Akkumulátor energiatároló rendszer összetevőinek magyarázata: cellák, BMS, PCS és egyebek

Az 500 kW / 1 MWh akkumulátoros energiatárolási projektet értékelő létesítménymérnök általában összehasonlítja a ciklus élettartamát, a kilowattóránkénti árat és a garanciát. Ezek a számok számítanak, de nem mondják el a teljes történetet. Az igazi teljesítmény a akkumulátoros energiatároló rendszer (BESS) összetevőinek együttműködéséből adódik: a cellák, az akkumulátor-kezelő rendszer (BMS), az energiaátalakító rendszer (PCS), az energiagazdálkodási rendszer (EMS), a hőkezelési rendszer és a tűzvédelmi infrastruktúra. Egy jó minőségű cella még mindig alulteljesít, ha a BMS korlátozza a működését, ha a PCS lekapcsolja az áramot, vagy ha a hűtési stratégia lehetővé teszi a hőmérséklet eltolódását. A következtetés közvetlen: mielőtt kiválasztaná a BESS-t, ismerje meg az egyes alkatrészeket, és ismerje meg, hogyan befolyásolják a biztonságot, a hatékonyságot és az élettartamot.

Az akkumulátorrendszer: cellák, modulok és csomagok

Az akkumulátorrendszerben az elektromos energia kémiailag tárolódik. A legkisebb funkcionális egység a cella, amely egy katódot, egy anódot, egy elektrolitot és egy szeparátort tartalmaz. Helyhez kötött alkalmazásoknál lítium-vas-foszfát (LFP) a legelterjedtebb kémia termikus stabilitása és hosszú élettartama miatt, míg a nikkel-mangán-kobalt (NMC) nagyobb energiasűrűséget kínál szigorúbb hőkezelés árán. A projekthez választott sejtkémia meghatározza a teljes rendszer biztonsági profiljának és lebomlási sebességének alapértékét.

A cellák sorba és párhuzamosan kapcsolódnak modulok kialakításához; a modulokat csomagokba állítják össze; és a csomagokat állványokba vagy szekrényekbe kell beszerelni. Ez a hierarchia határozza meg a tárolórendszer névleges feszültségét, kapacitását és fizikai lábnyomát. Csomagépítőknek, beszerzés akkumulátor cellák Egyetlen gyártási tételből történő gyártás jelentősen csökkenti a sejtkiegyensúlyozatlanság és a korai kapacitáseltolódás kockázatát.

Akkumulátorcella-gyártók – Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd A Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd. a kínai akkumulátorcellák gyártója és egyedi gyára, a termék bemutatása: Lítium-ion tészta... Termék megtekintése →

Azoknak a vásárlóknak, akik nem szeretnek saját csomagokat összeállítani, párosított használatával akkumulátor modulok lerövidíti az összeszerelési időt és eltávolítja a belső tesztelés nagy részét. Bármelyik útvonalat is választja, ellenőrizze a következő pontokat:

Lítium-vas-foszfát akkumulátorok, lítium akkumulátormodulok gyártói A Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd. a kínai lítium-vas-foszfát-akkumulátor-gyártó és lítium-akkumulátor-modul gyár, OEM/... Termék megtekintése →

• Ciklusélettartam a várt kisülési mélységben, ne csak a 25 °C-on mért adatlapérték.
• Cellák közötti egyeztetés a feszültségben és a belső ellenállásban a telepítés előtt.
• Gyűjtősín és csatlakozó kialakítás az alacsony ellenállás és az egyenletes áramelosztás érdekében.
• A csomagtartó burkolatának IP-besorolása és rezgésbesorolása a helyszíni környezethez.

A névleges teljesítmény és a tárolt energia aránya szintén befolyásolja az alkatrészek kiválasztását. Egy 1 MW / 2 MWh rendszer nagyjából két órás kisülési időt biztosít; egy 1 MW / 4 MWh rendszer négy órát biztosít. A rackenkénti nagyobb energiakapacitás több cellát jelent modulonként, és több figyelmet fordít a termikus tervezésre. Ha a projekt specifikációja csúcsteljesítményként és időtartamként van megadva, ellenőrizze, hogy a cellák száma, a PCS-besorolás és a hűtési kapacitás mind megfelel-e a célnak.

Akkumulátorkezelő rendszer: A biztonsági agy

A BMS cella szinten figyeli a feszültséget, áramerősséget és hőmérsékletet. Megbecsüli a töltöttségi állapotot (SoC) és az egészségi állapotot (SoH), cellakiegyenlítést végez, és védelmet indít el, amikor egy paraméter átlépi a határértékét. Nagyobb telepítéseknél a fő BMS kommunikál a PCS-sel és az EMS-sel, hogy kérje a teljesítménycsökkentést vagy a teljes leválasztást. Alapvető funkciói a következők:

1. Túlfeszültség és alacsony feszültség elleni védelem a maradandó cellakárosodás elkerülése érdekében.
2. Túlmelegedés és túláramvédelem a termikus kifutás kockázatának csökkentése érdekében.
3. Passzív vagy aktív kiegyensúlyozás, amely minden cellát egy szűk feszültségablakon belül tart.
4. SoC és SoH jelentések, amelyek táplálják az EMS optimalizálását és a garanciakövetést.

Áramátalakító rendszer: A hálózati interfész

A PCS egy kétirányú inverter, amely az akkumulátor egyenáramát a hálózat váltóáramává alakítja, és töltés közben megfordítja az áramlást. Szabályozza a töltési és kisütési sebességet, a feszültséget és a frekvenciát a hálózati kód határain belül tartja, és biztosítja a hálózati szolgáltatásokhoz szükséges gyors reagálást. A modern PCS-hardver oda-vissza hatékonysága meghaladja a 97 százalékot , de a helyszínen ténylegesen látható érték a működési ponttól, a kábelmérettől és a transzformátor veszteségétől függ.

A válaszsebesség egy másik megkülönböztető tényező. A frekvenciaszabályozáshoz ezredmásodperceken belüli PCS-reakció szükséges, és a töltésről a kisütésre történő zökkenőmentes váltás elkerüli az akkumulátort terhelő áramcsúcsokat. A PCS topológia is követi a projekt architektúráját: a központi inverterek nagy teljesítményblokkokat kezelnek, és költséghatékonyak a közüzemi üzemek számára, míg a láncinverterek kisebb egységekre osztják a rendszert a könnyebb karbantartás és a nagyobb rendelkezésre állás érdekében kereskedelmi és ipari létesítményekben. A PCS maga termel hőt, ezért a burkolatát megfelelően hűteni kell, valamint az akkumulátor és az inverter közötti egyenáramú összeköttetést az akkumulátor hibaáramának megfelelően biztosítékkal és védelemmel kell ellátni.

Energiagazdálkodási rendszer: A döntési réteg

Az EMS dönti el, hogy a rendszer mikor töltődik, mikor merül le és milyen teljesítményszinten. Olyan bemeneti adatokkal működik, mint például:

• Villamosenergia-tarifák a csúcs borotválkozáshoz és az energia arbitrázshoz.
• Terhelési és megújuló termelési előrejelzések az optimális kiszállítás érdekében.
• Rácsjelek vagy közvetlen vezérlőparancsok a kereslet válaszprogramokhoz.
• A BMS által jelentett akkumulátor üzemi határértékek.

Tekintsünk egy kereskedelmi felhasználót a használati idő tarifájára: a napközbeni töltés és az esti csúcsidőben történő lemerítés minden hónapban jelentős százalékkal csökkentheti a keresleti díjakat. Ez az érték csak akkor valósul meg, ha az EMS pontos terhelési adatokat kap, és a BMS lehetővé teszi a kívánt kisülési mélységet. Megfelelő koordináció nélkül előfordulhat, hogy az akkumulátor részlegesen feltöltődik, amikor a csúcs elérkezik. Lakossági rendszerekben az EMS általában firmwareként fut a hibrid inverteren belül; kereskedelmi és közüzemi méretű projektekben gyakran egy különálló vezérlő vagy felhőplatform, amely a SCADA-hoz kapcsolódik.

Hőgazdálkodás és HVAC

A hőmérséklet a legerősebb tényező az akkumulátor élettartamában. A magas hőmérséklet felgyorsítja a kapacitás fakulását; az alacsony hőmérséklet csökkenti a használható kapacitást és növeli a lítium bevonat kockázatát a gyorstöltés során. A hőkezelő rendszer jellemzően az ajánlott ablakon belül tartja a cellákat 15 °C és 35 °C között az LFP kémiához . A levegő és a folyadékhűtés közötti választás közvetlen hatással van a teljesítményre és a költségvetésre.

A folyadékhűtés a nagy kereskedelmi és közüzemi létesítmények alapértelmezetté válik, mivel alacsonyan tartja a cellák hőmérsékletét, és nagyobb energiasűrűséget tesz lehetővé a burkolaton belül. A döntés, hogy használjuk-e léghűtéses vagy folyadékhűtéses energiatároló rendszerek a projekt méretétől, a környezeti hőmérséklettől és a terhelési mintáktól függ. Meleg éghajlaton a léghűtéses tartály extra szellőzést igényelhet, ami több port és páratartalmat juttat a burkolatba; A folyadékhűtés tömítetten tartja az akkumulátorteret, és csökkenti a tartály HVAC terhelését, további szivattyú- és csővezeték-karbantartás árán. Azon vásárlók számára, akik előre megtervezett megoldást szeretnének, a folyadékhűtéses akkumulátoros energiatároló csomag egyesíti a cellákat, a BMS-t és a termikus hardvert egy tesztelt egységben.

Folyadékhűtéses akkumulátoros energiatároló csomagok gyártói – Ningbo Nxten Energy Te A Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd. a kínai folyadékhűtéses akkumulátoros energiatároló csomag gyártója és egyedi gyára, termékleírása... Termék megtekintése →

Tűzoltási és biztonsági infrastruktúra

A tűzvédelem nem választható extra. A teljes BESS-nek tartalmaznia kell a hidrogén és az elektrolit gőz gázérzékelését, füstérzékelést, hőérzékelőket és elnyomó rendszert. A gyakori elnyomási módszerek a következők:

• Tisztítószer-rendszerek, amelyek kioltják anélkül, hogy maradékot hagynának az elektronikán.
• Vízköd rendszerek a teljes konténer védelméhez nagy telepítéseknél.
• Aeroszolos és szilárd hajtóanyagú anyagok a kompakt szekrényszintű védelemért.

A burkolat kialakítása ugyanolyan fontos: nyomáscsökkentő szellőzőnyílások, zárt akkumulátorrekeszek és égésgátló anyagok. Az olyan szabványoknak való megfelelés, mint az UL 9540A és az NFPA 855, ma már alapelvárás a legtöbb projektnél. A konténerek elrendezése is szerepet játszik a biztonságban: az akkumulátortartókat olyan távolságra kell elhelyezni, hogy a karbantartáshoz hozzáférjenek, és korlátozzák a szomszédos állványok közötti hőfelhalmozódást. A gázérzékelésnek folyamatosan mintát kell vennie a rekeszben, és az elnyomási rendszernek automatikusan aktiválódnia kell, mielőtt a hőmérséklet elérné a kritikus szintet. Az üzemeltetőknek be kell ütemezniük az észlelési lánc időszakos tesztelését, mivel egy olyan elnyomó rendszerre, amelyet soha nem ellenőriznek, nem lehet megbízni.

Kiegészítő tápellátás, kapcsolóberendezések és felügyelet

A fő funkcionális blokkon túl minden BESS-nek szüksége van kiegészítő elektromos berendezésekre: egyenáramú kapcsolóberendezésekre és biztosítékokra, váltakozó áramú megszakítókra, fokozatos transzformátorra, bevételmérésre, földelési rendszerekre és egy helyszíni megfigyelő átjáróra, amely táplálja a SCADA platformot. A megfelelő földelés megakadályozza a hibák kiélesedését, és a pontos mérés méri a ténylegesen leadott energiát. A jó felügyelet a cellák közötti abnormális hőmérséklet-eloszlást is észleli, így a kezelők még a hiba kialakulása előtt beavatkozhatnak.

A kommunikációs architektúra éppúgy számít, mint a tápkábelezés. A BMS rendszerint CAN-on keresztül kommunikál a PCS-vel, míg a helyszíni vezérlő az EMS-sel és a SCADA-val Modbus TCP-n vagy IEC 61850-en keresztül kommunikál. Győződjön meg arról, hogy a szállító teljes mértékben támogatja a felügyeleti platform által használt protokollokat, és hogy a firmware-frissítések alkalmazhatók anélkül, hogy a rendszert hosszabb ideig offline állapotba hoznák. A kereskedelmi és ipari tulajdonosok számára a távfelügyelet csökkenti a karbantartási költségeket, és biztosítja a teljesítményjelentésekhez és a garanciális igényekhez szükséges működési adatokat.

Miért nyer az integrált komponens tervezés?

A BESS minden összetevője rendelkezik egy meghatározott feladattal, de a rendszer csak akkor működik jól, ha mindegyik egyben működik. A BMS határozza meg a határokat, a PCS átalakítja a teljesítményt, az EMS hozza meg a döntéseket, a hő- és tűzvédelmi rendszerek pedig mindent biztonságban tartanak. Az össze nem illő alkatrészek hatástalanságot, gyorsabb leromlást és elkerülhető biztonsági kockázatot okoznak.

Ezért fontos az integrált gyártási megközelítés. Egy szállító, mint például az NXTEN, amely vezérli cellagyártás, modul-összeállítás, csomagépítés és rendszerintegráció , már a tervezési szakaszban minden alkatrészt illeszthet, együtt tesztelheti a teljes rendszert, és egyetlen garanciális pontot kínál. Amikor árajánlatot kér, adja meg a terhelési profilt, a megcélzott önfogyasztási vagy rugalmassági célt, a környezeti hőmérséklet-tartományt, a rendelkezésre álló lábnyomot és a szükséges válaszidőt. Kérje meg a gyártót, hogy adja meg a tervezési hőmérséklet-eloszlást, a garantált oda-vissza hatásfokot és a ciklus élettartam garanciájához kapcsolódó feltételeket. Ezekből a részletekből kiderül, hogy a rendszert egészben tervezték-e, vagy egyszerűen alkatrészekből állították össze.