju systemów magazynowania energii elektrycznej w Federacji Rosyjskiej”, Ministerstwo Energetyki Federacji Rosyjskiej, 21 sierpnia 2017 r.
Jak widać, technologia litowo-jonowa była wówczas jednym z liderów w podejściu do technologii produkcji przemysłowej (chodzi tu głównie o technologię LFP).
Przyjrzyjmy się teraz tendencjom w USA, a raczej najnowszej wersji dokumentu:
Referencje: ABBM – tablice energetyczne do zasilania bezprzerwowego, które są wykorzystywane w przemyśle elektroenergetycznym do:
- Rezerwy mocy dla odbiorców szczególnie ważnych w przypadku przerw w zasilaniu potrzeb własnych (SN) 0,4 kV w stacji elektroenergetycznej (PS).
- Jako magazyn „buforowy” dla źródeł alternatywnych.
- Kompensacja niedoboru mocy w godzinach szczytu, mająca na celu odciążenie obiektów generujących i przesyłających energię elektryczną.
- Gromadzenie energii w ciągu dnia w okresach niskiego kosztu (nocy).
Jak widać, technologie litowo-jonowe w 2016 r. zdecydowanie zajmowały wiodącą pozycję i wykazywały szybki wzrost zarówno pod względem mocy (MW), jak i energii (MWh).
W tym samym dokumencie możemy przeczytać:
„Technologie litowo-jonowe stanowią ponad 80% dodatkowej mocy i energii systemów ABMS generowanych w USA pod koniec 2016 r. Akumulatory litowo-jonowe mają wysoce wydajny cykl (ładowanie, przyp. autora) i uwalniają zgromadzoną moc szybciej. Ponadto mają wysoką gęstość energii (moc właściwa, przyp. autora) i wysokie prądy wyjściowe, co doprowadziło do ich wyboru jako akumulatorów do przenośnej elektroniki i pojazdów elektrycznych”.
Spróbujmy porównać dwie technologie baterii litowo-jonowych dla UPS-ów
Porównamy ogniwa pryzmatyczne zbudowane w oparciu o chemię LMO i LFP. To właśnie te dwie technologie (z odmianami takimi jak LMO-NMC) są obecnie głównymi modelami przemysłowymi różnych pojazdów i samochodów elektrycznych.
Liryczną dygresję na temat baterii w pojazdach elektrycznych można przeczytać tutajPytasz, co ma z tym wspólnego transport elektryczny? Pozwólcie, że wyjaśnię: aktywna dystrybucja transportu elektrycznego z wykorzystaniem technologii litowo-jonowych już dawno wyszła poza fazę prototypów. A jak wiemy, wszystkie najnowsze technologie docierają do nas z najnowocześniejszych i drogich dziedzin życia. Na przykład wiele technologii motoryzacyjnych przyszło do nas z Formuły 1, wiele nowych technologii weszło do naszego życia z przemysłu kosmicznego, itd. Dlatego naszym zdaniem technologie litowo-jonowe wkraczają obecnie do rozwiązań przemysłowych.
Przyjrzyjmy się tabeli porównawczej głównych producentów, technologii akumulatorów i samych firm motoryzacyjnych zajmujących się produkcją pojazdów elektrycznych (hybrydowych).
Będziemy wybierać wyłącznie ogniwa pryzmatyczne, które pasują do formatu przeznaczonego do stosowania w zasilaczach UPS. Jak widać, tytanian litu (LTO-NMC) jest outsiderem pod względem magazynowanej energii właściwej. Pozostało trzech producentów ogniw pryzmatycznych nadających się do zastosowania w rozwiązaniach przemysłowych, w szczególności w bateriach UPS.
Zacytuję i przetłumaczę z dokumentu „Ocena cyklu życia elektrody litowej o długiej żywotności do akumulatorów pojazdów elektrycznych - ogniwo do autobusów LEAF, Tesla i Volvo” (Oryginalny tekst „Ocena cyklu życia elektrody litowej o długiej żywotności do akumulatorów pojazdów elektrycznych - ogniwo do autobusów LEAF, Tesla i Volvo” z 11 grudnia 2017 r. autorstwa Matsa Zackrissona. Tutaj badane są głównie procesy chemiczne w akumulatorach pojazdów, wpływ wibracji i warunków klimatycznych eksploatacji oraz szkody dla środowiska. Istnieje jednak jedno interesujące zdanie dotyczące porównania dwóch technologii akumulatorów litowo-jonowych.
W moim wolnym tłumaczeniu wygląda to tak:
Technologia NMC ma mniejszy wpływ na środowisko w przeliczeniu na kilometr pojazdu niż technologia metalowej anody ogniw akumulatorowych LFP, lecz błędy trudno zredukować lub wyeliminować. Podstawowym założeniem jest to, że wyższa gęstość energii NMC skutkuje niższą wagą, a co za tym idzie, mniejszym zużyciem energii.
1) Komórka pryzmatyczna w technologii LMO, producent , kosztował 400 dolarów.
Wygląd zewnętrzny komórki LMO
2) Technologia ogniw pryzmatycznych LFP, producent , kosztował 160 dolarów.
Wygląd zewnętrzny komórki LFP
3) Dla porównania dodajmy zapasowy akumulator lotniczy zbudowany w technologii LFP i ten, który był zamieszany w głośny skandal , producent True Blue Power.
Wygląd zewnętrzny akumulatora TB44
4) Dla obiektywizmu dodajmy standardową baterię UPS
Wygląd klasycznej baterii UPS
Podsumujmy dane początkowe w tabeli.
Jak widać, ogniwa LMO faktycznie mają najwyższą efektywność energetyczną, podczas gdy klasyczne ogniwa ołowiane tracą na energii właściwej co najmniej dwukrotnie.
Dla każdego jest oczywiste, że system BMS dla zestawu akumulatorów litowo-jonowych zwiększy masę tego rozwiązania, tj. zmniejszy energię właściwą o około 20 procent (różnica między masą netto akumulatorów a masą całego rozwiązania, uwzględniając systemy BMS, obudowę modułu, sterownik szafy akumulatorowej). Zakłada się, że masa zworek, przełącznika akumulatora i obudowy akumulatora jest równa w przypadku akumulatorów litowo-jonowych i zestawu akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Teraz spróbujmy porównać obliczone parametry. W tym przypadku przyjmiemy, że głębokość rozładowania dla akumulatora ołowiowego wynosi 70%, a dla akumulatora Li-Ion 90%.
Należy zauważyć, że niska energia właściwa akumulatora lotniczego wynika z faktu, że sam akumulator (który można uważać za moduł) jest zamknięty w metalowej, ognioodpornej obudowie, posiada złącza i system grzewczy umożliwiający pracę w niskich temperaturach. Dla porównania zamieszczono obliczenia dla jednego ogniwa akumulatora TB44, z których można wyciągnąć wniosek o podobnych parametrach do konwencjonalnego ogniwa LFP. Ponadto akumulator samolotu jest zaprojektowany na wysokie prądy ładowania/rozładowania, co wiąże się z koniecznością szybkiego przygotowania samolotu do kolejnego lotu na ziemi, a także na wysoki prąd rozładowania w przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej na pokładzie, np. zaniku zasilania pokładowego.
A tak przy okazji, oto jak producent porównuje różne rodzaje akumulatorów lotniczych
Jak widać z tabel:
1) Moc szafy bateryjnej w przypadku technologii LMO jest większa.
2) Czas pracy baterii w przypadku LFP jest dłuższy.
3) Gęstość właściwa LFP jest mniejsza, dlatego przy tej samej pojemności obudowa baterii wykorzystująca technologię litowo-żelazowo-fosforanową jest większa.
4) Technologia LFP ma mniejszą tendencję do niekontrolowanego wzrostu temperatury ze względu na swoją strukturę chemiczną. W związku z tym uważa się go za stosunkowo bezpieczny.
Jeśli chcesz zrozumieć, w jaki sposób baterie litowo-jonowe można podłączyć do zestawu baterii, aby współpracowały z UPS-em, polecam zajrzeć tutaj.Na przykład taki schemat. W tym przypadku masa netto akumulatorów wyniesie 340 kg, a ich pojemność wyniesie 100 amperogodzin.
Lub schemat dla LFP 160S2P, gdzie masa netto akumulatorów będzie wynosić 512 kg, a pojemność 200 amperogodzin.
WNIOSEK: Chociaż baterie z chemią litowo-żelazowo-fosforanową (LiFeO4, LFP) są stosowane głównie w pojazdach elektrycznych, ich właściwości mają szereg zalet w porównaniu ze wzorem chemicznym LMO, pozwalają na ładowanie większym prądem i są mniej podatne na ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury. Wybór rodzaju baterii zależy od decyzji dostawcy gotowego, zintegrowanego rozwiązania. Podejmuje on decyzję na podstawie szeregu kryteriów, z których najważniejszym jest koszt zestawu baterii wchodzącego w skład UPS-a. Na chwilę obecną każdy rodzaj akumulatora litowo-jonowego nadal jest tańszy od klasycznych rozwiązań, jednak duża moc właściwa akumulatorów litowych na jednostkę masy i mniejsze wymiary będą coraz częściej decydować o wyborze nowych urządzeń do magazynowania energii. W niektórych przypadkach mniejsza masa całkowita UPS-a decyduje o wyborze nowych technologii. Proces ten pozostanie zupełnie niezauważony i jest obecnie hamowany przez wysokie koszty w segmencie urządzeń domowych i bezwładność myślenia o bezpieczeństwie przeciwpożarowym baterii litowych wśród klientów, którzy poszukują najlepszych opcji UPS-ów w segmencie przemysłowych UPS-ów o mocy ponad 100 kVA. Średni poziom mocy UPS-ów od 3 kVA do 100 kVA można zrealizować przy użyciu technologii litowo-jonowej, ale ze względu na produkcję na małą skalę jest to rozwiązanie dość drogie i gorsze od gotowych seryjnych modeli UPS-ów na akumulatorach VRLA.
Aby dowiedzieć się więcej i omówić konkretne rozwiązanie wykorzystujące baterie litowo-jonowe dla Twojej serwerowni lub centrum danych, wyślij zapytanie e-mailem lub składając wniosek na stronie internetowej firmy .
OTWARTE TECHNOLOGIE – niezawodne, kompleksowe rozwiązania od światowych liderów, dostosowane specjalnie do Twoich celów i zadań.
Autor: Kulikow Oleg
Wiodący inżynier ds. projektowania
Wydział Rozwiązań Integracyjnych
Firma Otwartych Technologii
Źródło: www.habr.com
