اجزای سیستم ذخیره انرژی باتری توضیح داده شده: سلول ها، BMS، PCS و موارد دیگر

یک مهندس تأسیسات که پروژه ذخیره انرژی باتری 500 کیلووات / 1 مگاوات ساعت را ارزیابی می کند، معمولاً عمر چرخه، قیمت هر کیلووات ساعت و ضمانت را مقایسه می کند. این اعداد مهم هستند، اما کل داستان را بیان نمی کنند. عملکرد واقعی یک سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) از نحوه کار اجزای آن با یکدیگر ناشی می شود: سلول ها، سیستم مدیریت باتری (BMS)، سیستم تبدیل نیرو (PCS)، سیستم مدیریت انرژی (EMS)، سیستم مدیریت حرارتی، و زیرساخت حفاظت در برابر آتش. اگر BMS عملکرد خود را محدود کند، اگر PCS قدرت خود را قطع کند، یا اگر استراتژی خنک‌کننده اجازه دهد دما تغییر کند، یک سلول با کیفیت همچنان ضعیف عمل می‌کند. نتیجه گیری مستقیم است: قبل از انتخاب BESS، هر جزء و چگونگی تأثیر آن بر ایمنی، کارایی و عمر مفید را درک کنید.

سیستم باتری: سلول ها، ماژول ها و بسته ها

سیستم باتری جایی است که انرژی الکتریکی به صورت شیمیایی ذخیره می شود. کوچکترین واحد عملکردی سلول است که شامل یک کاتد، یک آند، یک الکترولیت و یک جداکننده است. در کاربردهای ثابت، لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) رایج ترین شیمی به دلیل پایداری حرارتی و عمر چرخه طولانی آن است، در حالی که نیکل- منگنز- کبالت (NMC) چگالی انرژی بالاتری را به قیمت مدیریت حرارتی دقیق تر ارائه می دهد. شیمی سلولی انتخاب شده برای یک پروژه، خط پایه را برای مشخصات ایمنی کل سیستم و نرخ تخریب تعیین می کند.

سلول ها به صورت سری و موازی به هم متصل می شوند تا ماژول ها را تشکیل دهند. ماژول ها در بسته ها مونتاژ می شوند. و بسته ها در قفسه ها یا کابینت ها نصب می شوند. این سلسله مراتب ولتاژ نامی، ظرفیت و ردپای فیزیکی سیستم ذخیره سازی را تعریف می کند. برای سازندگان بسته، منبع یابی سلول های باتری از یک مقدار تولید به طور قابل توجهی خطر عدم تعادل سلولی و جابجایی اولیه ظرفیت را کاهش می دهد.

تولیدکنندگان سلول های باتری - شرکت فناوری انرژی Ningbo Nxten، با مسئولیت محدود Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd تولید کننده سلول های باتری چین و کارخانه سفارشی است، معرفی محصول: خمیر لیتیوم یون... مشاهده محصول →

برای خریدارانی که ترجیح می دهند بسته های خود را جمع آوری نکنند، از همسان استفاده کنند ماژول های باتری زمان مونتاژ را کوتاه می کند و بخش بزرگی از تست های داخلی را حذف می کند. در هر مسیری که می روید، نکات زیر را بررسی کنید:

باتری‌های فسفات آهن لیتیوم، تولیدکنندگان ماژول‌های باتری لیتیوم Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd تولید کننده باتری های لیتیوم آهن فسفات چین و کارخانه تولید ماژول های باتری لیتیومی، OEM/... مشاهده محصول →

• چرخه عمر در عمق مورد انتظار تخلیه، نه فقط مقدار برگه داده اندازه گیری شده در 25 درجه سانتیگراد.
• تطبیق سلول به سلول در ولتاژ و مقاومت داخلی قبل از نصب.
• شینه و طراحی اتصال برای مقاومت کم و توزیع جریان یکنواخت.
• رتبه بندی IP و درجه ارتعاش محفظه بسته برای محیط سایت.

نسبت بین توان نامی و انرژی ذخیره شده نیز انتخاب جزء را هدایت می کند. یک سیستم 1 مگاوات / 2 مگاوات ساعت تقریباً دو ساعت مدت زمان تخلیه را فراهم می کند. یک سیستم 1 مگاوات / 4 مگاوات ساعت چهار ساعت را فراهم می کند. ظرفیت انرژی بالاتر در هر رک به معنای سلول های بیشتر در هر ماژول و توجه بیشتر به طراحی حرارتی است. اگر مشخصات پروژه به عنوان حداکثر توان و مدت زمان ذکر شده است، بررسی کنید که تعداد سلول ها، رتبه بندی PCS و ظرفیت خنک کننده همه با هدف مطابقت دارند.

سیستم مدیریت باتری: مغز ایمنی

BMS ولتاژ، جریان و دما را در سطح سلول نظارت می کند. وضعیت شارژ (SoC) و وضعیت سلامت (SoH) را تخمین می زند، تعادل سلولی را انجام می دهد و هر زمان که پارامتری از حد خود عبور کند، محافظت را فعال می کند. در تاسیسات بزرگ‌تر، BMS اصلی با PCS و EMS ارتباط برقرار می‌کند تا درخواست کاهش یا قطع کامل برق بدهد. توابع اصلی آن عبارتند از:

1. محافظت در برابر ولتاژ و ولتاژ پایین برای جلوگیری از آسیب دائمی سلول.
2. حفاظت در برابر درجه حرارت و جریان بیش از حد برای کاهش خطر فرار حرارتی.
3. متعادل کننده غیرفعال یا فعال که تمام سلول ها را در یک پنجره ولتاژ باریک نگه می دارد.
4. گزارش SoC و SoH که بهینه سازی EMS و ردیابی گارانتی را تغذیه می کند.

سیستم تبدیل نیرو: رابط شبکه

PCS یک اینورتر دو جهته است که برق DC باتری را به برق AC برای شبکه تبدیل می کند و جریان را در طول شارژ معکوس می کند. نرخ شارژ و دشارژ را کنترل می کند، ولتاژ و فرکانس را در محدوده کد شبکه حفظ می کند و پاسخ سریع مورد نیاز برای خدمات شبکه را فراهم می کند. راندمان رفت و برگشت سخت افزار PCS مدرن بیش از 97 درصد است ، اما مقدار واقعی که در سایت مشاهده می شود به نقطه عملیاتی، اندازه کابل و تلفات ترانسفورماتور بستگی دارد.

سرعت پاسخ یکی دیگر از موارد تمایز است. تنظیم فرکانس نیاز به یک واکنش PCS در عرض میلی ثانیه دارد و تغییر یکپارچه از شارژ به دشارژ از جهش های جریانی که باعث فشار به باتری می شود جلوگیری می کند. توپولوژی PCS نیز از معماری پروژه پیروی می کند: اینورترهای مرکزی بلوک های قدرت بزرگ را مدیریت می کنند و برای نیروگاه های مقیاس شهری مقرون به صرفه هستند، در حالی که اینورترهای رشته ای سیستم را به واحدهای کوچکتر برای تعمیر و نگهداری آسان تر و در دسترس بودن بیشتر در تاسیسات تجاری و صنعتی تقسیم می کنند. PCS خودش گرما تولید می کند، بنابراین محفظه آن باید به اندازه کافی خنک شود و اتصال DC بین باتری و اینورتر باید مطابق با درجه جریان خطای باتری ذوب شده و محافظت شود.

سیستم مدیریت انرژی: لایه تصمیم

EMS تصمیم می گیرد که سیستم چه زمانی شارژ شود، چه زمانی تخلیه شود و در چه سطح توانی باشد. با داده های ورودی مانند:

• برنامه های تعرفه برق برای پیک تراشیدن و آربیتراژ انرژی.
• پیش بینی بار و تولید تجدیدپذیر برای ارسال بهینه
• سیگنال های شبکه یا دستورات کنترل مستقیم برای برنامه های پاسخگویی به تقاضا.
• محدودیت های عملکرد باتری گزارش شده توسط BMS.

یک کاربر تجاری را با تعرفه زمان استفاده در نظر بگیرید: شارژ از تولید خورشیدی در وسط روز و تخلیه در اوج عصر می تواند هزینه های تقاضا را به میزان قابل توجهی در هر ماه کاهش دهد. این مقدار فقط زمانی تحقق می یابد که EMS داده های بار دقیق را دریافت کند و BMS عمق تخلیه مورد نیاز را فراهم کند. بدون هماهنگی مناسب، ممکن است با رسیدن اوج باتری همچنان تا حدی شارژ شود. در یک سیستم مسکونی، EMS معمولاً به عنوان سیستم عامل در داخل اینورتر هیبریدی اجرا می شود. در پروژه‌های تجاری و مقیاس ابزار، اغلب یک کنترل‌کننده یا پلتفرم ابری جداگانه است که به SCADA متصل است.

مدیریت حرارتی و HVAC

دما قوی ترین عامل منفرد در طول عمر باتری است. دمای بالا باعث تسریع محو شدن ظرفیت می شود. دمای پایین ظرفیت قابل استفاده را کاهش می دهد و خطر آبکاری لیتیوم را در هنگام شارژ سریع افزایش می دهد. سیستم مدیریت حرارتی معمولا سلول ها را در داخل پنجره توصیه شده نگه می دارد 15 درجه سانتیگراد تا 35 درجه سانتیگراد برای شیمی LFP . انتخاب بین خنک کننده هوا و مایع تأثیر مستقیمی بر عملکرد و بودجه دارد.

خنک‌کننده مایع در حال تبدیل شدن به پیش‌فرض برای تاسیسات تجاری و تاسیساتی بزرگ است، زیرا دمای سلول را کوچک نگه می‌دارد و تراکم انرژی بالاتری را در داخل محفظه ممکن می‌سازد. تصمیم در مورد استفاده سیستم های ذخیره سازی انرژی با هوا خنک یا مایع خنک می شوند به اندازه پروژه، دمای محیط و الگوهای بار بستگی دارد. در آب و هوای گرم، یک ظرف خنک‌شده با هوا ممکن است به جریان هوای تهویه اضافی نیاز داشته باشد، که گرد و غبار و رطوبت بیشتری را به داخل محفظه می‌آورد. خنک کننده مایع محفظه باتری را مهر و موم نگه می دارد و بار تهویه مطبوع کانتینر را کاهش می دهد که هزینه تعمیر و نگهداری اضافی پمپ و لوله کشی است. برای خریدارانی که خواهان یک راه حل از پیش مهندسی شده هستند، الف بسته ذخیره انرژی باتری مایع خنک سلول ها، BMS و سخت افزار حرارتی را در یک واحد آزمایش شده ترکیب می کند.

تولیدکنندگان بسته ذخیره‌سازی انرژی باتری خنک‌کننده مایع - Ningbo Nxten Energy Te Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd تولید کننده بسته ذخیره انرژی باتری مایع خنک کننده چین و کارخانه سفارشی است، شرح محصول... مشاهده محصول →

زیرساخت های اطفاء حریق و ایمنی

حفاظت در برابر آتش یک گزینه اضافی اختیاری نیست. یک BESS کامل باید شامل تشخیص گاز برای بخار هیدروژن و الکترولیت، تشخیص دود، حسگرهای حرارتی و سیستم سرکوب باشد. رویکردهای رایج سرکوب عبارتند از:

• سیستم‌های عامل تمیزی که بدون باقی ماندن بر روی وسایل الکترونیکی خاموش می‌شوند.
• سیستم های مه آب برای محافظت کامل از کانتینر در تاسیسات بزرگ.
• آئروسل و عوامل سوخت جامد برای حفاظت فشرده در سطح کابینت.

طراحی محفظه به همان اندازه مهم است: دریچه های فشار، محفظه های باتری مهر و موم شده، و مواد مقاوم در برابر شعله. انطباق با استانداردهایی مانند UL 9540A و NFPA 855 اکنون یک انتظار پایه برای اکثر پروژه ها است. چیدمان کانتینر نیز در ایمنی نقش دارد: قفسه های باتری باید برای دسترسی به تعمیر و نگهداری و محدود کردن انباشت گرما بین قفسه های مجاور فاصله داشته باشند. تشخیص گاز باید به طور مداوم از محفظه نمونه برداری کند و سیستم سرکوب باید به طور خودکار قبل از رسیدن دما به سطوح بحرانی فعال شود. اپراتورها باید آزمایش های دوره ای زنجیره تشخیص را برنامه ریزی کنند، زیرا نمی توان به سیستم سرکوبی که هرگز بازرسی نمی شود اعتماد کرد.

برق کمکی، کلید و مانیتورینگ

فراتر از بلوک های عملکردی اصلی، هر BESS به تجهیزات الکتریکی کمکی نیاز دارد: تابلو و فیوزهای DC، قطع کننده های متناوب، ترانسفورماتور افزایش دهنده، اندازه گیری درآمد، سیستم های زمین، و دروازه نظارت بر سایت که پلت فرم SCADA را تغذیه می کند. اتصال زمین صحیح از تشدید خطاها جلوگیری می کند و اندازه گیری دقیق انرژی واقعی تحویل شده را اندازه گیری می کند. نظارت خوب همچنین گسترش دمای غیرعادی بین سلول‌ها را تشخیص می‌دهد تا اپراتورها بتوانند قبل از ایجاد خرابی مداخله کنند.

معماری ارتباطات به اندازه سیم کشی برق اهمیت دارد. BMS معمولاً با PCS از طریق CAN صحبت می کند، در حالی که کنترل کننده سایت با EMS و SCADA از طریق Modbus TCP یا IEC 61850 ارتباط برقرار می کند. اطمینان حاصل کنید که تامین کننده از پروتکل های مورد استفاده توسط پلت فرم نظارت شما پشتیبانی کامل می کند و به روز رسانی سیستم عامل می تواند بدون آفلاین کردن سیستم برای مدت طولانی اعمال شود. برای صاحبان تجاری و صنعتی، نظارت از راه دور هزینه تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد و داده های عملیاتی مورد نیاز برای گزارش های عملکرد و ادعاهای گارانتی را فراهم می کند.

چرا طراحی کامپوننت یکپارچه برنده می شود؟

هر کامپوننت در BESS کار خاصی دارد، اما سیستم فقط زمانی خوب عمل می کند که همه آنها به صورت یکپارچه کار کنند. BMS محدودیت ها را تعیین می کند، PCS قدرت را تبدیل می کند، EMS تصمیم گیری می کند، و سیستم های حفاظت حرارتی و آتش همه چیز را ایمن نگه می دارند. اجزای ناسازگار باعث ناکارآمدی، تخریب سریعتر و خطر ایمنی قابل اجتناب می شود.

به همین دلیل است که رویکرد تولید یکپارچه اهمیت دارد. تامین کننده ای مانند NXTEN که کنترل می کند تولید سلول، مونتاژ ماژول، ساخت بسته و یکپارچه سازی سیستم ، می تواند تمام اجزا را در مرحله طراحی مطابقت دهد، سیستم کامل را با هم آزمایش کند و یک نقطه گارانتی واحد ارائه دهد. هنگامی که درخواستی را برای قیمت‌گذاری صادر می‌کنید، مشخصات بار، هدف خود مصرفی یا انعطاف‌پذیری هدف، محدوده دمای محیط، ردپای موجود و زمان پاسخگویی مورد نیاز را درج کنید. از سازنده بخواهید که میزان گسترش دمای طراحی، راندمان تضمینی رفت و برگشت و شرایط پیوست شده به ضمانت عمر چرخه را بیان کند. این جزئیات نشان می دهد که آیا سیستم به عنوان یک کل مهندسی شده است یا به سادگی از قطعات مونتاژ شده است.