Lithium-iontové vs. tradiční olověné baterie: srovnávací přehled s použitím vlajkové lodi řady UPS Kehua Tech jako příkladu

V únoru 2020 provedla analytická služba Absolute Technologies JSC speciální průzkum mezi ruskými zákazníky, kteří více než dva roky používají zdroje nepřerušitelného napájení Kehua Tech s kapacitou 60 až 300 kVA v různých aplikacích. Podle výsledků průzkumu se nezpochybnitelným lídrem staly řady Kehua Tech KR33 a MR33. Jednou z klíčových součástí úspěchu je schopnost vybavit UPS lithium-iontovými bateriemi (Li-Ion baterie).

Připravili jsme pro vás krátkou recenzi, ve které se podíváme na hlavní výhody lithium-iontových baterií ve srovnání s olověnými bateriemi tradičně používanými v UPS.

Životnost

Životnost lithium-iontových baterií je 2,5-4krát delší než u olověných baterií. Porovnejte: počet provozních cyklů (100% vybití a následné nabití) u typické olověné baterie není větší než 300 u lithium-iontové baterie, stejný údaj dosahuje minimálně 2 500 provozních cyklů! Lithiové baterie tedy vyžadují výměnu mnohem méně často. To výrazně šetří váš rozpočet snížením podílu provozních nákladů.

Široký teplotní rozsah

Lithiové baterie pracují v mnohem širším teplotním rozsahu: nabíjení se provádí od 0 do +50 °C a vybíjení od -20 do +60 °C. To umožňuje značné úspory na ventilačních systémech navržených tak, aby poskytovaly teplotu +20 °C vhodnou pro olověné baterie. Je také důležité poznamenat, že rozsah provozních teplot pro většinu UPS je od 0 do +40 °C.

Obr 1 Kehua Tech UPS a lithiové baterie v kontejneru

Kompaktní velikost

Lithium-iontové baterie jsou ve srovnání s nikl-kadmiovými a olověnými bateriemi pohodlně kompaktní a lehké. Hustota energie na jednotku obsazeného objemu je 2x vyšší a hmotnost lithiové baterie je pouze 40% hmotnosti olověné baterie se stejnou životností.

Obr. 2 Bateriová skříň s moduly, které se používají s UPS Kehua Tech

Rychlá doba nabíjení

Lithium-iontové baterie se nabíjejí 2,5 až 5krát rychleji, protože přijímají vyšší nabíjecí proud. Nabíjecí proud pro olověné akumulátory je 1. 0,2 C, pro lithium-iontové akumulátory – 0,5 C (C je kapacita v Ah).

Bezpečná technologie

Existuje několik technologií lithium-iontových baterií, včetně LFP (lithium ferrum fosfát), která je v současnosti považována za nejbezpečnější. To je důvod, proč Kehua Tech používá tuto technologii pro práci se svými UPS.

Obr. 3 Bateriový modul s vestavěnými ovladači

Pohodlný systém ovládání

Přesné určení aktuálního stavu baterie, predikci životnosti baterie a rychlou diagnostiku případných poruch zajišťuje systém správy baterie, který zahrnuje jak ovladače zabudované v každém bateriovém modulu, tak společný ovladač bateriové skříně.

Díky vynikajícím vlastnostem a speciálním režimům řízení nabití baterie jsou modely UPS Kehua Tech KR33 a MR33 dokonale kompatibilní s lithium-iontovými bateriemi. Obě řady jsou kompaktní, bezpečné a snadno se používají.

Kehua Tech realizovala více než 10 projektů založených na lithium-iontových bateriích. Tyto systémy byly instalovány v Číně a dalších zemích jihovýchodní Asie.

Výhody Li-ion baterií využívajících technologii LFP

Obrázek 4. Výhody lithium-iontových baterií

Aplikace lithium-iontových baterií a UPS z Kehua

5. UPS 500 kVA (2 ks), záložní napájecí systém 100 kW (2 ks) / Napájecí systém v kontejneru Obr.

Obr. 6. Autonomní napájecí systém pro 100 kW (2 sady) Projekt s lithiovými bateriemi v Indonésii

Obrázek 7. Systém úložiště na Tchaj-wanu

Katalog produktů Kehua	2,24 MB, .pdf
Katalog produktů GESAN Grupos Electrogenos Europa SA	2,2 MB, .pdf
Katalog produktů MPMC	6,96 MB, .pdf

Olověné baterie jsou stále instalovány v naprosté většině vozidel se spalovacími motory (ICE). A to i přesto, že lithium-iontové baterie se staly standardem pro elektromobily a různá přenosná zařízení. Dále vám řeknu, proč automobilky nespěchají s přechodem na modernější lithiové baterie pro spalovací motory.

Výhody lithiových baterií

Lithium-iontové baterie vypadají na papíře výrazně lépe než olověné baterie, a proto:

• Menší hmotnost. Lithiové baterie se stejnou kapacitou jsou dvakrát lehčí než olověné baterie. U sportovních vozů, kde záleží na každém gramu, je to rozhodující.
• Vysoká energetická náročnost. Lithiové baterie ukládají více energie na jednotku objemu, což poskytuje vynikající autonomii v kompaktní velikosti.
• Rychlé nabíjení. Lithiové baterie jsou dobíjecí, což je důležité při velkém zatížení.
• Nízké samovybíjení. Na rozdíl od olověných baterií lithiové baterie prakticky neztrácejí náboj, pokud nejsou delší dobu používány.
• Bezúdržbový. Olověné baterie vyžadují pravidelnou kontrolu hladiny elektrolytu, zatímco lithiové baterie fungují bez takové údržby.

Existují však i nevýhody.

Nevýhody lithiových baterií

Pokud by byly lithiové baterie dokonalé, dávno by nahradily své olověné protějšky.

Lze identifikovat následující nevýhody:

• Nebezpečí samovznícení. Lithium-iontové baterie jsou náchylné k samovznícení při přebití nebo poškození. Jsou méně bezpečné v případě nehody.
• Potřeba komplexního ovládání. Zabránění přehřátí a zajištění bezpečnosti vyžaduje komplexní systém správy baterie, který zvyšuje náklady a složitost konstrukce vozidla.
• Vysoká cena. Lithiové baterie jsou výrazně dražší než olověné baterie, takže jsou méně dostupné pro hromadnou výrobu.
• Náročné na provozní podmínky. Lithiové baterie špatně snášejí nízké teploty a vyžadují stabilní provozní podmínky, což v autě není vždy možné.
• Nezaměnitelnost. Baterie vyžadují přizpůsobení palubní elektroniky, což ztěžuje jejich výměnu ve stávajících vozidlech.

Za prvé, olověné baterie jsou známé svou spolehlivostí a jednoduchostí. Obstály ve zkoušce času a prokázaly svou schopnost pracovat v nejrůznějších podmínkách. Bez ohledu na to, zda je vůz provozován v extrémním horku nebo chladu, baterie se s tímto úkolem vypořádá a poskytuje více či méně stabilní start motoru.

Výroba baterií je dobře rozvinutá, což je zpřístupňuje masovému spotřebiteli. Výměna baterie nevyžaduje značné náklady, což činí tyto baterie atraktivní pro majitele automobilů, zejména v rozpočtovém segmentu.

Zaměnitelnost a bezpečnost

Motoristé mohou snadno vyměnit vadnou baterii za podobnou bez nutnosti složitého nastavování. To zjednodušuje obsluhu a snižuje riziko chyb při výměně. Další peníze můžete ušetřit tím, že odmítnete služby zprostředkovatele montáže náhradních dílů.

Baterie jsou odolné proti přetížení. Nevznítí se při nehodě, díky čemuž jsou bezpečnější než lithium-iontové baterie. Jejich design poskytuje dodatečnou ochranu, která je důležitá v městských podmínkách.

Celkový

Lithium-iontové baterie mají jistě řadu výhod, ale jejich nevýhody – vysoká cena, potřeba složité elektroniky pro ovládání a bezpečnost a také citlivost na teplotní podmínky – je činí méně vhodnými pro sériově vyráběná vozidla se spalovacím motorem. Olověné baterie se nadále používají, protože jsou prověřené časem, levné a spolehlivé. Proto i přes rychlý vývoj technologií zůstanou olověné baterie na dlouhou dobu hlavním zdrojem energie pro tradiční automobily.