Co je úložiště energie z baterie?

A bateriový systém ukládání energie(BESS) je systém, který využívá baterie jako nosiče energie pro ukládání a uvolňování elektrické energie. Dokáže uchovávat elektrickou energii po určitou dobu a dodávat elektrickou energii ve vhodných časech podle potřeby. Disponuje funkcemi jako plynulý přechod, vyhlazení špiček a vyplnění údolí, regulace frekvence a regulace napětí.

 

A bateriový systém ukládání energiesestává z: baterií, elektrických součástí, mechanické podpory, systémů vytápění a chlazení (systémy tepelného managementu), obousměrného systému přeměny energie, systému řízení energie a systému správy baterií.

 

Baterie jako jedna z klíčových technologií pro nové skladování energie hrají klíčovou roli při zvyšování podílu spotřeby obnovitelné energie a zajišťování bezpečného a stabilního provozu energetické soustavy. Lithium-iontové baterie jako klíčové komponenty pro ukládání energie jsou „centrálním centrem“ určujícím postup elektrochemického ukládání energie. Lithium-iontové baterie se podle katodového materiálu dělí na lithium-železofosfátové baterie a ternární lithium-iontové baterie. Trhu skladování energie dominují především lithium-železofosfátové baterie. Odstranění rozdílu denních-nočních špiček-údolí je hlavním scénářem aplikace pro systémy skladování energie a doba používání produktu přímo ovlivňuje ziskovost projektu. Zásobník energie, obvykle označovaný jako baterie, je základní zařízení v systému skladování energie používané k ukládání a uvolňování elektrické energie.

Struktura baterie:

Materiál pozitivní elektrody: Část baterie, kde dochází k oxidační reakci. Mezi běžné materiály kladných elektrod patří oxid lithný kobaltnatý (LiCoO2), fosforečnan lithný a železnatý (LiFePO4) a oxid lithno-nikl-mangan-kobaltnatý (NMC).

Materiál záporné elektrody: Část baterie, kde dochází k redukční reakci. Mezi běžné materiály záporných elektrod patří grafit, křemík a cín.

• Elektrolyt: Médium pro transport iontů v baterii. Může být kapalný nebo pevný (pevný elektrolyt). Elektrolyt umožňuje iontům pohybovat se mezi kladnými a zápornými elektrodami a dokončovat proces nabíjení a vybíjení.
• Separátor: Nachází se mezi kladnou a zápornou elektrodou, jeho funkcí je zabránit přímému kontaktu mezi kladnou a zápornou elektrodou, což by mohlo vést ke zkratu, a zároveň umožnit průchod iontů.
• Proudový kolektor: Obvykle vyrobený z kovu (jako je měď a hliník), používaný k přenosu proudu z článku do vnějšího obvodu.
• Kryt baterie: Vnější struktura baterie, která se používá k ochraně vnitřních součástí a poskytuje mechanickou podporu.
• Battery Management System (BMS): Zodpovídá za monitorování a řízení procesu nabíjení a vybíjení baterie, zajišťuje bezpečný provoz baterie a optimalizuje její výkon a životnost.

Princip činnosti akumulátorů energie

Komponenty tepelného managementu

• Senzory: Teplotní senzory, tlakové senzory atd., sloužící k monitorování parametrů jako je teplota a tlak baterie a prostředí v reálném čase.
• Řídicí jednotka: Typicky mikrokontrolér nebo počítačový systém, který řídí provoz zařízení pro řízení teploty na základě dat ze senzorů a přednastavených algoritmů.
• Chladicí zařízení:
• Systém chlazení vzduchu: Zahrnuje ventilátory, vzduchové kanály, výměníky tepla atd., které odvádějí teplo prouděním vzduchu.
• Kapalinový chladicí systém: Zahrnuje čerpadla, chladicí kapalinu, radiátory, chladicí desky atd., odvádějící teplo cirkulací chladicí kapaliny.
• Topná zařízení: Jako jsou elektrické ohřívače, ohřívače materiálů s fázovou změnou atd., které se používají k ohřívání baterie v prostředí s nízkou teplotou-.
• Izolační materiály: Používají se ke snížení vlivu vnějšího prostředí na teplotu baterie a udržení stability vnitřní teploty.
• Akční členy: Jako jsou ventily, čerpadla atd., které se používají k řízení průtoku chladicí kapaliny nebo vzduchu.
• Konektory: Zahrnuje trubky, kabely atd., spojující různé komponenty pro zajištění normálního provozu systému.

Princip fungování tepelného managementu

1. Sledování teploty: Senzory nepřetržitě monitorují teplotu baterie a prostředí a přenášejí data do řídicí jednotky.
2. Analýza dat: Řídicí jednotka analyzuje data, aby určila, zda je třeba aktivovat chladicí nebo topné zařízení.
3. Proces chlazení:-Chlazení vzduchem: Když teplota překročí nastavenou prahovou hodnotu, spustí se ventilátor, který tlačí vzduch přes povrch baterie, aby se odstranilo teplo.-Chlazení kapalinou: Čerpadlo tlačí chladicí kapalinu přes chladicí desku nebo přímo do kontaktu s baterií, absorbuje teplo, než proudí zpět do chladiče pro výměnu tepla.
4. Proces zahřívání: V prostředí s nízkou teplotou- se aktivuje topné zařízení, které uvolňuje teplo prostřednictvím elektrické energie nebo materiálů s fázovou změnou, aby se zvýšila teplota baterie.
5. Regulace teploty: Řídicí jednotka upravuje intenzitu chlazení nebo topení na základě údajů v reálném čase-, aby se zajistilo, že teplota baterie zůstane v optimálním provozním rozsahu.
6. Rovnoměrnost distribuce tepla: Dobře{0}}navržená dráha proudění vzduchu nebo chladicí kapaliny zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty v rámci baterie.
7. Bezpečnostní ochrana: Systém také obsahuje ochranu proti přehřátí, detekci netěsností a další bezpečnostní funkce, které zabraňují potenciálním bezpečnostním rizikům.
8. Inteligentní optimalizace: Moderní systémy řízení teploty mohou integrovat algoritmy umělé inteligence pro optimalizaci řídicích strategií, zlepšení energetické účinnosti a zvýšení rychlosti odezvy.
9. Vzdálené monitorování: Systém může podporovat funkce vzdáleného monitorování a ovládání, což personálu údržby umožňuje porozumět stavu systému v reálném čase a provádět úpravy.

Battery Management System (BMS)

Battery Management System (BMS) je základní komponentou systému pro ukládání energie, která je zodpovědná za řízení a monitorování provozního stavu baterie, aby byla zajištěna její bezpečnost, spolehlivost a efektivní provoz. Níže jsou uvedeny základní součásti, pracovní principy a klíčové funkce BMS:

Battery Management System (BMS): Základní komponenty

Hardwarové komponenty:

• Senzory: Používají se ke sledování fyzických parametrů baterie, jako je napětí, proud a teplota.
• Obvodové desky: Zahrnuje hlavní řídicí obvodovou desku a komunikační obvodové desky, které jsou zodpovědné za zpracování dat a komunikaci.
• Procesor: Základní řídicí jednotka, která analyzuje a vypočítává stav baterie a provádí odpovídající řídicí strategie.
• Relé a ochranné obvody: Používá se k odpojení nabíjecích a vybíjecích obvodů baterie v abnormálních situacích a chrání baterii před poškozením.
• Komunikační rozhraní: Používá se pro datovou komunikaci s externími systémy (jako jsou řídicí systémy vozidla, servery atd.).

Princip fungování systému správy baterie (BMS):

1. Sběr dat: BMS shromažďuje parametry baterie, jako je napětí, proud a teplota v reálném čase prostřednictvím senzorů.
2. Zpracování dat: Procesor zpracovává získaná data, vypočítává klíčové informace, jako je stav nabití/vybití baterie, zbývající kapacita a vnitřní odpor.
3. Provádění řídicí strategie: Na základě výsledků zpracování dat BMS provádí odpovídající řídicí strategie, jako je úprava nabíjecího/vybíjecího proudu a provádění vyvážení baterie.
4. Komunikace a zpětná vazba: BMS si vyměňuje data s externími systémy prostřednictvím komunikačního rozhraní, přijímá externí příkazy a odesílá informace o stavu baterie externím systémům.

 

Převodník pro ukládání energie (PCS) lze přirovnat k „nadměrně velké nabíječce“, což je klíčová součást systému skladování energie. Má obousměrné konverzní schopnosti a hraje klíčovou roli v systému. Umožňuje přeměnu energie a obousměrný tok mezi akumulátorem energie a sítí. Dokáže převést stejnosměrný proud (DC) na střídavý proud (AC) nebo naopak, aby splnil potřeby sítě na nabíjení a vybíjení systému skladování energie. PCS funguje jako „most“ v systému skladování energie, spojuje baterii pro ukládání energie a síť a zajišťuje efektivní a stabilní provoz systému.

 

Systém energetického managementu (EMS) je klíčovou součástí systému skladování energie. Zodpovídá za monitorování, řízení a optimalizaci toku energie a provozní účinnosti celého systému.

„Dobré řešení vychází z návrhu nejvyšší{0}}úrovně a dobrý systém vychází z EMS,“ zdůrazňuje význam EMS v systémech skladování energie.

EMS existuje, aby agregoval informace ze všech subsystémů v rámci systému skladování energie, komplexně monitoroval celkový provoz systému a činil příslušná rozhodnutí k zajištění bezpečného provozu systému. EMS nahrává data do cloudu a poskytuje provozní nástroje pro-administrativní pracovníky operátora. Současně je EMS zodpovědný za přímou interakci s uživateli. Uživatelé údržby mohou používat EMS k zobrazení-provozu systému skladování energie v reálném čase a implementovat monitorování.