Înlocuiți bateriile SLA cu tehnologia Li-Ion Power Electronics
Inovațiile recente în chimia Li-ion au făcut ca tehnologia să fie extrem de competitivă pe piețe sensibile la greutate și inconveniente de nevoia de plumb sigilat de întreținere frecventă.
Aplicațiile cu cerințe de înaltă tensiune și capacitate mare adoptă tehnologia litiu-ion (Li-ion) datorită densității sale ridicate de energie, dimensiunilor mici și greutății reduse. Utilizarea Li-ion pentru echipamente portabile oferă multe avantaje față de tehnologiile reîncărcabile mai vechi.
Caracteristicile bateriei Li-ion includ o tensiune nominală de 3,6 V, mii de cicluri de funcționare pe viață, timpi de încărcare mai mici de trei ore și o rată de descărcare tipică de aproximativ 10% pe lună atunci când sunt depozitate. FIG. 1 ilustrează faptul că tehnologia Li-ion oferă un avantaj pronunțat de densitate a energiei atât în ceea ce privește volumul, cât și greutatea.
De asemenea, este important să rețineți dimensiunea bulei Li-ion; reprezintă numeroasele arome de Li-ion disponibile pe piață. Caracteristicile specifice ale chimiei fiecărei celule Li-ion - în ceea ce privește tensiunea, ciclurile, curentul de încărcare, densitatea energiei, timpul de încărcare și ratele de descărcare - trebuie înțelese pentru a specifica o celulă adecvată pentru o aplicație.
Din punct de vedere istoric, bateriile sigilate cu plumb acid (SLA) au avut câteva trăsături tehnice superioare, pe lângă costul extrem de scăzut, care le-au menținut în fruntea pieței generale a bateriilor. Se așteaptă ca piețele de baterii Li-ion și SLA să crească în următorii câțiva ani, dar Li-ion va depăși SLA în unele zone.
Sistemele de baterii Li-ion sunt o opțiune bună atunci când cerințele specifică greutate mai mică, densitate de energie mai mare sau tensiune agregată sau un număr mai mare de cicluri de funcționare. Chimia Li-ion convențională, concepută pentru aplicații portabile precum laptopuri și telefoane mobile, este concepută pentru a oferi cea mai mare densitate de energie în funcție de dimensiune și greutate.
De obicei, aceste aplicații nu au cerințe de curent ridicate și sunt relativ sensibile la preț, astfel încât celulele Li-ion convenționale pe bază de Co sunt adecvate pentru aplicații care trebuie să fie mai mici și mai ușoare. Noile chimii Li-ion sunt optimizate în jurul piețelor instrumentelor electrice și ale vehiculelor electrice.
Aceste celule pe bază de fosfat de Fe au un ciclu de viață remarcabil și o capacitate de livrare de curent, dar densitatea lor de energie volumetrică este mai mică, iar costul inițial este mai mare. Acestea sunt mai predispuse la utilizarea directă a unui încărcător SLA și sunt adecvate pentru înlocuirea tehnologiei SLA atunci când costurile totale de proprietate și reducerea greutății sunt obiectivele principale.
Bateriile folosesc o reacție chimică pentru a funcționa și produce o tensiune între bornele de ieșire. Reacția plumbului și oxidului de plumb cu electrolitul acidului sulfuric produce o tensiune într-o baterie de acid plumb.
SLA CONSTRUCTION
O celulă SLA are o placă de plumb și alta de dioxid de plumb, cu un electrolit puternic de acid sulfuric în care sunt scufundate plăcile. Tensiunea caracteristică a creației de sulfat de plumb este de aproximativ 2 V pe celulă, deci prin combinarea a șase celule obțineți o baterie tipică de 12 V.
FIG. 2 este o curbă de descărcare pentru bateriile SLA; observați panta descendentă aproape liniară. Relația dintre timpii de descărcare (în amperi trase) este în mod rezonabil liniară la sarcini reduse. Pe măsură ce sarcina crește, timpul de descărcare suferă, deoarece se pierde o parte din energia bateriei din cauza pierderilor interne. Acest lucru duce la încălzirea bateriei.
Eficiența unei baterii este exprimată în numărul Peukert, care, în esență, reflectă rezistența internă a bateriei. O valoare apropiată de 1 indică o baterie performantă, cu pierderi reduse. Un număr mai mare reflectă o baterie mai puțin eficientă.
Bateriile SLA sunt cel mai stresate dacă sunt descărcate la o sarcină constantă până la punctul de sfârșit de descărcare. O sarcină intermitentă permite un nivel de recuperare a reacției chimice care produce energia electrică. Datorită comportamentului destul de lent, perioada de repaus în repaus este deosebit de importantă pentru acidul cu plumb. Există un avantaj. Avantajul acestei curbe este o măsurare simplă a tensiunii care poate fi utilizată pentru măsurarea combustibilului.
CONSTRUCȚIE Li-ion
Cele trei componente funcționale primare ale unei baterii Li-ion sunt anodul, catodul și electrolitul. Ionii de litiu se deplasează de la electrodul negativ (catod) la electrodul pozitiv (anod) în timpul descărcării și de la catod la anod atunci când sunt încărcați. Pentru fiecare componentă internă a celulei poate fi utilizată o varietate de materiale; cel mai popular material pentru anod este grafitul, dar unii producători folosesc cocs.
În funcție de alegerea materialului pentru anod, catod și electrolit, tensiunea, capacitatea, durata de viață și siguranța unei baterii Li-ion se pot schimba dramatic. Reacția electrochimică produce aproximativ 3,5 V în funcție de chimie și marcă, astfel încât patru celule din serie pot produce o gamă de tensiuni nominale de la 12,8 la 14,8 V.
Electrolitul este o soluție neapoasă a unei sări de litiu. Catodul este în general unul dintre cele trei materiale: un oxid stratificat (cum ar fi oxidul de cobalt), unul bazat pe un polianion (cum ar fi fosfatul de fier) sau un spinel (cum ar fi manganul). Acumulatoarele realizate cu Li-ion nu sunt o simplă configurație a celulelor. Sunt produse atent proiectate, cu multe caracteristici de siguranță. Principalele componente ale unui acumulator includ celulele, care sunt sursa primară de energie; placa PC, care oferă inteligență sistemului; carcasa din plastic; contacte externe; și izolație. Caracteristicile interne ale unui acumulator sunt prezentate în FIG. 3.