Battery Cells

เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมแตกต่างจากเคมีแบตเตอรี่อื่น ๆ เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานสูงและต้นทุนต่อรอบต่ำ อย่างไรก็ตาม“ แบตเตอรี่ลิเธียม” เป็นคำที่ไม่ชัดเจน แบตเตอรี่ลิเธียมมีสารเคมีทั่วไปประมาณหกชนิดซึ่งทั้งหมดนี้มีข้อดีและข้อเสียที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง สำหรับการใช้งานพลังงานหมุนเวียนเคมีที่โดดเด่นคือ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4). เคมีนี้มีความปลอดภัยที่ดีเยี่ยมมีความเสถียรทางความร้อนสูงพิกัดกระแสไฟฟ้าสูงอายุการใช้งานยาวนานและทนทานต่อการใช้งานในทางที่ผิด
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เป็นเคมีลิเธียมที่เสถียรมากเมื่อเทียบกับเคมีลิเธียมอื่น ๆ เกือบทั้งหมด แบตเตอรี่ประกอบด้วยวัสดุแคโทดที่ปลอดภัยตามธรรมชาติ (เหล็กฟอสเฟต) เมื่อเทียบกับเคมีลิเธียมอื่น ๆ เหล็กฟอสเฟตส่งเสริมพันธะโมเลกุลที่แข็งแกร่งซึ่งทนต่อสภาวะการชาร์จที่รุนแรงยืดอายุการใช้งานและรักษาความสมบูรณ์ของสารเคมีในหลาย ๆ รอบ นี่คือสิ่งที่ช่วยให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงอายุการใช้งานยาวนานและทนทานต่อการใช้งานในทางที่ผิด แบตเตอรี่ LiFePO4 ไม่ได้รับความร้อนสูงเกินไปและไม่ได้รับการกำจัดให้เป็น 'หนีความร้อน' ดังนั้นจึงไม่ให้ความร้อนสูงเกินไปหรือจุดไฟเมื่ออยู่ภายใต้การจัดการที่ไม่ถูกต้องอย่างเข้มงวดหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

แบตเตอรี่ลิเธียมไม่เหมือนกับกรดตะกั่วที่ถูกน้ำท่วมและสารเคมีในแบตเตอรี่อื่น ๆ แบตเตอรี่ลิเธียมจะไม่ระบายก๊าซอันตรายเช่นไฮโดรเจนและออกซิเจน นอกจากนี้ยังไม่มีอันตรายจากการสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ที่กัดกร่อนเช่นกรดซัลฟิวริกหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ในกรณีส่วนใหญ่แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถเก็บไว้ในพื้นที่ จำกัด ได้โดยไม่เสี่ยงต่อการระเบิดและระบบที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมไม่จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนหรือการระบายอากาศ
แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นส่วนประกอบที่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากเช่นแบตเตอรี่กรดตะกั่วและแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีแรงดันไฟฟ้า 2V / เซลล์ในขณะที่เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมมีแรงดันไฟฟ้า 3.2V ดังนั้นเพื่อให้ได้แบตเตอรี่ 12V โดยทั่วไปคุณจะมีเซลล์สี่เซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นชุด สิ่งนี้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าของ a LiFePO4 12.8V. เซลล์แปดเซลล์ที่เชื่อมต่อกันในอนุกรมทำให้ไฟล์ แบตเตอรี่ 24V ด้วยแรงดันไฟฟ้า 25.6V และสิบหกเซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นชุด แบตเตอรี่ 48V ด้วยแรงดันไฟฟ้า 51.2V แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ทำงานได้ดีตามแบบฉบับของคุณ อินเวอร์เตอร์ 12V, 24V และ 48V.

แบตเตอรี่ลิเธียมมักใช้เพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่วกรดโดยตรงเนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จใกล้เคียงกันมาก สี่เซลล์ แบตเตอรี่ LiFePO4 (12.8V), โดยทั่วไปจะมีแรงดันประจุสูงสุดระหว่าง 14.4-14.6V (ขึ้นอยู่กับคำแนะนำของผู้ผลิต) สิ่งที่เป็นเอกลักษณ์ของแบตเตอรี่ลิเธียมคือไม่จำเป็นต้องมีประจุดูดซับหรือต้องอยู่ในสถานะแรงดันไฟฟ้าคงที่เป็นระยะเวลาสำคัญ โดยปกติเมื่อแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดก็ไม่จำเป็นต้องชาร์จอีกต่อไป ลักษณะการคายประจุของแบตเตอรี่ LiFePO4 ก็มีลักษณะเฉพาะเช่นกัน ในระหว่างการคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมจะรักษาแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดโดยทั่วไปจะโหลดได้ ไม่ใช่เรื่องแปลกที่แบตเตอรี่ลิเธียมจะลดลงเพียงไม่กี่ในสิบของโวลต์จากการชาร์จเต็มเป็น 75% สิ่งนี้ทำให้ยากที่จะบอกได้ว่ามีการใช้ความจุเท่าใดโดยไม่มีอุปกรณ์ตรวจสอบแบตเตอรี่ 

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของลิเธียมเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือไม่ต้องทนทุกข์ทรมานจากการขาดดุล โดยพื้นฐานแล้วนี่คือช่วงเวลาที่ไม่

สามารถชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มได้ก่อนที่จะถูกคายประจุอีกครั้งในวันถัดไปนี่เป็นปัญหาใหญ่มากสำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและสามารถส่งเสริมการย่อยสลายของเพลทอย่างมีนัยสำคัญหากหมุนวนซ้ำ ๆ ในลักษณะนี้ ไม่จำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่ LiFePO4 ให้เต็มเป็นประจำ ในความเป็นจริงเป็นไปได้ที่จะปรับปรุงอายุขัยโดยรวมเล็กน้อยด้วยการชาร์จเพียงบางส่วนเล็กน้อยแทนที่จะชาร์จเต็ม

ประสิทธิภาพเป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพไป - กลับ (จากเต็มไปจนถึงตายและกลับไปเต็ม) ของแบตเตอรี่กรดตะกั่วเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 80% นักเคมีอื่น ๆ อาจเลวร้ายยิ่งกว่า ประสิทธิภาพการใช้พลังงานไป - กลับของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสูงกว่า 95-98% เพียงอย่างเดียวนี้เป็นการปรับปรุงที่สำคัญสำหรับระบบที่อดอาหารจากพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงฤดูหนาวการประหยัดเชื้อเพลิงจากการชาร์จของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจเป็นอย่างมาก ขั้นตอนการดูดซับประจุของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดไม่มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง 50% หรือน้อยกว่านั้น เมื่อพิจารณาจากแบตเตอรี่ลิเธียมไม่ดูดซับประจุเวลาในการชาร์จจากการคายประจุจนหมดจนเต็มอาจเหลือเพียงสองชั่วโมง สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถได้รับการคายประจุที่เกือบสมบูรณ์ตามที่ได้รับการจัดอันดับโดยไม่มีผลเสียที่สำคัญ อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซลล์แต่ละเซลล์ไม่ปล่อยออกมามากเกินไป นี่คืองานของบูรณาการ ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS).
ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นปัญหาใหญ่ดังนั้นชุดประกอบทั้งหมดควรมีแบบบูรณาการ ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS). BMS เป็นระบบที่ตรวจสอบประเมินปรับสมดุลและปกป้องเซลล์จากการทำงานนอก“ พื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย” BMS เป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยที่สำคัญของระบบแบตเตอรี่ลิเธียมการตรวจสอบและปกป้องเซลล์ภายในแบตเตอรี่จากกระแสไฟเกินแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า / เกินอุณหภูมิและอื่น ๆ เซลล์ LiFePO4 จะได้รับความเสียหายอย่างถาวรหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลดลงเหลือน้อยกว่า 2.5V เซลล์จะได้รับความเสียหายอย่างถาวรหากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 4.2V BMS จะตรวจสอบแต่ละเซลล์และจะป้องกันความเสียหายของเซลล์ในกรณีที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำ / เกิน
ความรับผิดชอบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ BMS คือการปรับสมดุลของแพ็คระหว่างการชาร์จโดยรับประกันว่าเซลล์ทั้งหมดจะได้รับการชาร์จเต็มโดยไม่ต้องชาร์จไฟมากเกินไป เซลล์ของแบตเตอรี่ LiFePO4 จะไม่สมดุลโดยอัตโนมัติเมื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จ อิมพีแดนซ์ผ่านเซลล์มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยดังนั้นจึงไม่มีเซลล์ใดเหมือนกัน 100% ดังนั้นเมื่อหมุนรอบเซลล์บางเซลล์จะชาร์จเต็มหรือหมดเร็วกว่าเซลล์อื่น ๆ ความแปรปรวนระหว่างเซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเวลาผ่านไปหากเซลล์ไม่สมดุล
In แบตเตอรี่ตะกั่วกรดกระแสจะยังคงไหลต่อไปแม้ว่าเซลล์อย่างน้อยหนึ่งเซลล์จะชาร์จเต็มแล้วก็ตาม ซึ่งเป็นผลมาจาก กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่น้ำจะแยกออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน กระแสนี้ช่วยในการชาร์จเซลล์อื่น ๆ อย่างเต็มที่ดังนั้นจึงทำให้ประจุไฟฟ้าสมดุลในทุกเซลล์อย่างเป็นธรรมชาติ อย่างไรก็ตามเซลล์ลิเธียมที่ชาร์จเต็มแล้วจะมีความต้านทานสูงมากและกระแสจะไหลน้อยมาก ดังนั้นเซลล์ที่ล้าหลังจะไม่ถูกชาร์จจนเต็ม ในระหว่างการปรับสมดุล BMS จะใช้ภาระเล็กน้อยกับเซลล์ที่ชาร์จเต็มเพื่อป้องกันไม่ให้ชาร์จไฟเกินและปล่อยให้เซลล์อื่น ๆ ตามมา