Літієві (lithium)

Застосування літій залізо фосфатних АКБ NetPRO JLB 48-100

• Автономні, гібридні вітрові електростанції.
• Базові станції операторів мобільного зв'язку.
• Системи безперебійного електроживлення.
• Системи із застосуванням оперативного постійного струму.

Переваги літієвих АКБ у порівнянні зі свинцево-кислотними

Циклічний ресурс у 8-10 разів вище ніж у свинцево-кислотних АКБ.

Літій-іонні акумулятори NetPRO серії JLB мають набагато більше циклів глибокого заряду-розряду ніж свинцево-кислотні. При збільшенні температури навколишнього середовища у літій-залізо-фосфатних АКБ значно збільшується циклічний ресурс у порівнянні з свинцево-кислотними. Кількість циклів для кожного типу акумуляторної батареї зменшується зі збільшенням глибини розряду, розрядного струму і температури (Рис.1,2), але літій-іонні акумулятори найменш чутливі до цих факторів.

Рис.1

Тривалий термін експлуатації при високих температурах.

На відміну від свинцево-кислотних АКБ термін експлуатації літій-іонних меншою мірою залежить від температурних умов експлуатації. Наприклад, при 35°С термін служби свинцево-кислотної АКБ скорочується на 50%, а літієвої на 10% від розрахункового терміну експлуатації. Літій-іонна технологія забезпечує більш довгий термін експлуатації.
	Рис.2

Термін експлуатації більше ніж у 2 рази. Не потребують спеціального догляду

Рекордний термін експлуатації до 20 років роботи в буферному режимі

Тривалість терміну експлуатації свинцево-кислотних АКБ багато в чому залежить від умов експлуатації, але на практиці дуже часто умови експлуатації не дотримуються і термін служби АКБ значно скорочується.

Літій-іонні АКБ не потребують спеціального догляду та термін експлуатації меншою мірою залежить від умов експлуатації.

Чинники що впливають термін служби АКБ

Чинники впливу	Літій-іонні акумулятори з катодом на основі фосфату заліза (LiFePO4)	Свинцево-кислотна АКБ із гелевим електролітом (GEL)
Регулярний неповний заряд	Не призводить до негативних наслідків	Небажаний
Перезаряд	Неможливий. Перешкоджає функція захисту BMS	Неприпустимий. Приводить до корозії позитивних пластин і скороченню терміну служби
Глибокий розряд	Неможливий. Перешкоджає функція захисту BMS	Неприпустимий. Приводить до сульфатації пластин та виходу акумулятора з ладу
Глибина розряду, що веде до скорочення терміну служби	Більше 99% Впливає на термін служби *	Понад 60% Істотно впливає на термін служби
Вплив високих температур	Знижується на 10% від розрахункового терміну при кожному підвищенні температури на 10°С від 30°С	Знижується на 50% від розрахункового терміну у разі підвищення температури на 10°С від 24°С *

*Залежно від виробника. Для розрахунку взято узагальнений показник для комерційних свинцево-кислотних АКБ середньої цінової категорії.

Значна продуктивність при високих струмах розряду.

Напруга стабільніша і вища, ніж у свинцево-кислотних акумуляторів.

Під час розряду літієва батарея стабільно тримає номінальну напругу, зазначену в технічних характеристиках. Батарея, розряджена на 60%, матиме ту саму напругу, що й повністю заряджена. Після того, як батарея розрядиться, напруга різко падає. У порівнянні із свинцево-кислотними, літієва батарея віддає більше енергії при високих струмах розряду. Завдяки цим характеристикам ви можете використовувати літієві АКБ нижчої ємності, ніж свинцево-кислотні, отримуючи такий самий час автономної роботи. На рис.3 відображено ступінь розряду батарей по відношенню до напруги при різних струмах розряду.

Рис.3

Максимум доступної ємності

Висока допустима глибина розряду

Допустима глибина розряду свинцево-кислотної АКБ без негативних наслідків для терміну експлуатації акумулятора становить 60%. У той час, як цей показник для літій-іонних АКБ LiFePO4 досягає 90% (Рис. 4).

Це означає, що маючи однакову номінальну ємність, літій-іонна АКБ може віддати корисної енергії на 50% більше, навіть за високих струмах розряду (Рис. 5).

Рис.4

Вища ємність при низьких температурах експлуатації

Порівняно зі свинцево-кислотними АКБ, батареї LiFePO4 найменш чутливі до низьких температур навколишнього середовища (Рис. 5). Так, наприклад, при розряді струмом 0,5С при температурі -20°С літій-іонна батарея зберігає 40% ємності від номінальної, а свинцево-кислотна лише 20%.
	Рис.5

Вдвічі вища швидкість заряду батареї, відсутність «ефекту пам'яті»

Високі допустимі струми заряду

LiFePО4 допустимо заряджати відносно високими зарядними струмами від 0,5 до 1С (0,5С рекомендується). Тоді як свинцево-кислотні АКБ, без негативних наслідків терміну експлуатації, заряджаються зарядним струмом до 0,2С. У зв'язку з цим, завдяки відносно високій напрузі заряду та силі зарядного струму, літій-іонна АКБ повністю заряджається за 2 години, а аналогічна за характеристиками свинцево-кислотна — 4-5 годин (Рис. 6). У літій-іонній батареї відсутній так званий «ефект пам'яті». Тобто ви можете частково заряджати і розряджати акумулятори у будь-який час, не чекаючи на повний розряд АКБ.

Рис.6

На 40% нижчий рівень саморозряду

Низький рівень саморозряду

При зберіганні протягом 1 року повністю зарядженої батареї LiFePO4 (при температурі 25°С) батарея розрядиться на 20%, і в ній залишиться 80% від початкової ємності. Свинцево-кислотна батарея за рік розрядиться на 40% і в ній залишиться 60% початкової ємності. Для літієвої АКБ при зберіганні високі температури впливають не в значній мірі у порівнянні із свинцево-кислотною. Наприклад, впродовж 4 місяців зберігання при температурі 45°С літій-іонна батарея збереже 90% номінальної ємності, а свинцево-кислотна при тих же умовах — 60% (Рис. 7).
	Рис.7

Немає потреби в заміні зарядного пристрою

Процес заряду ідентичний зі свинцево-кислотними батареями

Процес заряду LiFePO4 подібний до процесу заряду свинцево-кислотних батарей за тією різницею, що має дещо вищі напругу і струми заряду, а час заряду — менший. Літієві АКБ заряджаються стабілізованим струмом 0,2-1,0С (рекомендується 0,5С), стабілізованою напругою або комбінацією цих двох способів. При двоступінчастій зарядці напруга спочатку підвищують стабілізованим струмом до 2,8-3,6 на елемент (42,5-54,0 В для батареї 48 В). Потім при постійній напрузі відбувається насичення акумулятора до повної ємності струмом зарядки, що поступово зменшується. Один етап зарядки дозволяє акумулятору набрати 90-95% ємності, два — 100%. Температурний діапазон заряду LiFePO4 АКБ заряджається при температурі від 0 до 55°С (рекомендується 25°С).

Рис.8

Висока продуктивність при високих струмах розряду

Розряд батареї проводиться через навантаження струмом розряду до 1С (рекомендується 0,5С). З підвищенням струму розряду час автономної роботи акумулятора зменшується. Допустима температура розряду для літієвих АКБ становіить від -20 до +55°С (рекомендується 25°С).
	Рис.9

Легка вага та компактність

Однією з головних переваг батарей LiFePO4 є висока щільність енергії.

Завдяки цьому літієві акумулятори в 4 рази менше за об'ємом та масою ніж свинцево-кислотні.

Це значна перевага для систем з обмеженням по масі. Маючи меншу масу в 4 рази, батареї LiFePO4 набагато зручніше використовувати на пересувних/мобільних установках, а також об'єктах, доставка яких здійснюється транспортними засобами з обмеженою вантажопідйомністю.

Рис.10

Безпека та екологічність

• Літій-іонні акумулятори при експлуатації в нормальному режимі не містять металевого літію і безпечні при експлуатації.
• Не вибухають при внутрішньому короткому замиканні.
• Належать до горючих важкозаймистих виробів. Корпус призматичних елементів, з яких зібрані батареї, виготовляється з важкозаймистих матеріалів.
• Під час роботи цього акумулятора не виділяються шкідливі та небезпечні речовини. Оскільки елементи LiFePO4 герметичні та при їх експлуатації не виділяються гази, ці акумулятори можуть бути розміщені у звичайних шафах промислового виконання та розміщуватись в електротехнічних приміщеннях загального призначення в безпосередній близькості від іншого обладнання.

Основну роль у забезпеченні безпечної експлуатації відіграє вбудована система управління акумулятором — BMS (Battery Management System). Інтегрована система управління батареєю

Система управління батареєю (BMS) – електронна система, яка керує зарядним розрядним процесом акумуляторної батареї, відповідає за безпеку її роботи, проводить моніторинг стану, оцінку вторинних даних працездатності.

Функції вбудованої системи керування акумулятором (BMS)

• Забезпечення роботи з гібридними інверторами для сонячних та вітрових джерел енергії.
• Автоматичне балансування заряду акумуляторів, що входять до складу акумуляторного блоку.
• Дистанційний моніторинг, управління та діагностика.
• Захист кожного окремого акумулятора та батарейного блоку по струму заряду та розряду вище або нижче встановлених показників.
• Захист кожного окремого акумулятора та батарейного блоку по напрузі заряду та розряду вище або нижче встановлених показників.
• Захист кожного окремого акумулятора та батареї в цілому при заряді та розряді від температур вище або нижче встановлених показників.
• Захист від короткого замикання
• Автоматичне вимкнення батареї за відсутності навантаження або живлення

Додаткові переваги літій-іонних батарей

• Економія місця у приміщенні, зменшення вартості та полегшення процесу доставки та інсталяції.
• Простота інсталяції завдяки вбудованій системі управління батареєю (BMS).
• Зручний форм-фактор. Сумісність із телекомунікаційними стійками RACK 19 дюймів.
• Гарантійний термін експлуатації у 5 разів вищий ніж у свинцево-кислотних, що зменшує ризики у разі виробничого браку АКБ, виявленого під час експлуатації.
• Можливість віддаленого моніторингу, контролю та діагностики батареї.
• Можливість підключення до 15 додаткових блоків для збільшення ємності за необхідності. Немає необхідності придбати відразу батарею високої ємності.