Լիթիումային մարտկոցները տարբերվում են մարտկոցների այլ քիմիայից՝ իրենց բարձր էներգիայի խտության և մեկ ցիկլի ցածր գնի պատճառով: Այնուամենայնիվ, «լիթիումի մարտկոցը» երկիմաստ տերմին է: Լիթիումային մարտկոցների մոտ վեց ընդհանուր քիմիա կա, բոլորն էլ ունեն իրենց յուրահատուկ առավելություններն ու թերությունները: Վերականգնվող էներգիայի կիրառման համար գերակշռող քիմիան լիթիումի երկաթի ֆոսֆատն է (LiFePO4): Այս քիմիան ունի գերազանց անվտանգություն՝ մեծ ջերմային կայունությամբ, հոսանքի բարձր գնահատականներով, երկար ցիկլի կյանքով և չարաշահումների նկատմամբ հանդուրժողականությամբ:
Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատը (LiFePO4) չափազանց կայուն լիթիումի քիմիա է՝ համեմատած գրեթե բոլոր լիթիումի քիմիայի հետ: Մարտկոցը հավաքվում է բնական անվտանգ կաթոդային նյութով (երկաթի ֆոսֆատ): Լիթիումի այլ քիմիայի համեմատ երկաթի ֆոսֆատը խթանում է ամուր մոլեկուլային կապը, որը դիմակայում է ծայրահեղ լիցքավորման պայմաններին, երկարացնում է ցիկլի կյանքը և պահպանում է քիմիական ամբողջականությունը բազմաթիվ ցիկլերի ընթացքում: Սա այն է, ինչ այս մարտկոցներին տալիս է ջերմային մեծ կայունություն, երկար ցիկլի կյանք և չարաշահման նկատմամբ հանդուրժողականություն:
LiFePO4 մարտկոցները հակված չեն գերտաքացման, ոչ էլ «ջերմային փախուստի» են ենթարկվում և, հետևաբար, չեն տաքանում և չեն բռնկվում, երբ ենթարկվում են կոշտ սխալ շահագործման կամ շրջակա միջավայրի խիստ պայմանների: Ի տարբերություն ողողված կապարի թթվի և այլ մարտկոցների քիմիական նյութերի, լիթիումի մարտկոցները չեն արտանետում վտանգավոր գազեր, ինչպիսիք են ջրածինը և թթվածինը: Չկա նաև կաուստիկ էլեկտրոլիտների ազդեցության վտանգ, ինչպիսիք են ծծմբաթթուն կամ կալիումի հիդրօքսիդը: Շատ դեպքերում այս մարտկոցները կարող են պահվել սահմանափակ տարածքներում՝ առանց պայթյունի վտանգի, և պատշաճ նախագծված համակարգը չպետք է պահանջի ակտիվ սառեցում կամ օդափոխություն:
Լիթիումային մարտկոցները մի շարք են, որոնք կազմված են բազմաթիվ բջիջներից, ինչպիսիք են կապարի-թթվային մարտկոցները և մարտկոցների շատ այլ տեսակներ: Կապար թթվային մարտկոցներն ունեն անվանական լարում 2V/բջիջ, մինչդեռ լիթիումի մարտկոցների մարտկոցները ունեն անվանական լարում 3.2V: Հետևաբար, 12 Վ մարտկոցի հասնելու համար դուք սովորաբար կունենաք չորս բջիջ միացված հաջորդականությամբ: Սա կդարձնի LiFePO4 12.8V-ի անվանական լարումը: Շարքով միացված ութ բջիջները կազմում են 24 Վ լարման մարտկոց՝ 25,6 Վ անվանական լարմամբ, իսկ տասնվեց միացված բջիջները՝ 51,2 Վ անվանական լարման 48 Վ մարտկոց: Այս լարումները շատ լավ են աշխատում ձեր սովորական 12V, 24V և 48V ինվերտորների հետ:
Լիթիումի մարտկոցները հաճախ օգտագործվում են կապարի{0}}թթվային մարտկոցները ուղղակիորեն փոխարինելու համար, քանի որ դրանք լիցքավորման շատ նման լարումներ ունեն: Չորս բջջային LiFePO4 մարտկոցը (12,8 Վ), սովորաբար կունենա առավելագույն լիցքավորման լարում 14,4-14,6 Վ-ի միջև (կախված արտադրողի առաջարկություններից): Լիթիումային մարտկոցի յուրահատկությունն այն է, որ դրանք ներծծող լիցքավորման կարիք չունեն կամ զգալի ժամանակահատվածներում մշտական լարման վիճակում պահելու համար:
Սովորաբար, երբ մարտկոցը հասնում է առավելագույն լիցքավորման լարման, այն այլևս լիցքավորման կարիք չունի: LiFePO4 մարտկոցների լիցքաթափման բնութագրերը նույնպես եզակի են: Լիցքաթափման ընթացքում լիթիումային մարտկոցները շատ ավելի բարձր լարում կպահպանեն, քան կապարի-թթվային մարտկոցները սովորաբար ծանրաբեռնվածության դեպքում: Հազվադեպ չէ, երբ լիթիումի մարտկոցը լիցքաթափվելուց ընդամենը մի քանի տասներորդ վոլտ է իջեցնում մինչև 75% լիցքաթափված: Սա կարող է դժվարացնել ասել, թե որքան հզորություն է օգտագործվել առանց մարտկոցի մոնիտորինգի սարքավորման:
Լիթիումի զգալի առավելությունը կապարի-թթվային մարտկոցների նկատմամբ այն է, որ դրանք չեն տառապում հեծանվային դեֆիցիտից: Ըստ էության, սա այն դեպքում, երբ մարտկոցները չեն կարող ամբողջությամբ լիցքավորվել, նախքան հաջորդ օրը կրկին լիցքաթափվելը: Սա շատ մեծ խնդիր է կապարի-թթվային մարտկոցների հետ կապված և կարող է նպաստել թիթեղների զգալի քայքայմանը, եթե այս եղանակով բազմիցս գործարկվեն: LiFePO4 մարտկոցները կանոնավոր լրիվ լիցքավորման կարիք չունեն: Իրականում, հնարավոր է մի փոքր բարելավել կյանքի ընդհանուր տևողությունը լրիվ լիցքավորման փոխարեն մի փոքր մասնակի լիցքավորմամբ: Արդյունավետությունը շատ կարևոր գործոն է արևային էլեկտրական համակարգերի նախագծման ժամանակ: Միջին կապարաթթվային մարտկոցի շուրջ-գործողությունը (լիարժեքից մինչև մեռած և հետից մինչև լրիվ) կազմում է մոտ 80%: Այլ քիմիաները կարող են ավելի վատ լինել: Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցի էներգաարդյունավետությունը շուրջ 95-98% է: Սա միայն զգալի բարելավում է ձմռանը արևային էներգիայից զրկված համակարգերի համար, գեներատորի լիցքավորման արդյունքում վառելիքի խնայողությունները կարող են հսկայական լինել:
Կապարի-թթվային մարտկոցների կլանման լիցքավորման փուլը հատկապես անարդյունավետ է, ինչը հանգեցնում է 50% կամ նույնիսկ ավելի ցածր արդյունավետության: Հաշվի առնելով, որ լիթիումային մարտկոցները չեն լիցքավորվում, լիցքավորման ժամանակը լրիվ լիցքաթափվելուց մինչև լրիվ լրիվ լիցքավորումը կարող է լինել երկու ժամից փոքր: Կարևոր է նաև նշել, որ լիթիումային մարտկոցը կարող է գրեթե ամբողջական լիցքաթափվել, ինչպես գնահատվել է՝ առանց էական բացասական հետևանքների:
Այնուամենայնիվ, կարևոր է համոզվել, որ առանձին բջիջները շատ չեն լիցքաթափվում: Սա մարտկոցների կառավարման ինտեգրված համակարգի (BMS) գործն է: Լիթիումային մարտկոցների անվտանգությունն ու հուսալիությունը մեծ մտահոգություն է, ուստի բոլոր հավաքները պետք է ունենան մարտկոցների կառավարման ինտեգրված համակարգ (BMS): BMS-ը համակարգ է, որը վերահսկում, գնահատում, հավասարակշռում և պաշտպանում է բջիջները «Անվտանգ գործառնական տարածքից» դուրս գործելուց: BMS-ը լիթիումային մարտկոցի համակարգի անվտանգության կարևոր բաղադրիչն է, որը մոնիտորինգ է անում և պաշտպանում մարտկոցի բջիջները հոսանքից, ցածր/ավելցված լարումից, ցածր/ավելորդ ջերմաստիճանից և այլն:
LiFePO4 բջիջը մշտապես կվնասվի, եթե բջիջի լարումը երբևէ իջնի 2,5 Վ-ից պակաս, այն նաև մշտապես կվնասվի, եթե բջիջի լարումը բարձրանա մինչև 4,2 Վ-ից ավելի: BMS-ը վերահսկում է յուրաքանչյուր բջիջ և կկանխի բջիջների վնասը ցածր/ավելցված լարման դեպքում: BMS-ի մեկ այլ կարևոր պարտականությունն է լիցքավորման ընթացքում փաթեթը հավասարակշռելը՝ երաշխավորելով բոլոր բջիջները լիարժեք լիցքավորում՝ առանց գերլիցքավորման: LiFePO4 մարտկոցի բջիջները ավտոմատ կերպով չեն հավասարակշռվի լիցքավորման ցիկլի վերջում: Բջիջների միջով դիմադրողականության մեջ կան աննշան տատանումներ, և, հետևաբար, ոչ մի բջիջ 100% նույնական չէ:
Հետևաբար, ցիկլով որոշ բջիջներ ամբողջությամբ լիցքավորվելու կամ լիցքաթափվելու են ավելի վաղ, քան մյուսները: Բջիջների միջև շեղումը ժամանակի ընթացքում զգալիորեն կաճի, եթե բջիջները հավասարակշռված չլինեն: Կապարի-թթվային մարտկոցներում հոսանքը կշարունակի հոսել նույնիսկ այն դեպքում, երբ բջիջներից մեկը կամ մի քանիսը լիովին լիցքավորվեն: Սա մարտկոցի ներսում տեղի ունեցող էլեկտրոլիզի արդյունք է, ջուրը բաժանվում է ջրածնի և թթվածնի: Այս հոսանքն օգնում է լիովին լիցքավորել մյուս բջիջները՝ այդպիսով բնականաբար հավասարակշռելով բոլոր բջիջների լիցքը:
Այնուամենայնիվ, լիովին լիցքավորված լիթիումային բջիջը կունենա շատ բարձր դիմադրություն և շատ քիչ հոսանք կհոսի: Հետևաբար, հետաձգված բջիջները լիովին չեն լիցքավորվի: Հավասարակշռման ընթացքում BMS-ը փոքր ծանրաբեռնվածություն կկիրառի ամբողջությամբ լիցքավորված բջիջների վրա՝ կանխելով դրա գերլիցքավորումը և թույլ տալով, որ մյուս բջիջները հասնեն դրանց: Լիթիումի մարտկոցները շատ առավելություններ են տալիս մարտկոցների այլ քիմիայի համեմատ: Դրանք անվտանգ և հուսալի մարտկոցի լուծում են, առանց ջերմային փախուստի և/կամ աղետալի հալման վախի, ինչը զգալի հավանականություն է լիթիումային մարտկոցների այլ տեսակների համար: Այս մարտկոցներն առաջարկում են չափազանց երկար ցիկլի կյանք, որոշ արտադրողներ նույնիսկ երաշխավորում են մարտկոցների մինչև 10000 ցիկլ: C/2-ից բարձր լիցքաթափման և լիցքավորման արագությամբ և մինչև 98% շրջադարձային-արդյունավետությամբ, զարմանալի չէ, որ այս մարտկոցները գրավում են արդյունաբերության մեջ: Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատը (LiFePO4) էներգիայի պահպանման կատարյալ լուծում է:
