Под термином литий-ионные аккумуляторы скрывается большое разнообразие продуктов, которые имеют разные свойства в зависимости от производителя, конструкции, размера и состава. Чтобы выбрать правильную технологию батареи, важны следующие критерии выбора:
- Чувствительность к температуре
- безопасность
- Плотность энергии
- Удельная мощность
- Расходы на закупку
- Количество циклов
- продолжительность жизни
- Время зарядки
При выборе существует противоречие между экономическими интересами и техническими требованиями. На следующем рисунке показаны наиболее важные критерии выбора в отношении наиболее распространенных литиевых аккумуляторов, таких как литий-железо-фосфатная батарея (LFP), литий-никель-марганцево-кобальтовая батарея (NMC), литий-никель-кобальто-алюминиевая диоксидная батарея (NCA) и литиевая батарея. -Манганская оксидно-шпинельная батарея (LMS) на:
Поэтому, если пользователь устанавливает приоритет в отношении коэффициента безопасности, он должен выбрать литий-железо-фосфатные ячейки - но он должен учитывать, что он должен идти на компромиссы в области плотности энергии. В зависимости от применения каждая технология имеет право на существование. Желаемые параметры зависят от конечного продукта и его потребностей. Поэтому имеет смысл более внимательно взглянуть на различные критерии выбора, чтобы продемонстрировать выбор. Эти электрические свойства рассматриваются в первую очередь.
От плотности энергии к саморазряду: определение электрических свойств
Заметка
Эта статья является отрывком из книги Свена Бауэра "Akkuwelt". В книге специалистов представлен обзор разработки, изготовления и использования аккумуляторов. Существует также понимание потенциальных и будущих тенденций развития.
Больше информации
Литий-ионная батарея представляет собой электрохимическое устройство накопления энергии. Электрические свойства подробно описаны ниже:
Плотность энергии. Плотность энергии определяется как содержание энергии на единицу веса. Высокая плотность энергии с точки зрения объема и веса означает высокую или длительную производительность литиевой батареи.
Стабильность цикла : цикл представляет собой регулярную, автономную последовательность процессов разрядки и зарядки. Термин стабильности цикла описывает стабильность съемной емкости во время циклизации. Литиевые батареи с высокой стабильностью цикла, особенно в состоянии частичного заряда, характеризуются длительным сроком службы.
Высокая сила тока: высокая сила тока означает высокую токонесущую способность с исключительно высокой удельной электропроводностью. Высокая сила тока, особенно при очень низких или высоких температурах, является критерием эффективной доступности.
Картинная галерея
Напряжение разряда: напряжение разряда - это напряжение во время процесса разряда. Их высота зависит от нагрузки и состояния заряда. Чем выше напряжение разряда, тем более мощный или переменный аккумулятор. Постоянное напряжение разряда считается экономически выгодным.
Время перезарядки: время перезарядки описывает период времени, необходимый для обеспечения полной производительности батареи. Короткое время перезарядки означает высокую доступность литиевых батарей и, следовательно, большую экономию. Эффективность времени перезарядки можно увидеть в сочетании с применимой технологией зарядки.
Саморазряд: Саморазряд - это химический процесс, при котором батареи медленно разряжаются без протекания тока потребления. Процесс саморазряда зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше саморазряд. Низкий уровень саморазряда означает более длительную доступность литиевых батарей, более высокую энергоэффективность, меньшее количество циклов зарядки и, следовательно, лучшую экономию.
принципы
В случае аккумуляторов на никелевой основе частичные циклы считаются полным циклом, поскольку процесс старения здесь является основным для старения. Простые, но не очень сложные методы зарядки обычно считаются недорогими. Это облегчает перезарядку литий-ионных батарей, чем никель-кадмиевые или никель-металлогидридные батареи. Литиевая технология обычно имеет низкую скорость саморазряда с менее чем 2 процентами саморазряда в год и требует меньшего технического обслуживания, чем свинцово-кислотные батареи.
Литиевые батареи как самый мощный источник энергии
Если вы посмотрите на основные электрические свойства литиевых батарей, у них самая высокая плотность энергии, самая высокая удельная мощность, самый длинный срок службы, самый широкий температурный диапазон и самые низкие скорости саморазряда с 1-2% по сравнению с другими типами батарей с примерно 250 Вт / кг. в год. Поэтому они считаются самым мощным источником энергии. Для собственного выбора оптимальной технологии вы должны соответствующим образом расставить приоритеты в соответствующих аспектах приложения, поскольку в зависимости от требований использование той или иной технологии в семействе литий-ионных является более выгодным.
Усилия по техническому обслуживанию и срок службы батарей: проектные данные
Помимо электрических свойств, конструктивные характеристики также играют важную роль в выборе оптимального типа литий-ионной батареи. Это наиболее распространенные требования к дизайну:
Усилия по техническому обслуживанию: чтобы иметь возможность оптимизировать расходы как во время хранения, так и во время использования, обычно целью является достижение минимальных усилий по техническому обслуживанию. В частности, литий-ионные аккумуляторы отличаются низкими требованиями к техническому обслуживанию по сравнению со свинцовыми или никель-кадмиевыми или никель-металлогидридными аккумуляторами.
День батареи
Разработка первой батареи
Контроль доступности: компоненты всегда должны быть готовы к использованию. Измеряя скорость саморазряда литий-ионных аккумуляторов, в отличие от других типов аккумуляторов, можно оценить срок службы и, следовательно, доступность.
Долговечность: срок службы литий-ионной батареи связан с экономической эффективностью компонента. Качественные, прочные и долговечные конструкции, таким образом, поддерживают экономические цели компаний, организаций и учреждений. Конструкцию здания следует рассматривать как единое целое, например, если это возможно, для пространственного отделения используемых батарей от потенциальных источников тепла.
Защита от короткого замыкания: защита от короткого замыкания от внутренних или внешних факторов окружающей среды служит защитой от тепловых разрядов и снижает более высокую частоту отказов. Литий-ионные аккумуляторы требуют защитной цепи для этого. Из-за низкого сопротивления (большой ток короткого замыкания) короткое замыкание может иметь фатальные последствия.
Строительство, сборка, ввод в эксплуатацию, замена: простая сборка, простота замены и беспроблемный ввод в эксплуатацию снижают риск несчастных случаев и повреждения литиевых батарей. Из-за изменяющихся требований и, следовательно, обновленной расстановки приоритетов требований к батареям, должна быть предусмотрена изменяемая и гибкая конструкция корпуса для использования различных элементов. Кроме того, следует использовать огнестойкие корпуса для снижения риска возникновения пожара и несчастных случаев.
Критерии приема: конструктивное соблюдение определенных критериев приема также может повлиять на выбор оптимальной литий-ионной технологии. При определенных обстоятельствах другие технологии хранения энергии также должны использоваться из-за юридических требований и правил. В этом контексте критерии приема включают в себя соответствующее обучение, требования к хранению или инструкции по ремонту и обращению.
определение
Под компонентами с низким сопротивлением понимаются компоненты с низким электрическим сопротивлением.
Ресурс и энергопотребление аккумуляторов: экологические требования
Соблюдение экологических требований, с одной стороны, служит защите окружающей среды, а с другой - предотвращению затрат.
Защита от выбросов / защита от выбросов : при производстве, хранении и использовании литиевых батарей должны соблюдаться правила и законы о защите от выбросов / выбросов. Целью этого закона является защита людей, животных и растений от вредного воздействия окружающей среды. Соблюдение закона часто связано со значительными расходами и мерами предосторожности.
Потребление ресурсов. Природные ресурсы обычно не бесконечно доступны, поэтому необходима устойчивая стратегия. Например, закон о предотвращении и устранении ущерба окружающей среде гласит, что следует избегать изменений в природных ресурсах или ухудшения природных ресурсов. Что касается изготовления и переработки литий-ионных аккумуляторов, необходимо соблюдать соответствующие правовые нормы.
Потребление энергии: политические усилия в Германии направлены на сохранение энергии и использование возобновляемых источников энергии. Экономическое преимущество литиевых батарей обусловлено тем, что при производстве или повторном использовании происходит низкое энергопотребление. Для прямого сравнения: никель-кадмиевые батареи используют 140 процентов энергии для зарядки, чтобы получить 100 процентов энергии для хранения. Энергия зарядки, необходимая для литий-ионных аккумуляторов, составляет всего 103 процента.
Есть взаимосвязанные и конкурирующие области между экономическими и экологическими целями. В связи с этим необходим отдельный и всесторонний экономический анализ.
Сколько стоит литиевая батарея? Анализ рентабельности
Для всестороннего утверждения относительно рентабельности продукта, инвестиций, производственных затрат, цены и спроса должны быть рассмотрены и проанализированы. Что касается литиевых батарей, важными экономическими критериями являются не только расходы на приобретение, но и расходы на техническое обслуживание, расходы на хранение и утилизацию:
Расходы на приобретение. Расходы на приобретение литий-ионных аккумуляторов в течение многих лет снижались. Эксперты прогнозируют затраты на приобретение менее 200 евро за кВтч к 2020 году. В 2010 году цена за кВтч составляла 500 евро, а к 2017 году она снизилась бы до 200 евро за кВтч. Причинами такого позитивного развития являются растущий спрос и текущий избыток производственных мощностей производителей.
Расходы на техническое обслуживание. Обычно считается, что литий-ионная технология не требует технического обслуживания или требует минимального технического обслуживания по сравнению с другими технологиями накопления энергии, такими как аккумуляторы с открытым свинцом. Срок службы батареи в основном зависит от температуры обработки, использования и эксплуатации. Из-за высокой плотности энергии и, возможно, высокого напряжения, техническое обслуживание может выполняться только специально обученным персоналом.
Расходы на хранение: Литиевые батареи относятся к группе продуктов, стоимость хранения которых зависит как от типа батареи, так и от условий окружающей среды, таких как температура хранения и объем хранения. Помимо прочего, количество хранимых веществ, пожарные отсеки и системы сигнализации являются критериями, которые необходимо согласовать с пожарной командой, страховой компанией и строительными властями.
определение
Термин «Общая стоимость владения» (TCO) представляет собой сумму всех понесенных расходов, начиная с затрат на приобретение до затрат на использование, таких как требования к электроэнергии, техническое обслуживание и расходы по юридической или профессиональной утилизации. TCO представляет собой важный аспект проектирования на этапе разработки продукта, который влияет на решение клиента о покупке.
Затраты на техническое обслуживание / общая стоимость владения (TCO). Термин «затраты на техническое обслуживание» включает все параметры, которые описывают литий-ионную батарею в целом. Сравнение со свинцово-кислотными батареями показано на соседнем рисунке.
Расходы на техническое обслуживание варьируются в зависимости от требуемого процесса использования, хранения или зарядки, включая любые расходы на электроэнергию. Независимо от емкости применяется следующее: чем больше токосъемная ячейка, тем она дороже.
Определения
Термин «эффективность» описывает отношение используемой энергии к используемой.
Термин «глубина разряда» представляет собой меру отвода заряда батареи. Глубина разряда рассчитывается исходя из снятого заряда по отношению к номинальной емкости батареи, выраженной в процентах.
Термин «срок службы цикла» определяет количество циклов, до которых аккумулятор способен обеспечить 80 процентов своей номинальной емкости.
Расходы на утилизацию: из-за материалов, содержащихся в батареях, важно собирать их отдельно. В зависимости от системы батарей они в основном состоят из ценных материалов, таких как свинец, цинк, никель, железо / сталь, алюминий, литий, кадмий, медь, кобальт или ртуть. Из-за высокой реактивности лития демонтаж и утилизация литий-ионных аккумуляторов является сложной задачей, поэтому использованные аккумуляторы необходимо обрабатывать в соответствии с требованиями законодательства и перерабатывать.
Обзор критериев выбора
В целом, можно сказать, что литиевая технология в настоящее время имеет оптимальную удельную мощность по отношению к экономике. Кроме того, прямое сравнение различных типов батарей показывает еще более заметные различия. Литий-ионная технология обладает выдающимися свойствами во всех перечисленных областях.
Заметка
Эта статья является отрывком из книги Свена Бауэра "Akkuwelt". В книге специалистов представлен обзор разработки, изготовления и использования аккумуляторов. Существует также понимание потенциальных и будущих тенденций развития.
Больше информации
Семь захватывающих разработок вокруг батарей и аккумуляторов
Картинная галерея с 7 картинками