Сьогодні практично у кожного в кишені знаходиться телефон (смартфон, камерофон, планшет), здатний переплюнути за продуктивністю ваш домашній десктоп, який ви вже кілька років не оновлювали. У кожному гаджеті у вас стоїть літій-полімерна батарея. Тепер питання: хто з читачів згадає точно, коли відбувся безповоротний перехід від «дзвонилок» до мультифункціональних пристроїв?
Складно… Треба напружувати пам'ять, згадувати рік купівлі першого «розумного» телефону. Для мене це приблизно 2008-2010 рік. На той момент ємність літієвої батареї для звичайного телефону складала близько 700 мАг, зараз ємність батарей телефонів досягає 4 тисяч мАг.
Збільшення ємності у 6 разів, при тому, що, грубо кажучи, розмір батареї збільшився лише у 2 рази.
Як ми , літій-іонні рішення для ДБЖ стрімко завойовують ринок, мають низку незаперечних переваг і (тим більше в умовах серверної).
Друзі, сьогодні спробуємо розібратися та порівняти рішення на залізо-літій-фосфатних батареях (LFP) та літій-марганцевих (LMO), вивчити їх переваги та недоліки, порівняти між собою за низкою питомих показників. Нагадаю, що обидва види батарей відносяться до літій-іонних, літій-полімерних акумуляторів, але відрізняються хімічним складом. Якщо вас зацікавило продовження, прошу під кат.
Перспективи літієвих технологій у галузі накопичення енергії
Поточна ситуація в РФ на 2017 рік становила таке.
З використанням джерела: "Концепція розвитку систем зберігання електроенергії в РФ", Міненерго РФ, 21 серпня 2017 року.
Як бачимо, літій-іонна технологія на той момент знаходилася в лідерах наближення до промислової технології виробництва (малася на увазі насамперед LFP технологія).
Далі подивимося на тенденції США, точніше, розглянемо свіжу версію документа:
Довідка: АББМ – енергетичні масиви для джерел безперебійного живлення, що використовуються в електроенергетиці для:
- Резервування електроенергії для особливо важливих споживачів при перебоях у електропостачанні власних потреб (СН) 0,4 кВ на підстанції (ПС).
- Як "буферний" накопичувач для альтернативних джерел.
- Компенсація дефіциту потужності в режимі пікового споживання для розвантаження об'єктів генерації та передачі електрики.
- Накопичення енергії протягом доби під час її низької вартості (нічний час доби).
Як бачимо, Li-Ion технології станом на 2016 рік міцно утримували лідируючу позицію та показували стрімке кратне зростання і за потужністю (МВт), і з енергії (МВт*год).
У цьому документі можемо прочитати таке:
«Літій-іонні технології представляють більш ніж 80% доданої потужності та енергії системами АББМ, виробленої в США на кінець 2016 року. Літій-іонні батареї мають високоефективний цикл (заряду, прим. Автора) і швидше віддають накопичену потужність. На додаток до всього, вони мають високу щільність енергії (питома потужність, прим. автора) та великі струми віддачі, що зумовило вибір їх як батареї для портативної електроніки та електричних транспортних засобів».
Спробуємо порівняти дві технології літій-іонних акумуляторів для ДБЖ
Порівнюватимемо призматичні осередки, побудовані на хімії LMO та LFP. Саме ці дві технології (з варіаціями типу LMO-NMC) є основними промисловими зразками для різного електротранспорту, електромобілів.
Ліричний відступ щодо батарей в електромобілях можна прочитати тутЗапитайте, до чого тут електротранспорт? Поясню: активне поширення електротранспорту на Li-Ion технологіях вже давно переступило стадію дослідних зразків. А як ми знаємо, всі новітні технології приходять до нас з дорогих, нових сфер життя. Наприклад, маса автотехнологій прийшла до нас із Формули-1, безліч новітніх технологій увійшло в наше життя з космічної сфери, і так далі… Тому, на наш погляд, зараз відбувається проникнення літій-іонних технологій у промислові рішення.
Розглянемо таблицю порівняння основних виробників, хімії батарей та власне автомобільних компаній, які активно випускають електромобілі (гібриди).
Виберемо виключно призматичні осередки, які підходять під форм-фактор використання в ДБЖ. Як бачимо, літій-титанат (LTO-NMC) є аутсайдером із питомої запасеної енергії. Залишаються три виробника призматичних осередків, придатних для використання у промислових рішеннях, зокрема, в батареях для ДБЖ.
Наведу цитату та переклад з документа «Оцінка життєвого циклу та тривалості експлуатації літієвих електродів для батарей електротранспорту — осередки для LEAF, Tesla та автобусів VOLVO» (Оригінал Volvo bus» від Mats Zackrisson від 11 грудня 2017. Тут досліджуються переважно хімічні процеси в батареях автотранспорту, вплив вібрацій та кліматичних умов експлуатації, шкода для навколишнього середовища, але є одна цікава фраза щодо порівняння двох технологій літій-іонних батарей.
У моєму вільному перекладі виглядає так:
NMC технологія показує менший вплив на навколишнє середовище в розрахунку на кілометр пробігу транспорту, ніж LFP технологія з металевим анодом батарейного осередку, але тут складно зменшити або ліквідувати помилки. Основний зміст виглядає як: більш висока щільність енергії NMC дає меншу вагу і, таким чином, менше електроспоживання.
1) Призматичний осередок LMO технології, виробник , вартість 400 $.
Зовнішній вигляд осередку LMO
2) Призматичний осередок LFP технології, виробник , вартість 160 $.
Зовнішній вигляд осередку LFP
3) Для порівняння додамо авіаційну батарею резервного живлення, побудовану на технології LFP і ту саму, яка брала участь у гучному скандалі виробник True Blue Power.
Зовнішній вигляд батареї TB44
4) Для об'єктивності додамо стандартну батарею ДБЖ
Зовнішній вигляд класичної батареї для ДБЖ
Зведемо вихідні дані до таблиці.
Як бачимо, справді, найбільшу енергетичну ефективність мають LMO осередки, класичний свинець програє по питомій енергії щонайменше вдвічі.
Всім зрозуміло, що система BMS для масиву Li-Ion батарей додасть маси цьому рішенню, тобто знизить питому енергію приблизно на 20 відсотків (різниця між чистою вагою батарей і комплектним рішенням з урахуванням систем BMS, оболонки модуля, контролера батареї). Масу перемичок, батарейного вимикача та батарейної шафи приймаємо умовно рівною для літій-іонних батарей та масиву свинцево-кислотних батарей.
Тепер спробуємо порівняти розрахункові параметри. При цьому приймемо глибину розряду для свинцю – 70%, а Li-Ion – 90%.
Зазначимо, що низька питома енергія для авіаційної батареї пов'язана з тим, що сама батарея (яку можна розглядати як модуль) укладена в металевий протипожежний кожух, має роз'єми та систему обігріву для експлуатації в умовах низьких температур. Для порівняння наведено розрахунок для одного осередку у складі батареї TB44, звідки можна зробити висновок про близькі характеристики зі звичайною LFP осередком. Крім того, авіаційна батарея розрахована на великі струми заряду/розряду, що пов'язано з необхідністю швидкої підготовки повітряного судна до нового польоту на землі та великим струмом розрядки у разі аварійної ситуації на борту, наприклад, зникнення бортового живлення
До речі, ось як порівнює різні типи авіаційних батарей сам виробник
Як бачимо з таблиць:
1) Потужність батареї у випадку LMO технології вище.
2) Кількість циклів роботи батарей для LFP більша.
3) Питома вага для LFP менша, відповідно, при тій же ємності батарейна шафа на залізо-літій-фосфатній технології більша.
4) Схильність до теплового розгону у технології LFP менша, що пов'язано з його хімічною структурою. Як наслідок він вважається відносно безпечним.
Для тих хто хоче наочно зрозуміти, як літій-іонні батареї можуть з'єднуватися в масив для батареї для роботи з ДБЖ, рекомендую заглянути сюди.Наприклад, така схема. У даному випадку чиста вага батарей буде 340 кг, ємність становитиме 100 ампер-годин.
Або схема для LFP 160S2P, де чиста маса батарей буде 512 кг, а ємність – 200 ампер-годин.
ВИСНОВОК: Незважаючи на те, що батареї з хімією залізо-літій-фосфат (LiFeO4, LFP) використовуються здебільшого в електротранспорті, їх характеристики мають ряд переваг перед хімічною формулою LMO, дозволяють заряджати великим струмом, менш схильні до ризику теплового розгону. Який тип батарей вибрати, залишається на розсуді постачальника готового комплексного рішення, який визначає це за низкою критеріїв, і не в останню чергу вартість батарейного масиву в складі ДБЖ. В даний момент будь-який тип літій-іонних батарей все ще програє за вартістю класичним рішенням, але більша питома потужність літієвих батарей на одиницю маси і менші габарити все частіше визначатиме вибір у бік нових накопичувачів енергії. У ряді випадків менша повна маса ДБЖ визначає вибір у бік нових технологій. Цей процес буде проходити непомітно, і в даний момент стримується високою вартістю в низькому ціновому сегменті (побутові рішення) та інертністю мислення щодо пожежної безпеки літію у замовників, які шукають кращі варіанти ДБЖ у промисловому сегменті ДБЖ потужністю понад 100 кВА. Рівень середнього сегмента потужностей ДБЖ від 3кВА до 100 кВА можливий до реалізації на літій-іонних технологіях, але через дрібносерійне виробництво досить дорогий і програє готовим серійним зразкам ДБЖ на VRLA батареях.
Дізнатися подробиці та обговорити конкретне рішення з використанням літій-іонних батарей для вашої серверної або ЦОД можна, надіславши запит на електронну пошту , або зробивши запит на сайті компанії .
ВІДКРИТІ ТЕХНОЛОГІЇ – надійні комплексні рішення від світових лідерів, адаптовані саме під ваші цілі та завдання.
Автор: Куликов Олег
Провідний інженер-конструктор
Департамент інтеграційних рішень
Компанія Відкриті Технології
Джерело: habr.com