Minden, amit tudni kell a Li-Ion akkumulátorról
Összefoglalónkban olvashat a lítium-ion technológiáról, a kémiai összetevőkről, az akkumulátorok előnyeiről és a gazdaságos üzemeltetéséről.
Az életciklusok jelentősége
Hosszabb ciklus élettartam (3x ólomsav)
- 3750+ ciklus (Li-ion) vs 1200 ciklus (ólomsav) 80% DoD mellett – a részleges merülések jelentősen meghosszabbítják az akkumulátor élettartamát.
- 10000 ciklus @ DoD 40% – a ciklus élettartama a töltési/merülési sebességtől és egyéb feltételektől, például az üzemi hőmérséklettől is függ.
Definíciók
- Töltöttségi állapot SoC (0% = üres; 100% = tele)
- Merülési mélység, DoD (100% = üres; 0% = tele)
- Ciklusélettartam (egy adott DoD-hez tartozó szám) – azon merülési-töltési ciklusok száma, amelyeket az akkumulátor átélhet, mielőtt az nem felel meg bizonyos teljesítménykritériumoknak. Minél magasabb a DoD, annál alacsonyabb a ciklus élettartama.
Li-ion Cycle Life vs DoD (különböző töltési és merülési sebesség)
A Li-Ion akkumulátorok főbb alkotórészei
- cellák,
- áthidalók,
- Battery Management System (BMS) biztonságos működési feltételeket tart fenn a cellák és az akkumulátoron belül. A BMS védi a cellákat, felügyeli és vezérli a következőket: cellafeszültség, akkumulátor hőmérséklete és töltési állapota (SoC), merülési mélység (DoD), jelenlegi állapot figyelő (SoH), cella kiegyenlítés,
- hűtő, fűtő rendszer (amennyiben szükséges),
- ballaszt (amennyiben szükséges),
- külső burkolat.
A cellák felépítése:
elektród:
- anód – negatív elektród jellemzően grafitból,
- katód – fémoxidból készült pozitív elektród,
- szeparátor,
- elektrolit.
A Li-Ion akkumulátorok energiahatékonysága
- Li-ion akkumulátor hatékonysága: akár 98%,
- Li-ion töltő hatékonysága: akár 95%,
- hosszabb ciklus élettartam (háromszorosa az ólomsavas akkumulátoroknak),
- energiahatékonyság: akár 95%-kal magasabb,
- 20-30%-kal alacsonyabb energiaköltség,
- gyors teljes töltés 1-2 óra alatt,
- lehetséges gyors töltés: akár 50%-os töltés 30 perc alatt,
- zéró karbantartás,
- töltőhelyiség rendelkezésre áll (az adott ország szabályozásától függ),
- alacsonyabb CO2 lábnyom,
- ez az energiahatékonysági különbség 20-30%-kal csökkenti az energiaköltségeket az ólomsavas akkumulátorokhoz képest.
Cellamodulok: V és Ah
A cellák és modulok párhuzamosan és sorosan vannak elrendezve, hogy adott feszültséget és kapacitást biztosítsanak.
Az alábbi példa egy 25,6 V 300 Ah-s akkumulátor összetételét mutatja be:
- Minden modul (6,4 V – 300 Ah) 12 cellából áll – 6 cella párhuzamosan, 2 sorba kapcsolt 6 cellás csoport,
- 4 sorba kapcsolt modul 25,6 V (6,4 V * 4) és 300 Ah feszültséget biztosít.
A feszültségek kissé eltérnek a jól ismert ólom-savas akkumulátor feszültségektől. Az alábbi példák az ólomsav és a Li-ion egyenértékű feszültségeit mutatja be:
- Savas töltés: 24V, Li-Ion töltés: 25.6V
- Savas töltés: 48V, Li-Ion töltés: 51.2V
- Savas töltés: 80V, Li-Ion töltés: 76.8V
Különböző vegyi anyagok állnak rendelkezésünkre
Leggyakrabban kereskedelmi alkalmazásokban használják az alábbiakat:
- Lítium-kobalt-oxid (LiCoO2, LCO): mobiltelefonok, laptopok, fényképezőgépek esetében.
- Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (LiNiMnCoCO2, NMC): E-bicikli, EV, orvosi megoldások, munkagépek. Főleg akkor használják, ha nagy energiasűrűsége miatt kompakt méretekre van szükség.
- Lítium-vas-foszfát (LiFePO4, LFP): E- bicikli, EV, orvosi megoldások, munkagépek. Nagy teljesítménysűrűség jellemzi.
Manapság az LFP és az NMC dominálnak az anyagmozgatási megoldásokban.
A két technológia manapság összehasonlítható ciklus-élettartam és hőmérséklet-tartomány tekintetében. A megfelelő akkumulátor hatékonyságot a felhasználás módja és a targonca kapacitásának függvénye.
A különböző típusú lítium-ion vegyi anyagok eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek:
- energiasűrűség (Wh/L) – térfogategységenként mennyi energia tárolható.
- teljesítménysűrűség (W/L) – milyen gyorsan szállítható az energia egységnyi térfogatra.
- élettartam – magasabb az LFP és az NMC esetében.
- biztonság,
- teljesítmény,
- költség.
Gyors teljes töltés 1-2 óra alatt
Opcionális töltés (akár 50%-os töltés 30 perc alatt)
- nincs negatív hatással az akkumulátor, élettartamára, mint az ólom-savas, akkumulátoroknál
- nincs szükség 2. és 3. kiegészítő akkumulátorra.
Karbantartás
Meghosszabbított működés több műszakon keresztül, mindössze 1 akkumulátorral
töltés munkaszünetben / üresjáratban,
a töltési idő az akkumulátor és a töltő konfigurációjától függ,
zéró karbantartás,
nincs akkumulátor töltési rendszer,
nincs kiegyenlítés,
nincs szükség hűtési időre,
nincs szükség szellőztetésre a gázok/kibocsátások számára,
nincs szükség takarításra,
ellenőrzés: csak évent,
akár 85%-os időmegtakarítás (ólomsavas töltési idő általában 8 óra).
Alkalmazás
-
Ciklusok (80% lemerüléssel)
-
Töltési hőfok (ºC)
-
Ajánlott üzemeltetési hőmérséklet
-
Töltési idő
-
Kiegészítő töltés
-
Kiegyenlítő töltés
-
Karbantartás
-
Kezdő költségek (töltővel együtt)
-
Teljes üzemeltetési költség
-
Emisszió
Ólomsavas akkumulátor
-
1200
-
0 ºC fölött
-
0-35ºC között
-
6-12 óra között
-
Nincs
-
Ajánlott
-
Közepes / magas
-
Alacsony
-
Magas / közepes
-
Gázkibocsátás töltéskor
Li-Ion akkumulátor
-
3750+
-
0 ºC fölött
-
0-35ºC között
-
1-4 óra között
-
Van
-
Nincs
-
Éves ellenőrzés
-
Közepes / magas
-
Közepes / alacsony
-
Nincs
Egyszerűbb és tisztább
A töltőhelység többé nem gond
- Nincs szükség külön területre a tartalék akkumulátorok és a váltóberendezések számára
- Nincs szükség akkumulátorcserére – megtakaríthatja a töltőhelyiségbe való szállítással töltött időt
- Nincs dedikált átállási személyzet
- Kevesebb baleseti kockázat
- A töltőállomások a létesítmény körül, a munkaterületek közelében helyezhetők el
- Nincs szükség szellőzőrendszerekre
- Nincsenek mosható területek
Alacsonyabb CO2 lábnyom
- A kisebb hálózati energiaigény (a nagyobb hatásfoknak köszönhetően) alacsonyabb CO2-kibocsátást jelent.
- Az EN 16796 szabvány szerint – német referencia, a német különböző villamosenergia-termelő rendszerek keveréke alapján – a hálózat CO2-termelése 0,54 kg/kWh.
- A becsült CO2-kibocsátás megtakarítás akár 5-10 tonna évente (a targoncától és a használattól függően).
