Pin lithium khác biệt với các hóa chất pin khác do mật độ năng lượng cao và chi phí thấp cho mỗi chu kỳ. Tuy nhiên, "pin lithium" là một thuật ngữ mơ hồ. Có khoảng sáu hóa chất phổ biến của pin lithium, tất cả đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Đối với các ứng dụng năng lượng tái tạo, hóa học chiếm ưu thế là Lithium Iron Phosphate (LiFePO4). Hóa học này có độ an toàn tuyệt vời, với độ ổn định nhiệt lớn, xếp hạng hiện tại cao, vòng đời dài và khả năng chống lạm dụng.
Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) là một hóa chất lithium cực kỳ ổn định khi so sánh với hầu hết các hóa chất lithium khác. Pin được lắp ráp với vật liệu catốt an toàn tự nhiên (sắt phốt phát). So với các hóa chất lithium khác, photphat sắt thúc đẩy liên kết phân tử mạnh, chịu được các điều kiện sạc cực đoan, kéo dài tuổi thọ và duy trì tính toàn vẹn hóa học trong nhiều chu kỳ. Đây là những gì mang lại cho các loại pin này độ ổn định nhiệt tuyệt vời, tuổi thọ dài và khả năng chống lạm dụng. Pin LiFePO4 không dễ bị quá nóng, cũng không được xử lý 'chạy trốn nhiệt' và do đó không quá nóng hoặc bốc cháy khi chịu các điều kiện môi trường khắc nghiệt hoặc khắc nghiệt.
Không giống như axit chì bị ngập và các hóa chất pin khác, pin Lithium không làm thoát khí nguy hiểm như hydro và oxy. Cũng không có nguy cơ tiếp xúc với chất điện giải ăn da như axit sulfuric hoặc kali hydroxit. Trong hầu hết các trường hợp, những pin này có thể được lưu trữ trong khu vực hạn chế mà không có nguy cơ nổ và một hệ thống được thiết kế phù hợp không cần phải làm mát hoặc thông gió tích cực.
Pin lithium là một tổ hợp bao gồm nhiều tế bào, như pin axit-chì và nhiều loại pin khác. Pin axit chì có điện áp danh định là 2V / tế bào, trong khi pin pin lithium có điện áp danh định là 3,2V. Do đó, để đạt được pin 12V, thông thường bạn sẽ có bốn ô được kết nối thành một chuỗi. Điều này sẽ làm cho điện áp danh định của LiFePO4 12.8V. Tám tế bào được kết nối trong một chuỗi tạo ra một pin 24 V với điện áp danh định 25,6V và mười sáu tế bào được kết nối trong một chuỗi tạo ra một pin 48V với điện áp danh định là 51,2V. Các điện áp này hoạt động rất tốt với các bộ biến tần 12 V, 24 V và 48V điển hình của bạn.
Pin lithium thường được sử dụng để thay thế trực tiếp pin chì-axit vì chúng có điện áp sạc rất giống nhau. Pin LiFePO4 bốn cell (12.8V), thường sẽ có điện áp sạc tối đa trong khoảng 14,4-14,6V (tùy theo khuyến nghị của nhà sản xuất). Điều độc đáo của pin lithium là chúng không cần sạc hấp thụ hoặc được giữ ở trạng thái điện áp không đổi trong thời gian đáng kể. Thông thường, khi pin đạt đến điện áp sạc tối đa, nó không còn cần phải sạc nữa. Các đặc tính xả của pin LiFePO4 cũng là duy nhất. Trong quá trình xả, pin lithium sẽ duy trì điện áp cao hơn nhiều so với pin axit chì thường được tải. Không có gì lạ khi pin lithium chỉ giảm một phần mười volt từ một lần sạc đầy đến 75% được xả.
Một lợi thế đáng kể của lithium so với pin axit-chì là chúng không bị thiếu hụt chu kỳ. Về cơ bản, đây là khi pin không thể được sạc đầy trước khi được xả lại vào ngày hôm sau. Đây là một vấn đề rất lớn với pin axit-chì và có thể thúc đẩy sự xuống cấp đáng kể của tấm nếu liên tục đạp xe theo cách này. Pin LiFePO4 không cần phải được sạc đầy thường xuyên. Trên thực tế, có thể cải thiện một chút tuổi thọ tổng thể với một khoản phí nhỏ thay vì một lần sạc đầy.
Hiệu quả là một yếu tố rất quan trọng khi thiết kế hệ thống điện mặt trời. Hiệu suất của chuyến đi khứ hồi (từ đầy đủ đến chết và trở lại đầy đủ) của pin axit chì trung bình là khoảng 80%. Các hóa chất khác có thể còn tồi tệ hơn. Hiệu suất năng lượng của chuyến đi khứ hồi của pin Lithium Iron Phosphate lên tới 95-98%. Chỉ riêng điều này là một cải tiến đáng kể cho các hệ thống bị thiếu năng lượng mặt trời trong mùa đông, việc tiết kiệm nhiên liệu từ sạc máy phát điện có thể rất lớn. Giai đoạn sạc điện của pin chì-axit đặc biệt không hiệu quả, dẫn đến hiệu quả là 50% hoặc thậm chí ít hơn. Xem xét pin lithium không hấp thụ sạc, thời gian sạc từ xả hoàn toàn đến đầy hoàn toàn có thể chỉ là hai giờ. Nó ' Cũng cần lưu ý rằng pin lithium có thể được xả gần như hoàn toàn theo đánh giá mà không có tác dụng phụ đáng kể. Tuy nhiên, điều quan trọng là đảm bảo các tế bào riêng lẻ không xả quá nhiều. Đây là công việc của Hệ thống quản lý pin tích hợp (BMS).
Sự an toàn và độ tin cậy của pin lithium là một mối quan tâm lớn, do đó tất cả các tổ hợp nên có Hệ thống quản lý pin tích hợp (BMS). BMS là một hệ thống theo dõi, đánh giá, cân bằng và bảo vệ các tế bào khỏi hoạt động bên ngoài "Khu vực hoạt động an toàn". BMS là một thành phần an toàn thiết yếu của hệ thống pin lithium, giám sát và bảo vệ các tế bào trong pin chống lại quá dòng, dưới / quá điện áp, dưới / quá nhiệt và hơn thế nữa. Một tế bào LiFePO4 sẽ bị hỏng vĩnh viễn nếu điện áp của tế bào giảm xuống dưới 2,5V, nó cũng sẽ bị hỏng vĩnh viễn nếu điện áp của tế bào tăng lên hơn 4.2V. BMS giám sát từng tế bào và sẽ ngăn ngừa thiệt hại cho các tế bào trong trường hợp dưới / quá điện áp.
Một trách nhiệm thiết yếu khác của BMS là cân bằng gói trong khi sạc, đảm bảo tất cả các tế bào đều được sạc đầy mà không bị sạc quá mức. Các tế bào của pin LiFePO4 sẽ không tự động cân bằng vào cuối chu kỳ sạc. Có sự thay đổi nhỏ trong trở kháng thông qua các ô và do đó không có ô nào giống nhau 100%. Do đó, khi đạp xe, một số tế bào sẽ được sạc đầy hoặc xả sớm hơn những tế bào khác. Phương sai giữa các ô sẽ tăng đáng kể theo thời gian nếu các ô không cân bằng.
Trong pin axit-chì, dòng điện sẽ tiếp tục chảy ngay cả khi một hoặc nhiều tế bào được sạc đầy. Đây là kết quả của quá trình điện phân diễn ra trong pin, nước tách thành hydro và oxy. Dòng điện này giúp sạc đầy các tế bào khác, do đó cân bằng tự nhiên điện tích trên tất cả các tế bào. Tuy nhiên, một tế bào lithium được sạc đầy sẽ có điện trở rất cao và rất ít dòng điện sẽ chảy. Do đó, các ô bị trễ sẽ không được sạc đầy. Trong quá trình cân bằng, BMS sẽ áp dụng một tải nhỏ cho các ô được sạc đầy, ngăn không cho nó quá tải và cho phép các ô khác bắt kịp.
Pin lithium mang lại nhiều lợi ích hơn các hóa chất pin khác. Chúng là một giải pháp pin an toàn và đáng tin cậy, không sợ sự biến đổi nhiệt và / hoặc khủng hoảng thảm khốc, đó là một khả năng đáng kể từ các loại pin lithium khác. Những pin này có tuổi thọ rất dài, với một số nhà sản xuất thậm chí còn bảo hành pin cho tới 10.000 chu kỳ. Với tốc độ xả và nạp lại cao lên tới C / 2 liên tục và hiệu suất khứ hồi lên tới 98%, không có gì lạ khi những pin này đang có được lực kéo trong ngành. Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) là một giải pháp lưu trữ năng lượng hoàn hảo.
