Что такое аккумуляторная батарея для хранения энергии?

A аккумуляторная система хранения энергии(BESS) — это система, которая использует батареи в качестве накопителя энергии для хранения и высвобождения электрической энергии. Он может хранить электроэнергию в течение определенного периода времени и поставлять электроэнергию в соответствующее время в зависимости от спроса. Он имеет такие функции, как плавный переход, сглаживание пиков и заполнение впадин, регулирование частоты и регулирование напряжения.

Хранимая энергия может поступать из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия, или из традиционных источников энергии. При необходимости система высвобождает эту энергию для поддержания стабильности сети, удовлетворения пикового спроса или обеспечения резервного питания. Типичная BESS состоит из аккумуляторных модулей, системы управления батареями (BMS) и оборудования для преобразования энергии, такого как инверторы.

 

A аккумуляторная система хранения энергиисостоит из: аккумуляторов, электрических компонентов, механических опор, систем нагрева и охлаждения (систем терморегулирования), системы двунаправленного преобразования энергии, системы управления энергопотреблением и системы управления батареями.

 

Являясь одной из ключевых технологий нового хранения энергии, аккумуляторные батареи играют решающую роль в увеличении доли потребления возобновляемой энергии и обеспечении безопасной и стабильной работы энергосистемы. Литий-ионные батареи-, как ключевые компоненты хранения энергии, являются «центральным узлом», определяющим развитие электрохимического хранения энергии. Литий-ионные-батареи подразделяются на литий-железо-фосфатные и тройные литий--ионные батареи в зависимости от материалов их катода. На рынке хранения энергии в основном доминируют литий-железо-фосфатные батареи. Устранение дневной-ночной пиковой-разницы в долине — это основной сценарий применения систем хранения энергии, а время использования продукта напрямую влияет на прибыльность проекта. Устройство накопления энергии, обычно называемое батареей, является основным устройством в системе хранения энергии, используемым для хранения и высвобождения электрической энергии.

Структура батареи:

Материал положительного электрода: часть батареи, где происходит реакция окисления. Обычные материалы положительных электродов включают оксид лития-кобальта (LiCoO2), фосфат лития-железа (LiFePO4) и оксид лития-никеля-марганца-кобальта (NMC).

Материал отрицательного электрода: Часть батареи, где происходит реакция восстановления. Обычные материалы отрицательных электродов включают графит, кремний и олово.

• Электролит: среда для транспорта ионов в батарее. Он может быть жидким или твердым (твердый электролит). Электролит позволяет ионам перемещаться между положительными и отрицательными электродами, завершая процесс зарядки и разрядки.
• Сепаратор: расположен между положительным и отрицательным электродами. Его функция состоит в том, чтобы предотвратить прямой контакт между положительным и отрицательным электродами, который может привести к короткому замыканию, позволяя при этом проходить ионам.
• Токосъемник: обычно изготавливается из металла (например, меди и алюминия), используется для передачи тока от элемента к внешней схеме.
• Корпус аккумулятора: Внешняя конструкция аккумулятора, используемая для защиты внутренних компонентов и обеспечения механической поддержки.
• Система управления аккумулятором (BMS): отвечает за мониторинг и управление процессом зарядки и разрядки аккумулятора, обеспечивая безопасную работу аккумулятора и оптимизируя его производительность и срок службы.

Принцип работы аккумуляторных батарей

Компоненты терморегулирования

• Датчики: датчики температуры, датчики давления и т. д., используемые для мониторинга таких параметров, как температура и давление аккумулятора и окружающей среды, в режиме реального времени.
• Блок управления: обычно микроконтроллер или компьютерная система, управляющая работой оборудования терморегулирования на основе данных датчиков и заранее заданных алгоритмов.
• Охлаждающее оборудование:
• Система воздушного охлаждения: включает вентиляторы, воздушные каналы, теплообменники и т. д., рассеивающие тепло посредством воздушного потока.
• Система жидкостного охлаждения: включает насосы, охлаждающую жидкость, радиаторы, охлаждающие пластины и т. д., отводящие тепло посредством циркуляции охлаждающей жидкости.
• Нагревательное оборудование: например, электрические нагреватели, нагреватели для материалов с фазовым переходом и т. д., используемые для нагрева батареи в условиях низких-температур.
• Изоляционные материалы: используются для уменьшения влияния внешней среды на температуру батареи и поддержания стабильности внутренней температуры.
• Исполнительные механизмы: например, клапаны, насосы и т. д., используемые для управления потоком охлаждающей жидкости или воздуха.
• Разъемы: включают в себя трубы, кабели и т. д., соединяющие различные компоненты для обеспечения нормальной работы системы.

Принцип работы терморегулирования

1. Мониторинг температуры: датчики постоянно контролируют температуру аккумулятора и окружающей среды, передавая данные в блок управления.
2. Анализ данных: блок управления анализирует данные, чтобы определить, необходимо ли активировать охлаждающее или нагревательное оборудование.
3. Процесс охлаждения:-Воздушное охлаждение: когда температура превышает установленный порог, включается вентилятор, проталкивая воздух по поверхности батареи для отвода тепла. Жидкостное охлаждение: насос проталкивает охлаждающую жидкость через охлаждающую пластину или непосредственно в контакт с батареей, поглощая тепло перед тем, как вернуться обратно к радиатору для теплообмена.
4. Процесс нагрева. В условиях низких-температур включается нагревательное оборудование, выделяющее тепло за счет электрической энергии или материалов с фазовым переходом, что повышает температуру батареи.
5. Регулирование температуры. Блок управления регулирует интенсивность охлаждения или нагрева на основе данных в реальном-времени, чтобы температура аккумулятора оставалась в оптимальном рабочем диапазоне.
6. Равномерность распределения тепла. Хорошо-продуманный путь потока воздуха или охлаждающей жидкости обеспечивает равномерное распределение температуры внутри аккумуляторного блока.
7. Защита безопасности: система также включает защиту от перегрева, обнаружение утечек и другие функции безопасности для предотвращения потенциальных угроз безопасности.
8. Интеллектуальная оптимизация. Современные системы управления температурным режимом могут интегрировать алгоритмы искусственного интеллекта для оптимизации стратегий управления, повышения энергоэффективности и увеличения скорости реагирования.
9. Удаленный мониторинг: система может поддерживать функции удаленного мониторинга и управления, позволяя обслуживающему персоналу понимать состояние системы в режиме реального времени и вносить коррективы.

Система управления батареями (BMS)

Система управления батареями (BMS) — это основной компонент системы хранения энергии, отвечающий за управление и мониторинг рабочего состояния аккумуляторной батареи для обеспечения ее безопасности, надежности и эффективной работы. Ниже приведены основные компоненты, принципы работы и ключевые функции BMS:

Система управления батареями (BMS): основные компоненты

Аппаратные компоненты:

• Датчики: используются для мониторинга физических параметров батареи, таких как напряжение, ток и температура.
• Печатные платы: включают в себя главную плату управления и платы связи, отвечающие за обработку данных и передачу данных.
• Процессор: основной блок управления, который анализирует и рассчитывает состояние батареи и выполняет соответствующие стратегии управления.
• Реле и цепи защиты: используются для отключения цепей зарядки и разрядки аккумулятора в нештатных ситуациях, защищая аккумулятор от повреждений.
• Интерфейс связи: используется для передачи данных с внешними системами (такими как системы управления транспортными средствами, серверы и т. д.).

Принцип работы системы управления батареями (BMS):

1. Сбор данных: BMS собирает параметры батареи, такие как напряжение, ток и температура, в режиме реального времени с помощью датчиков.
2. Обработка данных: процессор обрабатывает полученные данные, вычисляя ключевую информацию, такую ​​как состояние заряда/разряда аккумулятора, оставшаяся емкость и внутреннее сопротивление.
3. Выполнение стратегии управления: на основе результатов обработки данных BMS выполняет соответствующие стратегии управления, такие как регулировка тока заряда/разряда и выполнение балансировки батареи.
4. Связь и обратная связь: BMS обменивается данными с внешними системами через интерфейс связи, получает внешние команды и передает информацию о состоянии батареи во внешние системы.

 

Преобразователь энергии (PCS) можно сравнить с «негабаритным зарядным устройством», ключевым компонентом системы хранения энергии. Он обладает возможностями двунаправленного преобразования и играет решающую роль в системе. Он обеспечивает преобразование энергии и двунаправленный поток между аккумуляторной батареей и сетью. Он может преобразовывать постоянный ток (DC) в переменный ток (AC) или наоборот, чтобы удовлетворить потребности сети в зарядке и разрядке системы хранения энергии. PCS действует как «мост» в системе хранения энергии, соединяя аккумуляторную батарею и сеть, обеспечивая эффективную и стабильную работу системы.

 

Система энергоменеджмента (EMS) является ключевым компонентом системы хранения энергии. Он отвечает за мониторинг, контроль и оптимизацию потока энергии и эксплуатационной эффективности всей системы.

«Хорошее решение основывается на проектировании высшего-уровня, а хорошая система — на основе EMS», что подчеркивает важность EMS в системах хранения энергии.

СЭМ существует для агрегирования информации от всех подсистем системы хранения энергии, комплексного мониторинга общей работы системы и принятия соответствующих решений для обеспечения безопасной работы системы. EMS загружает данные в облако, предоставляя оперативные инструменты для-управляющего персонала оператора. Одновременно СЭМ отвечает за прямое взаимодействие с пользователями. Пользовательский обслуживающий персонал может использовать EMS для просмотра-работы системы хранения энергии в реальном времени и осуществления мониторинга.