Lítium-vas-foszfát új elemek - hosszú máj a cégtől
Szergej Mironov (KompEL)
Viszonylag a közelmúltban jelentek meg a piacon, a lítium-vas-foszfát elemek kissé lítium-polimert veszítenek a maximális fajlagos energiasűrűséggel. Ez azonban csaknem négyszeres előnyt jelent a töltés-kisütési ciklusok számában. Az EEMB cég számos különféle Li-FePO4-akkumulátorot gyárt.
Jelenleg nincs aktív fejlesztési adattároló (szerver / adatközpont), a különböző távközlési berendezések, beléptető rendszerek és a tűzvédelmi és biztonsági rendszerek, alternatív energia, az elektromos és egyéb ipari rendszerek és létesítmények igénylő önálló hatáskört. Ezeknek a rendszereknek az áramellátásához különböző másodlagos kémiai áramforrások vagy akkumulátorok egyre népszerűbbek.
A legtöbb alkalmazásban az ólom-savas akkumulátorokat továbbra is másodlagos áramforrásokként használják, a legfejlettebb gyártási technológiával és alacsony energiafelhasználási költséggel.
Ábra. 1. Adatközpont energiarendszer
A fent említett akkumulátorok nagy részét a nagy és akár nagyon nagy teljesítmény fogyasztása jellemzi - néhányról több száz kilowattra (alternatív energia, elektromos szállítás, adatközpontok). A fő tápegység hálózatának lekapcsolása véletlenszerű jellegű, és különböző időintervallumokban előfordulhat, ezért rendkívül nagy energia tartalék szükséges a problémamentes működés érdekében. Természetesen a fontosabb berendezésekben a tápkábelről történő leválasztás ideje szabályozható, és további tartalék energiavezetékek és / vagy dízel berendezés telepítésével biztosítják. Például, ha figyelembe vesszük a szerver-berendezések tápellátási rendszerét, ez egy garantált áramellátó alrendszert tartalmaz, amely két bemenettel rendelkezik a különböző alállomásokból és egy különálló dízelegységből (1. ábra). Ezen túlmenően a rendszer szünetmentes tápegység (UPS) alrendszert is tartalmaz, amely két szünetmentes tápegységet tartalmaz (fő és backup UPS csatornák). A szünetmentes tápegységek mindegyike rendelkezik elegendő akkumulátorral, és az adatközpontok (akár több száz kW) fogyasztása miatt egyértelművé válik a nagy fajlagos energiafogyasztás és a használt elemek hosszú élettartama. Még fontosabb, ez a paraméter akkor válik, ha az elemeket elektromos szállításban használják, mivel az "extra" kilogrammok szállítása csak a haszontalan energiafogyasztást és az általános hatékonyság csökkenését eredményezi. És itt a közös ólom-savas elemek jelentősen elveszik más típusú elemek (lítium alapúak). Az ólom-savas elemeket és a káros anyagok tartalmát el kell hagyni, ha ártalmatlanításra van szükség, és azokat óriási mennyiségben kell ártalmatlanítani.
Ha megnézzük a történelem fejlődése a kémiai áramforrások, tudomásul vesszük, hogy a fejlesztők figyelmet fordítottak, főleg, hogy több tényező: a növekedés fajlagos energiafelhasználás és az élettartamot, a kisebb súly és méret és a költség, javítja a környezetvédelmi és biztonsági kérdések. A felsorolt paraméterek a legfontosabbak az összes kémiai áramforráshoz képest.
Elemek - Tölthető áramforrás, és számukra az egyik legfontosabb paraméter a megengedett ciklusok számát „töltés-kisütés”, mert ez a paraméter határozza meg az akkumulátor élettartamát, és ennek megfelelően - járatsűrűség (rutin elemcsere), és a megbízhatóság a rendszer egészének. A legnagyobb számú ciklusok „töltés-kisütés” a jelen zhelezofosfatnye van lítium elem (Li-FePO4) [1]. Néhány alapvető paramétereit ólom-sav és lítium akkumulátorok zhelezofosfatnyh 1. táblázatban mutatjuk be a fenti táblázatban, az értéket töltés-kisütési ciklus egy Li-FePO4 is lehet növelni 2 ... 4-szer, ha nem várja, hogy töltse fel teljesen az akkumulátort. Ez megtörténhet, mivel az akkumulátortípusnak nincs memóriahatása.
1. táblázat Az elemek általánosított összehasonlító jellemzői
Üzemi feszültség (cellák), V
Működési hőmérséklet tartomány (kisülés), ° С
A lítium-vas-foszfát akkumulátort a lítium-ion akkumulátor továbbfejlesztéséül fejlesztették ki, ugyanakkor alacsonyabb költséggel és sokkal hosszabb élettartammal jellemezhető. Ezenkívül az elemek elemei kémiailag és termikusan stabilak, ezért sokkal biztonságosabb a használatnál, mint az előd. Természetesen nem mondható el, hogy a lítium-vas-foszfát akkumulátor maximális fajlagos energiasűrűséggel rendelkezik. Ebben a paraméterben lítium-polimer elemek kissé elveszik (2. ábra), de ez a marginális hiány csaknem négyszeresére csökkenti a töltés-kisütési ciklusok számát (élettartam). A lítium-vas-foszfát akkumulátor élettartama alatt három vagy négy lítium-polimer elemet cserélhet, és továbbra is működni fog.
Ábra. 2. Az elemek fajlagos energiája
Meg kell mondani, hogy a létező és a jelenlegi elemek sokasága között lehetetlen minden paraméterben megtalálni az abszolút vezető szerepet. Mindenesetre mindig a legfontosabbnak kell vezérelnünk ezt az alkalmazást, és rendszerint kénytelenek vagyunk kompromisszumos megoldást választani a műszaki paraméterek, a költségek és a biztonság között.
Jelenleg számos országban gyártják a lítium-vas-foszfát elemeket, beleértve Oroszországot is, de a gyártók többsége Kínában koncentrálódik. Ezt azzal magyarázza, hogy ebben az országban a legnagyobb lítiumtartalék található. Az orosz piac különböző gyártók termékeit mutatja be, köztük a jól ismert EEMB cég kiemelkedő szerepet játszik.
Az EEMB cég története a kémiai forrásforrások fejlesztésében és gyártásában mintegy 20 év. Mindeközben, a cég specializálódott gyártása lítium az elsődleges és másodlagos áramforrások különböző elektrokémiai rendszerek (Li-SOCl2, Li-MnO2, Li-SO2, Li-ion, Li-Polimer).
Minden gyártott elemek formájában gyártanak egység cellák, és abban a formában a akkumulátorok soros-párhuzamos csatlakozó elemek (sejtek). Az igényektől függően egy adott alkalmazás (kapacitás / feszültség), akkor lehet rendelni gyártása speciális akkumulátorok az egyes sejtek, is rendelhető a kívánt mesh méretű (fontos, hogy megfelel a állapota: a szükséges fajlagos energia sűrűsége nem haladhatja meg érte - 250 ... 270 Wh / l ).
A vállalat által gyártott lítium-vas-foszfát elemek termékcsoportja több olyan csoportra oszlik, amelyek az elektromos és a tervezési paraméterekben különböznek egymástól:
- egyes cellák modulok formájában;
- távközlési berendezések (BTS) elemei;
- akkumulátorok szünetmentes tápegységekhez és alternatív energiaforrásokhoz (UPS);
- akkumulátorok az elektromos szállításhoz.
Az EEMB által gyártott elemek megjelenését a 3. ábrán mutatjuk be.
A lemerült lítium-vas-foszfát akkumulátorok nagyon jó feszültségstabilitással rendelkeznek, amíg a cellát teljesen lemerül, majd hirtelen csökken a feszültség. Például a 4. ábra a különböző kisülési áramokra (1 ... 10 °) vett átlagolt kiáramlási görbéket mutatja szobahőmérsékleten. Rendkívül fontos, hogy ne engedjük meg a 2,0 V-nál kisebb cellák lemerülését, különben visszafordíthatatlan folyamatokkal jár, amelyek éles kapacitáscsökkenést eredményeznek. Ezt az ellenõrzõt az elektronikus áramkörre vagy az akkumulátor megrendelésére kell elhelyezni, jeleznie kell, hogy az akkumulátor önmagában védõ áramkörrel rendelkezik. Az EEMB cég akkumulátorokat gyárt, mind védőkör jelenlétében, mind hiányában. A védővezeték jelenlétét (a kisütés és a töltési feszültség túllépése miatt) a PCM rövidítéssel (pl. LP385590F-PCM) a végén meg kell jelölni.
Ábra. 4. Li-FePO4 akkumulátorok kiáramlási görbéi
Ábra. 5. Li-FePO4 akkumulátorok töltés-kisütési ciklusainak száma
A lítium-vas-foszfát akkumulátorokat alacsony önkisülési áram és rendkívül alacsony kapacitáscsökkenés jellemzi. A kutatás szerint várhatóan a teljesen feltöltött akkumulátorok 60 ° C-os hőmérsékleten történő tárolásának 15 évében a kapacitáscsökkenés 23 ... 25% -os lesz.
Az ilyen típusú elemek alacsony hőmérsékleten történő viselkedését a 6. ábra szemlélteti. Látható, hogy -20 ° C hőmérsékleten és 0,2 ° C-os kisüléseknél az akkumulátor kapacitása kb. 40% -kal csökken. Ez természetesen figyelembe kell venni, amikor az akkumulátort alacsony hőmérsékleten való használatra választják, viszont ez szinte az összes típusú elemek problémáját jelenti. Mindazonáltal a lítium-vas-foszfát akkumulátorok a tárolási hőmérsékletet -40 ° C-ig ellenállnak.
Alacsony hőmérsékleten történő üzemeltetéshez az EEMB speciális, alacsony hőmérsékletű akkumulátorokat (-40 ... 60 ° С) gyárt, de mivel ezek egy lítium-polimer elektrokémiai rendszer alapján készülnek, ebben a cikkben nem fogjuk figyelembe venni azokat.
Akárcsak az összes lítium elem, az ilyen típusú elemek szintén érzékenyek a töltési módra, nevezetesen a töltőfeszültség feleslegére. Töltés közben győződjön meg róla, hogy a feszültség nem haladja meg a cellát 3,65 V-ot. Ez a vezérlés a fent említett védelmi rendszerre is kiterjed. Ezenkívül a szabványos töltőáramot általában az akkumulátor kapacitásának felével kell kiválasztani, és a töltést két órán keresztül végezzük (töltés egyenáram mellett). A maximális töltőáram max. 1 kiloból (1 óra töltés). Töltést és állandó feszültséget hajthat végre, ebben az esetben a töltés vége a töltési áram csökkenésének tekinthető az akkumulátor kapacitásának 1/50-ig.
Az akkumulátorgyártók számára létfontosságú, hogy megértsék az életüket befolyásoló tényezőket. Itt figyelembe kell venni a jótállási kötelezettségeket, a termékköltségeket és egyéb működési paramétereket. Ha alacsony garanciaidővel vagy magas költségekkel rendelkező termékeket kínál, akkor a fogyasztó elhagyja azt. Ha túlbecsülni fogja a termék élettartamát, veszteségeket okozhat, és helyettesíti a meghibásodott akkumulátorokat. Ezért az akkumulátorok fejlesztésében és gyártásában az egyik legnagyobb probléma a hasznos élettartam helyes meghatározása, ugyanakkor alacsony költséggel jár.
Az EEMB LiFePO4 akkumulátorokat gyárt, amelyek biztosítják a folyamatos áramellátású rendszerek (UPS / UPS) megbízhatóságát és költséghatékonyságát. Az akkumulátorok jelentős és fontos szerepet játszanak a szünetmentes áramellátó rendszerben, így alapvető fontosságú a megfelelő akkumulátor kiválasztása egy ilyen rendszerhez. Ebben az esetben a LiFePO4 akkumulátor biztosítja az optimális megoldást. Az ólom-sav akkumulátor esetében a lítium-vas-foszfát akkumulátor használata csökkentheti a tömeg 2/3-át, és csökkentheti a hangerőt, ami hozzájárulhat a meglehetősen kompakt és könnyű szünetmentes áramforrások létrehozásához
irodalom
- komar.bitcheese.net
- Mironov S. Autonóm tápegység minden alkalomra. Lítium elemek és akkumulátorok áttekintése. Elektronikus alkatrészek №8.