Hoy en día, casi todos tienen un teléfono en su bolsillo (teléfono inteligente, teléfono con cámara, tableta) que puede superar el rendimiento de su escritorio doméstico, que no ha actualizado durante varios años. Cada dispositivo tiene una batería de polímero de litio. Ahora la pregunta es: ¿cuál de los lectores recordará exactamente cuándo ocurrió la transición irreversible de "marcadores" a dispositivos multifuncionales?
Es difícil ... Es necesario forzar la memoria, recuerde el año de compra del primer teléfono "inteligente". Para mí es aproximadamente 2008-2010. En ese momento, la capacidad de una batería de litio para un teléfono normal era de aproximadamente 700 mAh, ahora la capacidad de la batería de los teléfonos alcanza los 4 mil mAh.
Un aumento en la capacidad de 6 veces, a pesar de que, en términos generales, el tamaño de la batería aumentó solo 2 veces.
Como
ya dijimos en nuestro artículo , las soluciones de UPS de iones de litio están conquistando rápidamente el mercado, tienen una serie de ventajas innegables y son
bastante seguras de usar (especialmente en condiciones de servidor).
Amigos, hoy trataremos de comprender y comparar soluciones en baterías de fosfato de hierro-litio (LFP) y litio-manganeso (LMO), para estudiar sus ventajas y desventajas, para comparar entre ellos de acuerdo con una serie de indicadores específicos. Permítame recordarle que ambos tipos de baterías pertenecen a baterías de iones de litio y de polímero de litio, pero difieren en su composición química. Si está interesado en continuar, le pido un gato.
Perspectivas de las tecnologías de litio en el almacenamiento de energía.
La situación actual en la Federación de Rusia para 2017 fue la siguiente.
clicableUtilizando una fuente: "Concepto para el desarrollo de sistemas de almacenamiento eléctrico en la Federación de Rusia", Ministerio de Energía de la Federación de Rusia, 21 de agosto de 2017.Como puede ver, la tecnología de iones de litio en ese momento estaba a la cabeza de la tecnología de producción industrial (principalmente la tecnología LFP estaba implícita).
A continuación, observamos las tendencias en los Estados Unidos, más precisamente, consideremos la última versión del documento:
Referencia: ABBM: conjuntos de energía para fuentes de alimentación ininterrumpida que se utilizan en la industria de la energía eléctrica para:
- Reserva de electricidad para consumidores especialmente importantes en caso de interrupciones en el suministro de energía de sus propias necesidades (MV) de 0.4 kV en una subestación (PS).
- Como una unidad de "búfer" para fuentes alternativas.
- Compensación de la escasez de energía en el modo de consumo máximo para la descarga de instalaciones de generación y transmisión.
- La acumulación de energía durante el día durante su bajo costo (noche).
clicableComo puede ver, a partir de 2016, las tecnologías de iones de litio mantuvieron una posición de liderazgo y mostraron un rápido crecimiento múltiple tanto en potencia (MW) como en energía (MW * h).
En el mismo documento, podemos leer lo siguiente:
“Las tecnologías de iones de litio representan más del 80% de la capacidad y energía adicionales de los sistemas ABBM desarrollados en los EE. UU. A fines de 2016. Las baterías de iones de litio tienen un ciclo altamente eficiente (carga, nota del autor) y devuelven la energía acumulada más rápido. Además, tienen una alta densidad de energía (potencia específica, nota del autor) y altas corrientes de retroceso, lo que llevó a su elección como baterías para dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos ".
Intentemos comparar dos tecnologías de baterías de iones de litio para UPS
Compararemos las células prismáticas basadas en la química de LMO y LFP. Estas dos tecnologías (con variaciones del tipo LMO-NMC) son ahora los principales diseños industriales para varios vehículos eléctricos y vehículos eléctricos.
Aquí puedes encontrar digresión de letras sobre baterías en vehículos eléctricos.Pregunte, ¿qué tiene que ver el transporte eléctrico con él? Permítanme explicar: la difusión activa de los vehículos eléctricos en las tecnologías de iones de litio ha cruzado la etapa de los prototipos. Y, como sabemos, todas las últimas tecnologías nos llegan desde las últimas y caras áreas de la vida. Por ejemplo, muchas de las tecnologías automotrices nos llegaron de la Fórmula 1, muchas de las últimas tecnologías llegaron a nuestras vidas desde la esfera espacial, y así sucesivamente ... Por lo tanto, en nuestra opinión, las tecnologías de iones de litio ahora están penetrando soluciones industriales.
Consideremos una tabla comparativa de los principales fabricantes, química de baterías y compañías automotrices propiamente dichas, que producen activamente automóviles eléctricos (híbridos).
Seleccionamos exclusivamente células prismáticas que se ajustan al factor de forma de uso en UPS. Como puede ver, el titanato de litio (LTO-NMC) es un extraño en el almacenamiento de energía específico. Quedan tres fabricantes de celdas prismáticas adecuadas para su uso en soluciones industriales, en particular en baterías UPS.
Citaré y traduciré del documento "Evaluación del ciclo de vida del electrodo de litio de larga duración para celdas de batería de vehículos eléctricos para LEAF, Tesla y Volvo bus ", de fecha 11 de diciembre de 2017, de Mats Zackrisson. Examina principalmente los procesos químicos en las baterías de los vehículos, los efectos de la vibración y las condiciones climáticas de funcionamiento, el daño ambiental. Sin embargo, hay una frase curiosa sobre la comparación de dos tecnologías de baterías de iones de litio tarey
En mi traducción gratuita se ve así:
La tecnología NMC muestra menos impacto ambiental por kilómetro de transporte que la tecnología LFP con un ánodo metálico de la celda de la batería, pero es difícil reducir o eliminar errores. El significado básico es: una mayor densidad de energía NMC da menos peso y, por lo tanto, menos consumo de energía.
1) La tecnología LMO de células prismáticas, fabricante
CPEC, EE .
UU. , Cuesta $ 400.
La apariencia de la célula LMO 2) La tecnología LFP de celda prismática, fabricante
AA Portable Power Corp , cuesta $ 160.
Apariencia de células LFP 3) A modo de comparación, agregamos una batería de respaldo de avión construida con tecnología LFP y la que participó en el sensacional escándalo de
incendios de Boeing en 2013 , el fabricante True Blue Power.
El aspecto de la batería TB44 4) Para objetividad, agregamos la batería estándar de UPS
Plomo-ácido / Portalac / PXL12090, 12V.La apariencia de una batería UPS clásica Traigamos los datos iniciales a una tabla.
clicableComo puede ver, de hecho, las células LMO tienen la mayor eficiencia energética; el plomo clásico pierde al menos el doble en energía específica.
Está claro para todos que el sistema BMS para la matriz de baterías de iones de litio agregará masa a esta solución, es decir, reducirá la energía específica en aproximadamente un 20 por ciento (la diferencia entre el peso neto de las baterías y la solución completa, teniendo en cuenta los sistemas BMS, la carcasa del módulo y el controlador del gabinete de la batería). Se supone que la masa de los puentes, el interruptor de la batería y el gabinete de la batería son condicionalmente iguales para las baterías de iones de litio y la matriz de baterías de plomo-ácido.
Ahora intentemos comparar los parámetros calculados. En este caso, tomamos la profundidad de descarga para plomo - 70%, y para Li-Ion - 90%.
clicableTenga en cuenta que la baja energía específica para la batería de un avión se debe al hecho de que la batería en sí (que puede considerarse como un módulo) está encerrada en una carcasa metálica ignífuga, tiene conectores y un sistema de calefacción para funcionar a bajas temperaturas. A modo de comparación, se proporciona el cálculo para una celda en la batería TB44, a partir del cual podemos concluir que las características son similares con una celda LFP convencional. Además, la batería de aviación está diseñada para altas corrientes de carga / descarga, lo que está asociado con la necesidad de una preparación rápida de la aeronave para un nuevo vuelo en tierra y una gran corriente de descarga en caso de emergencia a bordo, por ejemplo, falla de energía
Por cierto, así es como el fabricante compara diferentes tipos de baterías de aviones
Como puede ver en las tablas:1) La potencia del gabinete de la batería en el caso de la tecnología LMO es mayor.
2) El número de ciclos de batería para LFP más.
3) La gravedad específica para LFP es menor, respectivamente, con la misma capacidad, el gabinete de la batería con tecnología de hierro-litio-fosfato es más grande.
4) La tendencia a la aceleración térmica de la tecnología LFP es menor debido a su estructura química. Como resultado, se considera relativamente seguro.
Para aquellos que desean comprender claramente cómo se pueden conectar las baterías de iones de litio al conjunto de baterías para que funcionen con el UPS, les recomiendo que busquen aquí.Por ejemplo, tal esquema. En este caso, el peso neto de las baterías será de 340 kg, la capacidad será de 100 amperios-hora.
clicableO un circuito para el LFP 160S2P, donde la masa neta de las baterías será de 512 kg y la capacidad será de 200 amp-horas.
clicable CONCLUSIÓN: A pesar de que las baterías con la química del fosfato de hierro y litio (LiFeO4, LFP) se utilizan principalmente en vehículos eléctricos, sus características tienen varias ventajas sobre la fórmula química de LMO, permiten cargar con alta corriente y están menos expuestas al riesgo de aceleración térmica. El tipo de baterías a elegir queda a discreción del proveedor de una solución integrada llave en mano que determina esto de acuerdo con una serie de criterios, y no menos importante el costo del conjunto de baterías en el UPS. Por el momento, cualquier tipo de baterías de iones de litio todavía pierde costo para las soluciones clásicas, pero la gran potencia específica de las baterías de litio por unidad de masa y las dimensiones más pequeñas determinarán cada vez más la elección en la dirección de los nuevos dispositivos de almacenamiento de energía. En algunos casos, la masa total más baja del UPS determina la elección en la dirección de las nuevas tecnologías. Este proceso pasará completamente desapercibido y actualmente está limitado por el alto costo en el segmento de bajo precio (soluciones para el hogar) y la inercia de pensar en la seguridad contra incendios de litio entre los clientes que buscan las mejores opciones de UPS en el segmento de UPS industrial con una capacidad de más de 100 kVA. El nivel del segmento promedio de capacidades de UPS de 3 kVA a 100 kVA es posible de implementar en tecnologías de iones de litio, pero debido a la producción a pequeña escala, es bastante costoso y pierde muestras en serie terminadas de UPS con baterías VRLA.
Puede encontrar detalles y discutir una solución específica usando baterías de iones de litio para su servidor o centro de datos enviando una solicitud a info@ot.ru o haciendo una solicitud en el sitio web de la compañía www.ot.ru.
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Autor: Oleg Kulikov
Ingeniero de diseño principal
Departamento de Soluciones de Integración
Empresa de tecnología abierta