如今，幾乎每個人的口袋裡都有一部手機（智慧型手機、照相手機、平板電腦），其性能甚至超過您多年未更新的家用桌上型電腦。您的每個小工具都配有鋰聚合物電池。現在的問題是：哪位讀者會記得從「撥號器」到多功能設備的不可逆轉的轉變究竟發生於何時？
這很難......你必須竭盡全力回憶，記住你購買第一部「智慧型」手機的年份。對我來說，那是 2008 年至 2010 年左右。當時普通手機鋰電池的容量約為700mAh，現在手機電池的容量已經達到4mAh。
容量增加了6倍，而電池尺寸粗略地說只增加了2倍。
像我們 鋰離子UPS解決方案正在迅速佔領市場，具有許多不可否認的優勢，並且 （特別是在伺服器條件下）。
朋友們，今天我們將嘗試了解和比較基於磷酸鐵鋰（LFP）和錳酸鋰（LMO）電池的解決方案，研究它們的優缺點，並根據一些具體指標對它們進行比較。讓我提醒你，這兩種電池都是鋰離子電池和鋰聚合物電池，但化學成分不同。如果您對後續內容感興趣，請繼續閱讀。
鋰技術在儲能領域的前景
2017年俄羅斯聯邦的現況如下。
使用來源：“俄羅斯聯邦電力儲存系統發展概念”，俄羅斯聯邦能源部，21 年 2017 月 XNUMX 日。
可以看出，當時的鋰離子技術在接近工業生產技術（主要指LFP技術）方面處於領先地位之一。
接下來我們來看看美國方面的動向，或者更確切地說，我們來看看最新版本的文件：
參考：ABBM－不間斷電源的能量陣列，在電力產業用於：
- 在變電站（PS）的自身需要（SN）0,4 kV 電源中斷的情況下，為特別重要的消費者提供電力儲備。
- 作為替代來源的“緩衝”存儲。
- 補償高峰用電模式下的電力缺口，以減輕發電和輸電設施的負載。
- 在白天成本較低的時段（夜間）累積能量。
我們可以看到，截至 2016 年，鋰離子技術牢牢佔據領先地位，並且在功率（MW）和能量（MWh）方面均呈現快速倍數成長。
在同一文件中，我們可以看到以下內容：
截至80年底，鋰離子技術占美國先進武器系統（ABMS）新增電力和能源的2016%以上。鋰離子電池循環效率高（作者註：充電），能夠更快釋放儲存的電能。此外，它們還具有高能量密度（作者註：比功率）和高輸出電流，因此被選為便攜式電子設備和電動車的電池。
讓我們嘗試比較兩種用於 UPS 的鋰離子電池技術
我們將比較基於 LMO 和 LFP 化學製成的方形電池。正是這兩種技術（以及LMO-NMC等變體）現在已成為各種電動車和電動車的主要工業模型。
關於電動車電池的抒情題外話可以在這裡閱讀你問，電動交通與此有什麼關係？讓我解釋一下：使用鋰離子技術進行電力運輸的主動分配早已過了原型階段。眾所周知，所有最新技術都來自昂貴、最新的生活領域。例如很多汽車技術是從F1賽車中學習來的，很多新技術是從航太工業進入我們的生活等等…因此，我們認為鋰離子技術現在正在滲透到工業解決方案中。
讓我們來看看主要製造商、電池化學成分和實際積極生產電動車（混合動力汽車）的汽車公司的比較表。
我們將專門選擇適合 UPS 使用的外形尺寸的方形電池。我們可以看出，鈦酸鋰（LTO-NMC）在特定儲能方面處於劣勢。目前仍有三家方形電池製造商適用於工業解決方案，特別是 UPS 電池。
我將引用並翻譯文件「電動車電池長壽命鋰電極的生命週期評估 - LEAF、特斯拉和沃爾沃巴士的電池單元」（原文「電動車電池長壽命鋰電極的生命週期評估 - LEAF、特斯拉和沃爾沃巴士的電池單元」由Mats Zackrisson於11年2017月XNUMX日發表）。這裡主要研究汽車電池中的化學過程、振動和氣候條件的影響以及對環境的危害。然而，關於兩種鋰離子電池技術的比較有一個有趣的短語。
在我的意譯中它看起來是這樣的：
NMC技術每車公里對環境的影響比LFP電池金屬陽極技術小，但很難減少或消除誤差。其基本概念是，NMC 的能量密度越高，重量越輕，從而功耗越低。
1）LMO技術方形電池，製造商 ，花費400美元。
LMO電池的外觀
2）方形電池LFP技術、製造商 ，花費160美元。
LFP電池外觀
3) 為了進行比較，讓我們增加一個基於 LFP 技術的航空備用電池和捲入備受矚目的醜聞的電池 ，製造商 True Blue Power。
TB44電池的外觀
4）為了客觀起見，我們增加一個標準UPS電池
經典UPS電池的外觀
讓我們將初始資料總結成一個表格。
我們可以看到，LMO電池確實具有最高的能源效率，而經典的鉛電池的比能量損失至少兩倍。
大家都清楚，鋰離子電池陣列的BMS系統將增加此解決方案的質量，即降低約20％的比能量（考慮到BMS系統、模組外殼、電池櫃控制器，電池淨重與完整解決方案之間的差異）。假設鋰離子電池和鉛酸電池陣列的跳線、電池開關和電池櫃的質量相等。
現在讓我們試著比較計算出的參數。在這種情況下，我們將鉛的放電深度設為 70%，鋰離子的放電深度設為 90%。
需要注意的是，飛機電池的比能量較低是由於電池本身（可以被視為一個模組）被封裝在金屬防火外殼中，並具有連接器和用於在低溫條件下運行的加熱系統。為了進行比較，我們提供了 TB44 電池中一個電池的計算結果，從中可以得出與傳統 LFP 電池具有相似特性的結論。此外，飛機電池設計用於高充電/放電電流，這與飛機在地面上快速準備新飛行以及在機上發生緊急情況（例如機上電源丟失）時的高放電電流有關。
順便說一下，製造商對不同類型的航空電池進行了比較
從表中我們可以看出：
1）採用LMO技術時電池櫃功率較高。
2）LFP的電池壽命更長。
3）磷酸鐵鋰電池比重較小，因此在相同容量的情況下，採用磷酸鋰鐵技術的電池櫃體更大。
4）LFP技術由於其化學結構，熱失控的傾向較小。因此，它被認為是相對安全的。
對於那些想要清楚了解如何將鋰離子電池連接到電池陣列中以便與 UPS 配合使用的人，我建議看看這裡。比如這樣的方案。在這種情況下，電池的淨重將為340公斤，容量將為100安培小時。
或 LFP 160S2P 的圖表，其中電池淨重為 512 公斤，容量為 200 安培小時。
結論： 儘管電動車主要使用磷酸鐵鋰 (LiFeO4, LFP) 化學電池，但它們的特性比 LMO 化學配方具有許多優勢，它們允許以更高的電流充電，並且不易受到熱失控風險的影響。選擇哪種類型的電池由現成整合解決方案的供應商自行決定，供應商根據多項標準來確定，其中最重要的是作為 UPS 一部分的電池陣列的成本。目前，任何類型的鋰離子電池在成本上仍然低於傳統解決方案，但鋰電池單位質量的高比功率和更小的尺寸將越來越多地決定人們選擇新型儲能設備。在某些情況下，UPS 的總重量較低決定了人們選擇新技術。這個過程將完全被忽視，目前由於低端（國內）領域的高成本以及在工業 UPS 領域尋找容量超過 100 kVA 的最佳 UPS 選項的客戶對鋰電池防火安全性的慣性思維而受到阻礙。 3 kVA 至 100 kVA 的中階 UPS 功率等級可使用鋰離子技術實現，但由於生產規模小，因此價格相當昂貴，且不如採用 VRLA 電池的現成系列 UPS 型號。
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開放技術 – 來自世界領導者的可靠綜合解決方案，專門針對您的目標和目的而量身定制。
作者： 奧列格·庫利科夫
首席設計工程師
整合解決方案部
開放技術公司
來源： www.habr.com
