Использование литиевых аккумуляторов

Литиевые батареи представляют собой сборку, состоящую из множества элементов, таких как свинцово-кислотные батареи и многие другие типы батарей. Свинцово-кислотные батареи имеют номинальное напряжение 2 В / элемент, тогда как элементы литиевых батарей имеют номинальное напряжение 3,2 В. Поэтому, чтобы получить батарею на 12 В, у вас обычно есть четыре элемента, соединенные последовательно. Это сделает номинальное напряжение LiFePO4 12,8 В. Восемь соединенных последовательно элементов образуют батарею на 24 В с номинальным напряжением 25,6 В, а шестнадцать соединенных последовательно элементов образуют батарею на 48 В с номинальным напряжением 51,2 В. Эти напряжения очень хорошо работают с вашими типичными инверторами 12В, 24В и 48В.

Литиевые батареи часто используются для прямой замены свинцово-кислотных батарей, потому что они имеют очень похожие зарядные напряжения. Четырехэлементная батарея LiFePO4 (12,8 В), как правило, будет иметь максимальное зарядное напряжение от 14,4 до 14,6 В (в зависимости от рекомендаций производителя). Что уникально для литиевых батарей, так это то, что им не требуется абсорбционный заряд или они находятся в состоянии постоянного напряжения в течение значительных периодов времени. Как правило, когда батарея достигает максимального зарядного напряжения, ее больше не нужно заряжать. Разрядные характеристики LiFePO4 аккумуляторов также уникальны. Во время разряда литиевые батареи будут сохранять гораздо более высокое напряжение, чем свинцово-кислотные батареи, как правило, под нагрузкой. Нередко литиевая батарея падает всего на несколько десятых вольта от полной зарядки до 75% разряда.

Существенным преимуществом литиевых аккумуляторов перед свинцово-кислотными является то, что они не страдают от дефицита циклирования. По сути, это когда батареи нельзя полностью зарядить, прежде чем снова разряжать на следующий день. Это очень большая проблема со свинцово-кислотными батареями и может вызвать значительную деградацию пластин при многократном циклировании таким образом. Батареи LiFePO4 не требуют регулярной полной зарядки. На самом деле, можно немного улучшить общую ожидаемую продолжительность жизни с небольшим частичным зарядом вместо полного заряда.

Эффективность является очень важным фактором при проектировании солнечных электрических систем. Эффективность прохождения сигнала в обоих направлениях (от полной до полной и обратно до полной) средней свинцово-кислотной батареи составляет около 80%. Другие химии могут быть еще хуже. Энергоэффективность в обе стороны от литий-железо-фосфатной батареи составляет более 95-98%. Это само по себе является значительным улучшением для систем, не использующих солнечную энергию зимой, экономия топлива при зарядке генератора может быть огромной. Стадия абсорбционного заряда свинцово-кислотных аккумуляторов особенно неэффективна, что приводит к КПД 50% или даже меньше. Учитывая, что литиевые батареи не поглощают заряд, время зарядки от полностью разряженной до полностью полной может составлять всего два часа. Это’ Также важно отметить, что литиевая батарея может подвергаться практически полной разрядке, что не имеет значительных побочных эффектов. Однако важно убедиться, что отдельные ячейки не перегружены. Это работа интегрированной системы управления батареями (BMS).

Безопасность и надежность литиевых батарей является большой проблемой, поэтому все сборки должны иметь интегрированную систему управления батареями (BMS). BMS — это система, которая отслеживает, оценивает, уравновешивает и защищает ячейки от работы вне «Безопасной рабочей зоны». BMS является важным компонентом безопасности системы литиевых батарей, контролирующей и защищающей элементы внутри батареи от перегрузки по току, пониженного / повышенного напряжения, пониженной / превышающей температуры и многого другого. Элемент LiFePO4 будет поврежден, если напряжение элемента упадет до уровня ниже 2,5 В, он также будет поврежден, если напряжение элемента увеличится до уровня более 4,2 В. BMS контролирует каждую ячейку и предотвратит повреждение ячеек в случае пониженного или повышенного напряжения.

Другой важной обязанностью BMS является балансировка батареи во время зарядки, гарантируя полную зарядку всех элементов без перезарядки. Элементы батареи LiFePO4 не будут автоматически уравновешиваться в конце цикла зарядки. Есть небольшие изменения в импедансе через ячейки, и, таким образом, ни одна ячейка не является идентичной на 100%. Поэтому при циклическом режиме некоторые элементы будут полностью заряжены или разряжены раньше, чем другие. Дисперсия между клетками значительно возрастет с течением времени, если клетки не сбалансированы.

В свинцово-кислотных батареях ток будет течь даже после полной зарядки одного или нескольких элементов. Это результат электролиза, происходящего внутри батареи, когда вода расщепляется на водород и кислород. Этот ток помогает полностью заряжать другие элементы, таким образом, естественным образом балансируя заряд всех элементов. Тем не менее, полностью заряженный литиевый элемент будет иметь очень высокое сопротивление и протекает очень мало тока. Следовательно, запаздывающие элементы не будут полностью заряжены. Во время балансировки BMS будет прикладывать небольшую нагрузку к полностью заряженным элементам, предотвращая ее перезарядку и позволяя другим элементам догонять.

Литиевые батареи предлагают много преимуществ по сравнению с другими химическими батареями. Они представляют собой безопасное и надежное решение для батарей, не опасаясь термического разряда и / или катастрофического расплавления, что является значительной возможностью для других типов литиевых батарей. Эти батареи имеют чрезвычайно длительный срок службы, при этом некоторые производители даже гарантируют срок службы батарей до 10 000 циклов. Неудивительно, что при высоких скоростях разрядки и перезарядки, превышающих C / 2, и эффективности в обе стороны до 98%, неудивительно, что эти батареи набирают популярность в отрасли. Литий-фосфат железа (LiFePO4) является идеальным решением для накопления энергии.