Les bateries de liti es diferencien d’altres productes químics per la seva alta densitat d’energia i el seu baix cost per cicle. Tot i això, "bateria de liti" és un terme ambigu. Hi ha aproximadament sis químics habituals de les bateries de liti, tots amb els seus propis avantatges i desavantatges. Per a aplicacions d’energies renovables, la química predominant és el fosfat de liti-ferro (LiFePO4). Aquesta química té una seguretat excel·lent, amb una gran estabilitat tèrmica, altes potències de corrent, vida útil de cicle llarg i tolerància a l'abús.
Fosfat de liti i ferro (LiFePO4) és una química del liti extremadament estable en comparació amb gairebé totes les altres químiques del liti. La bateria està muntada amb un material càtode naturalment segur (fosfat de ferro). En comparació amb altres químiques de liti, el fosfat de ferro promou un fort enllaç molecular, que suporta condicions extremes de càrrega, perllonga la vida del cicle i manté la integritat química durant molts cicles. Això és el que dóna a aquestes bateries la seva gran estabilitat tèrmica, la seva llarga vida útil i la seva tolerància a l'abús. Les bateries LiFePO4 no són propenses a un escalfament excessiu ni estan disposades a “fugir tèrmicament” i, per tant, no s’escalfen ni s’encenen quan són sotmeses a un rigorós maneig o a condicions ambientals dures.
A diferència de l'àcid de plom inundat i d'altres productes químics de les bateries, les bateries de liti no expulsen gasos perillosos com l'hidrogen i l'oxigen. Tampoc hi ha perill d’exposició a electròlits càustics com l’àcid sulfúric o l’hidròxid de potassi. En la majoria dels casos, aquestes bateries es poden emmagatzemar en zones confinades sense risc d’explosió i un sistema adequadament dissenyat no hauria de requerir refrigeració ni ventilació activa.
Les bateries de liti són un conjunt compost per moltes cèl·lules, com les bateries de plom-àcid i molts altres tipus de bateries. Les bateries de plom àcid tenen un voltatge nominal de 2V / cel·la, mentre que les piles de liti tenen un voltatge nominal de 3,2V. Per tant, per aconseguir una bateria de 12V, normalment teniu quatre cel·les connectades en sèrie. Això farà que la tensió nominal d’un LiFePO4 sigui de 12,8V. Vuit cel·les connectades en una sèrie formen una bateria de 24V amb una tensió nominal de 25,6V i setze cel·les connectades en una sèrie formen una bateria de 48V amb una tensió nominal de 51,2V. Aquestes tensions funcionen molt bé amb els vostres inversors típics de 12V, 24V i 48V.
Les bateries de liti s’utilitzen sovint per substituir directament les bateries de plom-àcid perquè tenen voltatges de càrrega molt similars. Una bateria LiFePO4 de quatre cel·les (12,8V) normalment tindrà una tensió de càrrega màxima entre 14,4-14,6V (segons les recomanacions del fabricant). El que és exclusiu d’una bateria de liti és que no necessiten cap càrrega d’absorció ni que es mantinguin en un estat de tensió constant durant períodes de temps significatius. Normalment, quan la bateria arriba al voltatge de càrrega màxima, ja no cal carregar-la. Les característiques de descàrrega de les bateries LiFePO4 també són úniques. Durant la descàrrega, les bateries de liti mantindran un voltatge molt superior al que normalment les bateries de plom-àcid estarien sota càrrega. No és estrany que una bateria de liti només caigui unes dècimes de volt de la càrrega completa al 75% descarregada. Això pot dificultar la quantitat de capacitat utilitzada sense equips de control de bateria.
Un avantatge significatiu del liti sobre les bateries de plom-àcid és que no pateixen un dèficit de ciclisme. Essencialment, és quan les bateries no es poden carregar completament abans de tornar a descarregar-se l'endemà. Aquest és un problema molt gran amb les bateries de plom-àcid i pot afavorir una degradació important de les plaques si es fa un cicle repetit d’aquesta manera. Bateries LiFePO4 no cal carregar-se completament regularment. De fet, és possible millorar lleugerament l’esperança de vida global amb una lleugera càrrega parcial en lloc d’una càrrega completa.
L’eficiència és un factor molt important a l’hora de dissenyar sistemes elèctrics solars. L'eficiència d'anada i tornada (de plena a morta i de tornada a plena) de la bateria mitjana de plom àcid és d'aproximadament el 80%. Altres químics poden ser encara pitjors. L’eficiència energètica d’anada i tornada d’una bateria de fosfat de ferro de liti és superior al 95-98%. Això només suposa una millora significativa per als sistemes sense energia solar durant l’hivern; l’estalvi de combustible derivat de la càrrega del generador pot ser enorme. L’etapa de càrrega d’absorció de les bateries de plom-àcid és particularment ineficient, cosa que comporta una eficiència del 50% o fins i tot inferior. Tenint en compte que les bateries de liti no es carreguen per absorció, el temps de càrrega des de la descàrrega completa fins a la plena pot arribar a ser de tan sols dues hores. També és important tenir en compte que una bateria de liti pot patir una descàrrega gairebé completa segons el valor nominal sense efectes adversos significatius. No obstant això, és important assegurar-se que les cèl·lules individuals no sobrecarreguen. Aquesta és la tasca del sistema integrat de gestió de bateries (BMS).
La seguretat i la fiabilitat de les bateries de liti són una gran preocupació, per la qual cosa tots els conjunts haurien de tenir un sistema integrat de gestió de bateries (BMS). El BMS és un sistema que controla, avalua, equilibra i protegeix les cèl·lules de l'operació fora de la "zona d'operació segura". El BMS és un component essencial de seguretat d’un sistema de bateries de liti, que supervisa i protegeix les cèl·lules de la bateria contra sobrecorrent, sobretensió, sobretemperatura i molt més. Una cèl·lula LiFePO4 quedarà danyada permanentment si el voltatge de la cèl·lula cau mai a menys de 2,5 V, també es danyarà permanentment si el voltatge de la cèl·lula augmenta a més de 4,2 V. El BMS controla cada cel·la i evitarà danys a les cel·les en cas de sobretensió / sobretensió.
Una altra responsabilitat essencial del BMS és equilibrar el paquet durant la càrrega, garantint que totes les cèl·lules obtinguin una càrrega completa sense sobrecarregar. Les cel·les d’una bateria LiFePO4 no s’equilibraran automàticament al final del cicle de càrrega. Hi ha lleugeres variacions en la impedància a través de les cèl·lules i, per tant, cap cèl·lula és 100% idèntica. Per tant, quan es facin cicles, algunes cèl·lules es carregaran o descarregaran completament abans que d’altres. La variància entre cèl·lules augmentarà significativament amb el pas del temps si les cèl·lules no estan equilibrades.
En les bateries de plom-àcid, el corrent continuarà circulant fins i tot quan una o més de les cel·les estiguin completament carregades. Això és el resultat de l'electròlisi que té lloc dins de la bateria, l'aigua es divideix en hidrogen i oxigen. Aquest corrent ajuda a carregar completament altres cèl·lules, equilibrant naturalment la càrrega de totes les cèl·lules. No obstant això, una cèl·lula de liti completament carregada tindrà una resistència molt elevada i fluirà molt poc corrent. Per tant, les cel·les endarrerides no estaran completament carregades. Durant l'equilibri, el BMS aplicarà una petita càrrega a les cel·les completament carregades, evitant que es sobrecarregui i permeti que les altres cel·les es posin al dia.
Les bateries de liti ofereixen molts avantatges respecte a altres fàbriques químiques. Són una solució de bateria segura i fiable, sense por a la fugida tèrmica i / o la catàstrofe, que és una possibilitat significativa d'altres tipus de bateries de liti. Aquestes bateries ofereixen una vida útil molt llarga, fins i tot alguns fabricants garanteixen bateries de fins a 10.000 cicles. Amb altes taxes de descàrrega i recàrrega superiors a C / 2 contínues i una eficiència d’anada i tornada de fins al 98%, no és estrany que aquestes bateries guanyin força a la indústria. El fosfat de ferro de liti (LiFePO4) és una solució d’emmagatzematge d’energia perfecta.
Pagament 100% segur
