Aujourd'hui, presque tout le monde a un téléphone dans sa poche (smartphone, appareil photo, tablette) qui peut surpasser votre bureau à domicile en termes de performances, que vous n'avez pas mis à jour depuis plusieurs années. Chaque gadget possède une batterie au lithium polymère. Maintenant, la question est: lequel des lecteurs se souviendra exactement quand la transition irréversible des «numéroteurs» aux appareils multifonctionnels s'est produite?
C'est difficile ... Il faut tendre la mémoire, souvenez-vous de l'année d'achat du premier téléphone "intelligent". Pour moi, il s'agit de 2008-2010. À cette époque, la capacité d'une batterie au lithium pour un téléphone ordinaire était d'environ 700 mAh, maintenant la capacité de la batterie des téléphones atteint 4 000 mAh.
Une augmentation de la capacité de 6 fois, malgré le fait qu'en gros, la taille de la batterie n'a augmenté que de 2 fois.
Comme nous l'avons
déjà dit dans notre article , les solutions UPS lithium-ion conquièrent rapidement le marché, présentent un certain nombre d'avantages indéniables et sont
assez sûres à utiliser (en particulier dans des conditions de serveur).
Mes amis, aujourd'hui, nous allons essayer de comprendre et de comparer les solutions sur les batteries fer-lithium-phosphate (LFP) et lithium-manganèse (LMO), d'étudier leurs avantages et leurs inconvénients, de comparer entre elles selon un certain nombre d'indicateurs spécifiques. Permettez-moi de vous rappeler que les deux types de batteries appartiennent aux batteries lithium-ion et lithium-polymère, mais diffèrent par leur composition chimique. Si vous souhaitez continuer, je demande un chat.
Perspectives des technologies du lithium dans le stockage d'énergie
La situation actuelle en Fédération de Russie pour 2017 était la suivante.
cliquableUtilisation d'une source: «Concept for the Development of Electric Storage Systems in the Russian Federation», Ministère de l'énergie de la Fédération de Russie, 21 août 2017.Comme vous pouvez le voir, la technologie lithium-ion à cette époque était à la pointe de l'approche de la technologie de production industrielle (la technologie LFP était principalement destinée).
Ensuite, nous examinons les tendances aux États-Unis, plus précisément, considérons la dernière version du document:
Référence: ABBM - réseaux d'énergie pour alimentations sans coupure utilisées dans l'industrie de l'énergie électrique pour:
- Réserver de l'électricité à des consommateurs particulièrement importants en cas d'interruption de l'alimentation de leurs propres besoins (MT) de 0,4 kV dans une sous-station (PS).
- En tant que lecteur «tampon» pour les sources alternatives.
- Compensation des coupures de courant en mode de consommation de pointe pour le déchargement des installations de production et de transmission.
- L'accumulation d'énergie pendant la journée pendant son faible coût (nuit).
cliquableComme vous pouvez le voir, en 2016, les technologies Li-Ion occupaient une position de leader et affichaient une croissance rapide et multiple à la fois en puissance (MW) et en énergie (MW * h).
Dans le même document, nous pouvons lire ce qui suit:
«Les technologies lithium-ion représentent plus de 80% de la capacité et de l'énergie ajoutées des systèmes ABBM développés aux États-Unis fin 2016. Les batteries lithium-ion ont un cycle très efficace (charge, note de l'auteur) et rendent plus rapidement la puissance accumulée. De plus, ils ont une densité énergétique élevée (puissance spécifique, note de l'auteur) et des courants de recul élevés, ce qui a conduit à leur choix comme batteries pour l'électronique portable et les véhicules électriques. »
Essayons de comparer deux technologies de batteries lithium-ion pour UPS
Nous comparerons des cellules prismatiques construites sur la chimie de l'OVM et de la LFP. Ce sont ces deux technologies (avec des variantes du type LMO-NMC) qui sont aujourd'hui les principaux dessins industriels pour divers véhicules électriques et véhicules électriques.
Une digression lyrique sur les batteries des véhicules électriques peut être trouvée ici.Demandez, qu'est-ce que le transport électrique a à voir avec cela? Je m'explique: la diffusion active des véhicules électriques sur les technologies Li-Ion a longtemps traversé le stade des prototypes. Et comme nous le savons, toutes les dernières technologies nous viennent de domaines de vie chers et récents. Par exemple, beaucoup de technologies automobiles nous sont venues de la Formule 1, beaucoup des dernières technologies sont venues de notre sphère spatiale, et ainsi de suite ... Par conséquent, à notre avis, les technologies lithium-ion pénètrent désormais dans les solutions industrielles.
Prenons un tableau comparatif des principaux fabricants, chimie des batteries et constructeurs automobiles proprement dits, qui produisent activement des voitures électriques (hybrides).
Nous sélectionnons exclusivement des cellules prismatiques qui correspondent au facteur de forme d'utilisation dans les onduleurs. Comme vous pouvez le voir, le titanate de lithium (LTO-NMC) est un outsider dans le stockage d'énergie spécifique. Il reste trois fabricants de cellules prismatiques adaptées à une utilisation dans les solutions industrielles, en particulier dans les batteries UPS.
Je citerai et traduirai du document «Analyse du cycle de vie d'une électrode au lithium à longue durée de vie pour cellule de batterie de véhicule électrique pour bus LEAF, Tesla et LEAF, Tesla et VOLVO» Volvo bus "daté du 11 décembre 2017 de Mats Zackrisson. Il examine principalement les processus chimiques dans les batteries des véhicules, les effets des vibrations et des conditions climatiques de fonctionnement, les dommages environnementaux. Cependant, il y a une phrase curieuse concernant la comparaison de deux technologies de batteries lithium-ion tarey.
Dans ma traduction gratuite, cela ressemble à ceci:
La technologie NMC présente moins d'impact sur l'environnement par kilomètre de transport que la technologie LFP avec une anode métallique de la cellule de la batterie, mais il est difficile de réduire ou d'éliminer les erreurs. La signification de base est: une densité d'énergie plus élevée NMC donne moins de poids et donc moins de consommation d'énergie.
1) La technologie LMO à cellules prismatiques, fabricant
CPEC, USA , a coûté 400 $.
L'apparition de la cellule OVM 2) La technologie LFP à cellules prismatiques, fabricant
AA Portable Power Corp , coûte 160 $.
Apparence des cellules LFP 3) À titre de comparaison, nous ajoutons une batterie de secours d'avion basée sur la technologie LFP et celle qui a participé au sensationnel
incendie du Boeing en 2013 , le constructeur True Blue Power.
L'apparition de la batterie TB44 4) Pour l'objectivité, nous ajoutons la batterie UPS standard
Plomb-acide / Portalac / PXL12090, 12V.L'apparition d'une batterie UPS classique Apportons les données initiales dans un tableau.
cliquableComme vous pouvez le voir, en effet, les cellules OVM ont la plus haute efficacité énergétique; le plomb classique perd au moins deux fois plus d'énergie spécifique.
Il est clair pour tout le monde que le système BMS pour la gamme de batteries Li-Ion ajoutera de la masse à cette solution, c'est-à-dire qu'il réduira l'énergie spécifique d'environ 20% (la différence entre le poids net des batteries et la solution complète, en tenant compte des systèmes BMS, de la coque du module et du contrôleur de l'armoire de batterie). La masse des cavaliers, du coupe-batterie et de l'armoire de batteries est supposée être conditionnellement égale pour les batteries lithium-ion et la batterie de batteries plomb-acide.
Essayons maintenant de comparer les paramètres calculés. Dans ce cas, nous prenons la profondeur de décharge pour le plomb - 70% et pour le Li-Ion - 90%.
cliquableNotez que la faible énergie spécifique d'une batterie d'avion est due au fait que la batterie elle-même (qui peut être considérée comme un module) est enfermée dans une enceinte métallique ignifuge, possède des connecteurs et un système de chauffage pour fonctionner à basse température. À titre de comparaison, le calcul d'une cellule de la batterie TB44 est donné, à partir duquel nous pouvons conclure que les caractéristiques sont similaires avec une cellule LFP conventionnelle. De plus, la batterie aviation est conçue pour des courants de charge / décharge élevés, ce qui est associé à la nécessité d'une préparation rapide de l'avion pour un nouveau vol au sol et d'un courant de décharge important en cas d'urgence à bord, par exemple, une panne d'alimentation électrique
Au fait, c'est ainsi que le constructeur compare différents types de batteries d'avion
Comme vous pouvez le voir sur les tableaux:1) La puissance de l'armoire de batterie dans le cas de la technologie LMO est plus élevée.
2) Le nombre de cycles de batterie pour LFP plus.
3) La gravité spécifique de la LFP est respectivement moindre avec la même capacité, l'armoire batterie avec technologie fer-lithium-phosphate est plus grande.
4) La tendance à l'accélération thermique de la technologie LFP est moindre, en raison de sa structure chimique. En conséquence, il est considéré comme relativement sûr.
Pour ceux qui veulent comprendre clairement comment les batteries lithium-ion peuvent être connectées au réseau de batteries pour fonctionner avec l'onduleur, je vous recommande de regarder ici.Par exemple, un tel schéma. Dans ce cas, le poids net des batteries sera de 340 kg, la capacité sera de 100 ampères-heures.
cliquableOu un circuit pour le LFP 160S2P, où la masse nette des batteries sera de 512 kg et la capacité est de 200 ampères-heures.
cliquable CONCLUSION: Malgré le fait que les batteries avec la chimie du phosphate de fer-lithium (LiFeO4, LFP) sont principalement utilisées dans les véhicules électriques, leurs caractéristiques ont plusieurs avantages par rapport à la formule chimique du LMO, permettent de charger avec un courant élevé et sont moins exposées au risque d'accélération thermique. Le type de batteries à choisir reste à la discrétion du fournisseur d'une solution intégrée clé en main qui le détermine selon un certain nombre de critères, et notamment le coût du réseau de batteries dans l'onduleur. À l'heure actuelle, tout type de batteries au lithium-ion perd encore en coût par rapport aux solutions classiques, mais la grande puissance spécifique des batteries au lithium par unité de masse et les dimensions plus petites détermineront de plus en plus le choix en direction de nouveaux dispositifs de stockage d'énergie. Dans certains cas, la masse totale plus faible de l'onduleur détermine le choix en direction des nouvelles technologies. Ce processus se déroulera complètement inaperçu et est actuellement limité par le coût élevé dans le segment des prix bas (solutions domestiques) et l'inertie de penser à la sécurité incendie au lithium chez les clients qui recherchent les meilleures options d'onduleurs dans le segment des onduleurs industriels d'une capacité supérieure à 100 kVA. Le niveau du segment moyen des capacités d'onduleurs de 3 kVA à 100 kVA est possible à mettre en œuvre sur les technologies lithium-ion, mais en raison de la production à petite échelle, il est assez cher et perd en échantillons finis en série d'onduleurs avec batteries VRLA.
Vous pouvez trouver des détails et discuter d'une solution spécifique utilisant des batteries lithium-ion pour votre serveur ou centre de données en envoyant une demande à info@ot.ru ou en faisant une demande sur le site Web de la société www.ot.ru.
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Auteur: Oleg Kulikov
Ingénieur de conception en chef
Département des solutions d'intégration
Entreprise de technologie ouverte