На сегодняшний день практически у каждого в кармане находится телефон (смартфон, камерофон, планшет), способный переплюнуть по производительности ваш домашний десктоп, который вы уже несколько лет не обновляли. В каждом гаджете у вас стоит литий-полимерная батарея. Теперь вопрос: кто из читателей вспомнит точно, когда произошёл безвозвратный переход от «звонилок» к мультифункциональным устройствам?
Сложно… Надо напрягать память, вспоминать год покупки первого «умного» телефона. Для меня это примерно 2008-2010 год. На тот момент ёмкость литиевой батареи для обычного телефона составляла порядка 700 мАч, сейчас ёмкость батарей телефонов достигает 4 тысяч мАч.
Увеличение ёмкости в 6 раз, при том, что, грубо говоря, размер батареи увеличился всего в 2 раза.
Как мы уже рассказывали в нашей статье, литий-ионные решения для ИБП стремительно завоёвывают рынок, обладают рядом неоспоримых преимуществ и достаточно безопасны в эксплуатации (тем более в условиях серверной).
Друзья, сегодня попытаемся разобраться и сравнить решения на железо-литий-фосфатных батареях (LFP) и литий-марганцевых (LMO), изучить их достоинства и недостатки, сравнить между собой по ряду удельных показателей. Напомню, что оба вида батарей относятся к литий-ионным, литий-полимерным аккумуляторам, но отличаются химическим составом. Если вас заинтересовало продолжение, прошу под кат.
Перспективы литиевых технологий в области накопления энергии
Текущая ситуация в РФ на 2017 год представляла следующее.
кликабельно
С использованием источника: «Концепция развития систем хранения электроэнергии в РФ», Минэнерго РФ, 21 августа 2017 года.
Как видим, литий-ионная технология на тот момент находилась в лидерах приближения к промышленной технологии производства (подразумевалась в первую очередь LFP технология).
Далее посмотрим на тенденции в США, точнее, рассмотрим свежую версию документа:
Справка: АББМ – энергетические массивы для источников бесперебойного питания, которые используются в электроэнергетике для:
- Резервирования электроэнергии для особо важных потребителей при перебоях в электроснабжении собственных нужд (СН) 0,4 кВ на подстанции (ПС).
- Как «буферный» накопитель для альтернативных источников.
- Компенсации дефицита мощности в режиме пикового потребления для разгрузки объектов генерации и передачи электричества.
- Накопления энергии в течении суток во время её низкой стоимости (ночное время суток).
кликабельно
Как видим, Li-Ion технологии по состоянию на 2016 год прочно удерживали лидирующее положение и показывали стремительный кратный рост и по мощности (МВт), и по энергии (МВт*ч).
В этом же документе можем прочитать следующее:
«Литий-ионные технологии представляют более чем 80% добавленной мощности и энергии системами АББМ выработанной в США на конец 2016 года. Литий-ионные батареи имеют высокоэффективный цикл (заряда, прим. автора) и быстрее отдают накопленную мощность. В добавок ко всему, они имеют высокую плотность энергии (удельная мощность, прим. автора) и большие токи отдачи, что обусловило выбор их в качестве батарей для портативной электроники и электрических транспортных средств».
Попробуем сравнить две технологии литий-ионных аккумуляторов для ИБП
Сравнивать будем призматические ячейки, построенные на химии LMO и LFP. Именно эти две технологии (с вариациями типа LMO-NMC) сейчас являются основными промышленными образцами для различного электротранспорта, электромобилей.
Рассмотрим таблицу сравнения основных производителей, химии батарей и собственно автомобильных компаний, активно выпускающих электромобили (гибриды).
Выберем исключительно призматические ячейки, которые подходят под форм-фактор использования в ИБП. Как видим, литий-титанат (LTO-NMC) является аутсайдером по удельной запасённой энергии. Остаются три производителя призматических ячеек, пригодных для использования в промышленных решениях, в частности, в батареях для ИБП.
Приведу цитату и перевод из документа «Оценка жизненного цикла и длительности эксплуатации литиевых электродов для батарей электротранспорта — ячейки для LEAF, Tesla и автобусов VOLVO» (Оригинал «Life cycle assessment of long life lithium electrode for electric vehicle batteries- cell for LEAF, Tesla and Volvo bus» от 11 декабря 2017 года от Mats Zackrisson. Здесь исследуются большей частью химические процессы в батареях автотранспорта, влияние вибраций и климатических условий эксплуатации, вред для окружающей среды. Однако имеется одна любопытная фраза на предмет сравнения двух технологий литий-ионных батарей.
В вольном моем переводе выглядит так:
NMC технология показывает меньшее воздействие на окружающую среду в расчёте на километр пробега транспорта, чем LFP технология с металлическим анодом батарейной ячейки, но здесь сложно уменьшить или ликвидировать ошибки. Основной смысл выглядит как: более высокая плотность энергии NMC даёт меньший вес и таким образом меньшее электропотребление.
1) Призматическая ячейка LMO технологии, производитель CPEC, USA, стоимость 400$.
2) Призматическая ячейка LFP технологии, производитель AA Portable Power Corp, стоимость 160$.
3) Для сравнения добавим авиационную батарею резервного питания, построенную на технологии LFP и ту самую которая участвовала в нашумевшем скандале возгорания Боинга в 2013 году, производитель True Blue Power.
4) Для объективности добавим стандартную батарею ИБП Lead-acid /Portalac/PXL12090, 12В.
Cведём исходные данные в таблицу.
кликабельно
Как видим, действительно, наибольшей энергетической эффективностью обладают LMO ячейки, классический свинец проигрывает по удельной энергии минимум в два раза.
Всем ясно, что система BMS для массива Li-Ion батарей добавит массы этому решению, то есть, снизит удельную энергию примерно на 20 процентов (разница между чистым весом батарей и комплектным решением с учетом систем BMS, оболочки модуля, контроллера батарейного шкафа). Массу перемычек, батарейного выключателя и батарейного шкафа принимаем условно равной для литий-ионных батарей и батарейного массива свинцово-кислотных батарей.
Теперь попробуем сравнить расчётные параметры. При этом примем глубину разряда для свинца – 70%, а для Li-Ion – 90%.
кликабельно
Отметим, что низкая удельная энергия для авиационной батареи связана с тем, что сама батарея (которую можно рассматривать как модуль) заключена в металлический противопожарный кожух, обладает разъёмами и системой обогрева для эксплуатации в условиях низких температур. Для сравнения приведён расчёт для одной ячейки в составе батареи TB44, откуда можно сделать вывод о близких характеристиках с обычной LFP ячейкой. Кроме того, авиационная батарея рассчитана на большие токи заряда/разряда, что связано с необходимостью быстрой подготовки воздушного судна к новому полёту на земле и большим током разрядки в случае аварийной ситуации на борту, например, пропадании бортового питания
Кстати вот как сравнивает разные типы авиационных батарей сам производитель
Как видим из таблиц:
1) Мощность батарейного шкафа в случае LMO технологии выше.
2) Количество циклов работы батарей для LFP больше.
3) Удельный вес для LFP меньше, соответственно, при той же ёмкости батарейный шкаф на железо-литий-фосфатной технологии больше.
4) Склонность к тепловому разгону у технологии LFP меньше, что связано с его химической структурой. Как следствие, он считается относительно безопасным.
кликабельно
Или схема для LFP 160S2P, где чистая масса батарей будет 512 кг, а ёмкость — 200 ампер-часов.
кликабельно
ВЫВОД: Несмотря на то, что батареи с химией железо-литий-фосфат (LiFeO4, LFP) используются большей частью в электротранспорте, их характеристики обладают рядом преимуществ перед химической формулой LMO, позволяют заряжать большим током, менее подвержены риску теплового разгона. Какой тип батарей выбрать, остаётся на усмотрении поставщика готового комплексного решения, который определяет это по ряду критериев, и не в последнюю очередь это стоимость батарейного массива в составе ИБП. В данный момент любой тип литий-ионных батарей всё ещё проигрывает по стоимости классическим решениям, но большая удельная мощность литиевых батарей на единицу массы и меньшие габарита всё чаще будет определять выбор в сторону новых накопителей энергии. В ряде случаев меньшая полная масса ИБП определяет выбор в сторону новых технологий. Этот процесс будет проходить совершенно незаметно, и в данный момент сдерживается высокой стоимостью в низком ценовом сегменте (бытовые решения) и инертностью мышления в отношении пожарной безопасности лития у заказчиков, которые ищут лучшие варианты ИБП в промышленном сегменте ИБП мощностью более 100 кВА. Уровень среднего сегмента мощностей ИБП от 3кВА до 100 кВА возможен к реализации на литий-ионных технологиях, но ввиду мелкосерийного производства достаточно дорог и проигрывает готовым серийным образцам ИБП на VRLA батареях.
Узнать подробности и обсудить конкретное решение с использованием литий-ионных батарей для вашей серверной или ЦОД можно, направив запрос на электронную почту info@ot.ru, либо сделав запрос на сайте компании www.ot.ru.
ОТКРЫТЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – надёжные комплексные решения от мировых лидеров, адаптированные именно под ваши цели и задачи.
Автор: Куликов Олег
Ведущий инженер конструктор
Департамент интеграционных решений
Компания Открытые Технологии
Комментарии (33)
0o0
28.11.2018 20:11«ваш домашний десктоп, который вы уже несколько лет не обновляли»
Воу, полегче, в этом году добавил 4Тб hdd и 480Гб ssd.
На видяхи только облизываюсь, т.к. gta5 умудряется работать на встроенной.Gromazeka13 Автор
29.11.2018 13:040o0 согласен, но статистика продаж десктопов неуклонно падает, рынок все больше уходит в ноутбуки и планшеты))) а SSD далеко не все ставят в десктоп, тем более для ускорения работы системы хотя бы, а с другой стороны в смартфонах уже давно планка 128Гб взята, а ведь это тот же SSD но на борту гаджета…
В видяхами в десктопах тоже своя тема, как я понимаю встроенные видеопроцессоры в смартфонах уже давно сравнялись с видеокартами для настольных компьютеров и по производительности и по разрешению… Ну если мы не берем конечно 4K разрешения для подключения к ТВ…striver
29.11.2018 13:08В видяхами в десктопах тоже своя тема, как я понимаю встроенные видеопроцессоры в смартфонах уже давно сравнялись с видеокартами для настольных компьютеров
Не все видяхи в ноутбуках сравнялись с ПК, а тут мобильный и сравнился с ПК. У нас точно 2018-й год?Gromazeka13 Автор
29.11.2018 17:28Эммм, ну может я и перегнул, но тем не менее: на телефоне разрешение 1400х… cейчас на мониторах такое же разрешение еще вполне распространено на действующих по домам моделях…
VaalKIA
29.11.2018 17:37Про видюхи вы перегнули, иначе бы на рынке уже бы было полно 3Д карт от Самсунга и Квалкома, а выкрутасы рынка это отдельная тема, возьмите, например, анонсы планшетов — тоже мобильный девайс, куча места для мощного железа, по сравнению со смартфонами, но смарты: 8-12Гб опертивы уже анонсируют, а планшеты 3Гб это уже круто, процы вообще прошлого поколения — норм и это тоже анонс, выбивается только Эппл на этой картине. Фактически, хайповые вещи развиваются не так как всё остальное, а гипертрофировано.
Ivanii
28.11.2018 20:26Все таки напомню про свинец — FIAMM 12 FLB и FIAMM 12 FIT имеют срок службы 12 — 15 лет, 5 лет служат китайские не фальшивые нонейм.
И современные Ni-Mh батареи служат 10+ лет.
ru.wikipedia.org/wiki/Enelooprub_ak
28.11.2018 20:33У нас Eneloop в dect (gigaset) трубках живут пару может тройку лет, я честно говоря не уверен что они дольше GP живут. Но цена примерно одинаковая, берем их.
У ибп кончено обычно другой тип использования.
lokkiuni
29.11.2018 15:56IKEA eneloop под своей маркой, если что, продаёт, сильно дешевле.
Ivanii
30.11.2018 09:43Ко мне в подмосковье «Eneloop in case — 1900mAh» с ru.nkon.nl заказать дешевле чем ЛАДДА…
Gromazeka13 Автор
30.11.2018 11:04Ivanii Судя по данным производителя получаем следующее- вес одной никель-марганцевой батареи получается примерно 30 грамм вот тут нашел Заявлена потеря 70% емкости на 10 годах эксплуатации. Ок. Удельная мощность получается 76Вт*ч/кг. Смотрим в нашу статью — получаем все же ниже чем литиевые NMC и LFP, но ясно что больше чем Portalac… Цена для Энелупов получается порядка 500 рублей за батарейку АА. Или или 263 рубля за 1 А*ч. Идем в нашу статью — там 400 долларов за LMO на 100 Амперчасов… получаем порядка 260 рублей за 1 Ампер-час… то есть цифры соизмеримы. Но для лития мы имеем до 3-5С зарядки, а для Энелупов? И это мы сравниваем бытовые и промышленные ячейки, что не корректно несколько. А даже если и сравнить, то в быту получается все равно лучше литий, так как зарядим быстрее. А учитывая нынешние 40Вт квик-чардж зарядки — вообще литий вне конкуренции…
Ivanii
30.11.2018 18:56553 р стоят 4 аккумулятора с коробкой и доставкой, литий (не LiFePo) дохнет при постоянном заряде 100%, в ноутах сделали специальный режим — заряд до 80% для постоянно подключенных к сети.
И промышленные аккумуляторы будут никак не из пальчиков.
VaalKIA
29.11.2018 08:00Начиналась статья хорошо, но концовка не понятна. Для ИБП важна энергоёмкость на литр, а не кг, поскольку перекрытия — выдержат, а этот параметр пропал. По циклам тема не раскрыта, поскольку она же не выходит из строя при 1000 циклах (у обоих батарей по 10 лет), а лишь уменьшает ёмкость, а при этом изначально обладает в 1.5 раза, к примеру, большей, поэтому вывод, что циклы все дела — не понятен. Про тепловой разгон тоже ничего толкового не сказано, а только — что наш порошёк лучше обычного.
Gromazeka13 Автор
29.11.2018 13:14Про тепловой разгон тоже ничего толкового не сказано
Цели объять все аспекты в этой статье не ставилось изначально, про тепловой разгон (Thermal Abuse) уже излагалось на уровне ячейки LMO-NMC одного производителя. Почитайте, полагаю уровень безопасности на современном этапе равноценен классическому решению
По циклам тема не раскрыт
тоже вместить невозможно все вопросы в одну статью.Про циклы работы разных типов батарей указано в этой статье и излагалось тут ранее Фактические сроки эксплуатации батарей редко превышают 3-4 года даже в серверных, а для мелких ИБП распределенных по объекту (например промышленному) это фактически 3 года с более менее разумной степенью автономной работы, далее уже риски необоснованные. Вот тут статья по теме.
а тут скрин с этой статьи по теме сроков эксплуатации
nomadmoon
29.11.2018 08:47> Сложно… Надо напрягать память, вспоминать год покупки первого «умного» телефона.
Да нет, почему. Motorola MPx200, 2004 год.
wormball
29.11.2018 12:03Для меня это примерно 2008-2010 год. На тот момент ёмкость литиевой батареи для обычного телефона составляла порядка 700 мАч, сейчас ёмкость батарей телефонов достигает 4 тысяч мАч. Увеличение ёмкости в 6 раз, при том, что, грубо говоря, размер батареи увеличился всего в 2 раза.
2002 год, Ericsson A2628s. Батарейка 1400 мАч. Причём когда он сдох, я оную батарейку запихнул в более старую моторолу, где был никель-кадмий на 700 мАч. То бишь размеры не очень большие, и плотность энергии приблизительно такая же, как сейчас.Gromazeka13 Автор
29.11.2018 13:18И у вашего эриксона это была уже литиевая батарейка? и она до сих пор имеет достаточную емкость? То есть 10 лет в легкую? У меня также лежит пара батарей от телефонов с остаточной емкостью, достаточной для использования в других гаджетах еще лет на 10… Дл я никель-кадмия — подобная потеря емкости — прямой путь на утилизацию… это вообще уже будет пустышка…
Master255
29.11.2018 12:29Бесконечно служат бетонные\свинцовые блоки. Время строить комнату с блоками, вместо батарей :-D
habr.com/post/429464Gromazeka13 Автор
29.11.2018 13:31Master255 любопытно, но выглядит фантастически и не перспективно… можно сравнить с постоянными анонсами новых химических технологий в аккумуляторах, по факту реальных образцов не наблюдается. Вангую так и останется старт-апом…
VaalKIA
29.11.2018 17:21Если уж по технологиям накопления энергии вообще, то уместо упомянуть супермаховики.
Gromazeka13 Автор
29.11.2018 17:33VaalKIA в начале статьи есть график, который немного «облегчили» в соответствии со спецификой батарей. А в оригинале можете посмотреть, там и супермаховики и ГАЭС и прочее. Но тот же маховик в виде ДДИБП предназначен для обспечения запуска дизельгенератора, но никак не длительной работы оборудования без внешней сети…
VaalKIA
29.11.2018 17:47Супермаховики «применяются» (единственная фирма, выпускавшая серийно, вроде обанкротилась) и как накопитель электроэнергии, без всяких дизелей.
Beacon PowerDim_K0
30.11.2018 21:21Gromazeka13
Коллега, не все так однозначно, технология маховиков как автономных источников уходит в прошлый век. Одним из примеров такого использования являются Гиробусы.
Ну о-о-очень занимательная история…
Будет время, посмотрите:-)
Dim_K0
29.11.2018 16:00Ой повеселили, блоки на краны повесили:-).
Хороший, стартап, большие капитальные вложения, в бетон, в краны, в фундамент под эти краны, в зону отчуждения для такой башни, в разработку правильной конфигурации блоков, что бы они не развалились при первом же порыве ветра, в ЦОД, который все это будет считать и в ИБП, которые все это будет питать. А в ИБП что? Ах да, Литий!!! Но не об этом…
Где же все это разместить?
1. На необъятных просторах между Балтийским и Охотским морем, треть блоков примерзнут друг к другу, треть разобьется, а треть про… стите за мой французский, просто окажется не там где нужно.
2. В Евросоюзе особо и места то нет, да и своих башен хватает: Эйфелева, The Shard, Commerzbank Tower… Опять же Пизанская по последним данным перестала падать и стала возвращаться в вертикальное положение… Очень рады за нее…
3. В Азии в земле Сеннаар уже строили «башню до неба» теперь иностранные языки приходится учить, переводами заниматься…
4. В пустыне, в боливийской пустыне!!! Круто! Только вопрос, кому в этой пустыне нужно будет запасать электричество? Не знаете? Так вот подсказка, у самой кромки боливийской пустыни есть «шахты» на который добывают полезные ископаемые. Какие? И что бы вы думали? Так это же Литий!!!
Эх, повеселило…
OnelaW
29.11.2018 14:17Эмм. прошу прощения у автора и у сообщества? Я вот не совсем понял одну деталь. Пост вроде что-то предлагает, вроде похоже на хорошо проработанную рекламную статью. А что собственно предлагает не совсем понятно. аккумуляторные батареи к ИБП на новых перспективных технологиях?
Dim_K0
29.11.2018 16:15+1Все верно, автор не упоминает конкретно ни одного из производителей ИБП и батарей, но в легкой форме разбирает их технологии.
Автор, предлагает нам подумать… Оглянуться вокруг с холма знаний… Сделать правильный выбор…
Мы же покупаем телефоны и «умные» часы с плоскими и емкими батареями, а не таскаем за собой два чемодана с автомобильными аккумуляторами
Garbus
Вот у табличку бы еще добавить для наглядности пару цифр. Стоимость извлеченной из аккумулятора энергии и его переработки в новый. Всё же одно дело авиационная батарея где вес сильно критичен, а другое дело стационарный ИБП. Да еще учитывая такую «мелочь», что ИБП это не буферный накопитель, а больше аварийный.
P.S. Но всё же поставить домой бесперебойник и 10 лет не вспоминать о замене батареи, это заманчивое предложение.
rub_ak
Обычный свинец CSB GPL 1272 пишут что 6-9лет.
Пару раз думали купить, но цена + 50%, а брать парочку на пробу тоже нет смысла, ждать 9лет как-то многовато. Если есть кто их использовал, отпишитесь сколько прожили?
Обычный CSB GP 1272 или HR у нас живут примерно 5лет, только парочку было таких которые прожили 4года, все остальные больше.
Gordon01
Они мрут от температуры, если не греть выше 30 градусов (естественно, в типичном бесперебойнике это невозможно), они живут под 10 лет
Ivanii
У меня Powercom ULT-700 более 12 лет, батарейки менял 1 раз, постоянно работает вентилятор но на разных оборотах, вход воздуха спереди и батарея спереди — оказывается возможно.
Gromazeka13 Автор
Garbus вопросы переработки литиевых батарей — это отдельная тема. Тем более в РФ. Все знают что свинцовые аккумуляторы подлежат переработке и эти технологии отработаны.
достаточно часто возникает подобная тема и для ИБП, когда вопрос увеличенной автономии влечет за собой большой вес батарей, а далее возникает вопрос куда ставить ИБП? а куда ставить батарейный массив