ข่าวอุตสาหกรรม
ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ทำงานโดยการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมีที่สะสมไว้ภายใน เซลล์แบตเตอรี่เก็บพลังงาน แล้วแปลงกลับเป็นไฟฟ้าใช้งานได้ตามต้องการผ่านระบบจัดการแบตเตอรี่ ระบบแปลงพลังงาน และอินเวอร์เตอร์ ในระหว่างการชาร์จ พลังงานไฟฟ้ากระแสสลับที่เข้ามาจากโครงข่ายหรือแผงโซลาร์เซลล์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและผลักเข้าไปในเซลล์ ซึ่งเป็นที่ที่ปฏิกิริยาเคมีจะกักเก็บพลังงานนั้นไว้ ในระหว่างการคายประจุ ปฏิกิริยาจะกลับกัน เซลล์จะปล่อยพลังงานที่เก็บไว้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง และอินเวอร์เตอร์จะแปลงพลังงานกลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อใช้งานโดยอุปกรณ์ อุปกรณ์ หรือโครงข่ายไฟฟ้า
ส่วนที่เหลือของคู่มือนี้จะแบ่งระบบออกเป็นองค์ประกอบหลัก โดยจะอธิบายวิธีการ เซลล์แบตเตอรี่เก็บพลังงาน ถูกจัดกลุ่มเป็นโมดูลและแพ็ค และครอบคลุมปัจจัยเชิงปฏิบัติที่กำหนดว่าระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ทำงานได้ดีเพียงใดตลอดอายุการใช้งาน
ส่วนประกอบหลักที่ประกอบกันเป็นระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่
ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ไม่ใช่อุปกรณ์ชิ้นเดียว แต่เป็นชุดฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ควบคุมที่ทำงานร่วมกัน แต่ละเลเยอร์มีหน้าที่ที่แตกต่างกัน และระบบจะทำงานได้เฉพาะจุดอ่อนที่สุดเท่านั้น
เซลล์แบตเตอรี่เก็บพลังงาน
เซลล์เป็นส่วนสำคัญในการจัดเก็บพลังงานเคมีที่เกิดขึ้นจริง ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต หรือที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า LFP ได้กลายเป็นตัวเลือกทางเคมีที่โดดเด่นสำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่ เนื่องจากมีความเสถียรและอายุการใช้งานยาวนานเมื่อเทียบกับเคมีภัณฑ์ที่มีนิกเกิลแบบเก่า
โมดูลและชุดแบตเตอรี่
เซลล์แต่ละเซลล์เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมและขนานเพื่อสร้างโมดูล จากนั้นโมดูลจะรวมกันเป็นแพ็คเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าและความจุตามที่โครงการต้องการ โครงสร้างแบบชั้นนี้ช่วยให้ผู้ผลิตปรับขนาดการออกแบบเซลล์ฐานเดียวกันจากหน่วยที่อยู่อาศัยขนาดเล็กไปจนถึงระบบอุตสาหกรรมขนาดตู้คอนเทนเนอร์
ระบบการจัดการแบตเตอรี่
ระบบการจัดการแบตเตอรี่ ซึ่งโดยปกติจะย่อให้เหลือเพียง BMS จะติดตามแรงดันไฟฟ้า กระแส และอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องในทุกเซลล์ในแพ็ค โดยจะปกป้องระบบโดยการหยุดการชาร์จหรือการคายประจุหากเซลล์เคลื่อนที่นอกขีดจำกัดที่ปลอดภัย และจะรักษาระดับการชาร์จให้สมดุลทั่วทั้งเซลล์ ดังนั้นจึงไม่มีเซลล์ใดทำงานมากเกินไปในขณะที่เซลล์อื่นๆ ถูกใช้งานน้อยเกินไป
ระบบแปลงกำลังและอินเวอร์เตอร์
ระบบแปลงพลังงานจะจัดการการไหลของพลังงานระหว่างชุดแบตเตอรี่และวงจรไฟฟ้าภายนอก ในขณะที่อินเวอร์เตอร์จะจัดการการแปลงระหว่างพลังงาน DC ที่เก็บไว้ในเซลล์กับไฟ AC ที่ใช้โดยบ้าน โรงงาน หรือโครงข่ายไฟฟ้า
การจัดการความร้อน
เซลล์แบตเตอรี่จะสร้างความร้อนระหว่างการชาร์จและการคายประจุ และความร้อนนั้นจะต้องถูกกำจัดออกอย่างสม่ำเสมอเพื่อป้องกันการแก่ก่อนวัย การออกแบบที่ระบายความร้อนด้วยอากาศจะหมุนเวียนอากาศโดยรอบหรืออากาศปรับอากาศทั่วบรรจุภัณฑ์ ในขณะที่การออกแบบที่ระบายความร้อนด้วยของเหลวจะหมุนเวียนสารหล่อเย็นผ่านแผ่นหรือท่อที่ปิดสนิทโดยสัมผัสโดยตรงกับเซลล์ ซึ่งโดยทั่วไปจะรักษาอุณหภูมิที่กระจายทั่วทั้งบรรจุภัณฑ์ได้เข้มงวดกว่าการระบายความร้อนด้วยอากาศเพียงอย่างเดียว
ตามเส้นทางพลังงานผ่านวงจรการชาร์จและคายประจุเต็ม
การทำความเข้าใจระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่นั้นง่ายที่สุดโดยการติดตามสิ่งที่เกิดขึ้นกับไฟฟ้าขณะเคลื่อนที่ผ่านระบบในแต่ละทิศทาง
- ไฟฟ้ากระแสสลับที่เข้ามาจากโครงข่าย เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรืออินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์จะเข้าสู่ระบบการแปลงพลังงาน
- ระบบแปลงพลังงานจะแก้ไขไฟ AC นั้นเป็นไฟ DC ซึ่งเหมาะสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่
- ระบบจัดการแบตเตอรี่จะกำหนดเส้นทางกระแสไฟชาร์จไปยังโมดูล พร้อมทั้งตรวจสอบเซลล์แต่ละเซลล์เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิให้อยู่ในขีดจำกัดการทำงานที่ปลอดภัย
- พลังงานที่สะสมอยู่ในเซลล์จนกระทั่งคำสั่งคายประจุถูกกระตุ้น ไม่ว่าจะโดยโปรแกรมที่กำหนดเวลาไว้ สัญญาณกริด หรือการตรวจจับไฟฟ้าดับ
- ในระหว่างการคายประจุ เซลล์จะปล่อยพลังงาน DC ซึ่งส่งกลับผ่านระบบแปลงพลังงานและอินเวอร์เตอร์เพื่อแปลงเป็นไฟ AC ที่ใช้งานได้สำหรับโหลดที่เชื่อมต่อ
เหตุใดเคมีของเซลล์จึงกำหนดประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง
ไม่ใช่ทั้งหมด เซลล์แบตเตอรี่เก็บพลังงาน มีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกันเมื่อติดตั้ง และความแตกต่างทางเคมีจะปรากฏขึ้นโดยตรงในวงจรชีวิต อัตราความปลอดภัย และความสามารถในการใช้งาน
| เคมี | วงจรชีวิตถึงความจุ 80 เปอร์เซ็นต์ | ความลึกทั่วไปของการคายประจุ |
|---|---|---|
| LiFePO4 (แอลเอฟพี) | 4,000 ถึง 6,000 รอบ | 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ |
| ลิเธียมไอออน NMC | 1,500 ถึง 2,500 รอบ | 70 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ |
| กรดตะกั่ว | 300 ถึง 700 รอบ | 50 เปอร์เซ็นต์ |
โดยทั่วไปเซลล์ LFP มีวงจรชีวิตของเซลล์ NMC ประมาณสองเท่าถึงสามเท่า ก่อนที่จะถึง 80 เปอร์เซ็นต์ของกำลังการผลิตเดิม ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่ LFP กลายเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ มากกว่าการใช้งานที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ที่ NMC ยังคงมีความได้เปรียบ
การระบายความร้อนด้วยอากาศเทียบกับการระบายความร้อนด้วยของเหลวภายในชุดแบตเตอรี่
การออกแบบการจัดการระบายความร้อนมีผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ที่ทำงานตลอดอายุการใช้งานที่กำหนด เนื่องจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งแพ็คทำให้เซลล์บางเซลล์เสื่อมสภาพเร็วกว่าเซลล์อื่นๆ
การระบายความร้อนด้วยของเหลวช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอได้อย่างไร
ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะหมุนเวียนสารหล่อเย็นผ่านแผ่นหรือท่อที่ปิดสนิทซึ่งอยู่ในการสัมผัสความร้อนโดยตรงกับแต่ละเซลล์หรือโมดูล โดยดึงความร้อนออกไปอย่างเท่าเทียมกัน แทนที่จะอาศัยการไหลเวียนของอากาศที่อาจทำให้ช่องของเซลล์อุ่นกว่าส่วนอื่นๆ การระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถรักษาอุณหภูมิที่กระจายไปทั่วชุดแบตเตอรี่ได้ภายในประมาณ 3 องศาเซลเซียส เมื่อเทียบกับการแพร่กระจายที่ 8 ถึง 15 องศาเซลเซียส โดยทั่วไปในการออกแบบที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ
เหตุใดความแตกต่างจึงมีความสำคัญตลอดระยะเวลาหลายปีของการดำเนินงาน
การกระจายอุณหภูมิที่เข้มงวดมากขึ้นหมายความว่าเซลล์ภายในอายุของบรรจุภัณฑ์จะมีอัตราใกล้เคียงกันมากขึ้น ซึ่งช่วยลดโอกาสที่เซลล์แต่ละเซลล์จะล้มเหลวตั้งแต่เนิ่นๆ และช่วยให้แบตเตอรี่โดยรวมสามารถรักษาความสามารถในการใช้งานได้นานขึ้น ความสม่ำเสมอนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อขนาดของโครงการเพิ่มขึ้นไปสู่การติดตั้งเมกะวัตต์-ชั่วโมงและกิกะวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งมูลค่าของอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นจากการลงทุนที่ใหญ่กว่ามาก
ขนาดของระบบเปลี่ยนแปลงลำดับความสำคัญของการออกแบบอย่างไร
เทคโนโลยีเซลล์หลักเดียวกันนี้รองรับหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันมากเมื่อขยายขนาดขึ้นหรือลง และลำดับความสำคัญจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ระบบอยู่ในช่วงนั้น
| ขนาดระบบ | ช่วงความจุโดยทั่วไป | ลำดับความสำคัญของการออกแบบหลัก |
|---|---|---|
| ที่อยู่อาศัย | 5 ถึง 20 กิโลวัตต์ชั่วโมง | ขนาดกะทัดรัด ทำงานเงียบ ติดตั้งง่าย |
| ตู้เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม | 200 ถึง 400 กิโลวัตต์ชั่วโมง | การโกนหนวดสูงสุด ความทนทานกลางแจ้ง โครงสร้างระดับ IP |
| ขนาดเมกะวัตต์สาธารณูปโภคและอุตสาหกรรม | เมกะวัตต์ชั่วโมง ถึง กิกะวัตต์ชั่วโมง | อายุการใช้งานยาวนาน การระบายความร้อนด้วยของเหลว ความน่าเชื่อถือในระดับกริด |
Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd ออกแบบผลิตภัณฑ์ครบวงจรนี้ โดยผลิตเซลล์แบตเตอรี่ โมดูล ชุดแบตเตอรี่ และระบบที่สมบูรณ์ภายใต้โครงสร้างการผลิตแบบบูรณาการในแนวตั้ง ซึ่งช่วยให้สามารถขนส่งเซลล์ที่มีคุณภาพสม่ำเสมอตั้งแต่ชุดที่อยู่อาศัยขนาดเล็กไปจนถึงการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภค
มาตรฐานความปลอดภัยที่ใช้กับเซลล์แบตเตอรี่เก็บพลังงาน
เนื่องจากระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่เก็บพลังงานจำนวนมากไว้ในพื้นที่ขนาดกะทัดรัด การตรวจสอบความปลอดภัยจึงเป็นส่วนหลักของการออกแบบระบบที่มีความรับผิดชอบ ไม่ใช่ส่วนเสริมเสริม
- IEC 62619 กำหนดข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสากลสำหรับเซลล์ลิเธียมทุติยภูมิและแบตเตอรี่ที่ใช้ในการใช้งานแบบอยู่กับที่
- UL 1973 เป็นมาตรฐานหลักของสหรัฐอเมริกาสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่แบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่ ซึ่งครอบคลุมการทดสอบในทางที่ผิด เช่น การลัดวงจร การชาร์จไฟเกิน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน
- การขนส่งแบตเตอรี่ลิเธียมทางอากาศจำเป็นต้องมีการรับรอง UN 38.3 และมีความสำคัญสำหรับระบบใดๆ ที่ต้องจัดส่งระหว่างประเทศ
- ระดับ IP54 หรือสูงกว่าแสดงถึงการป้องกันฝุ่นและน้ำกระเซ็น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับกระเป๋าที่ติดตั้งกลางแจ้ง
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับวิธีการทำงานของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่
อะไรคือความแตกต่างระหว่างเซลล์แบตเตอรี่ โมดูล และแพ็ค
เซลล์คือหน่วยเก็บพลังงานเดี่ยวที่เล็กที่สุด โมดูลคือกลุ่มของเซลล์ที่ต่อเข้าด้วยกันแบบอนุกรมและขนาน และแพ็คคือชุดประกอบที่สมบูรณ์ของโมดูล พร้อมด้วยระบบจัดการแบตเตอรี่ สายไฟ และกล่องหุ้มที่จำเป็นต่อการทำงานเป็นหน่วยเก็บข้อมูลแบบสแตนด์อโลน
เหตุใดระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่สมัยใหม่ส่วนใหญ่จึงใช้เซลล์ LFP
เซลล์ LFP ผสมผสานเสถียรภาพทางความร้อนที่แข็งแกร่งเข้ากับอายุการใช้งานที่ยาวนาน โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 4,000 ถึง 6,000 รอบ ก่อนที่จะลดลงเหลือ 80 เปอร์เซ็นต์ของความจุเดิม ซึ่งทำให้เหมาะสมกับระบบที่อยู่กับที่ซึ่งให้ความสำคัญกับอายุการใช้งานที่ยาวนานและความปลอดภัยมากกว่าความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นที่นักเคมีอื่นๆ นำเสนอ
ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ทำงานโดยไม่มีแสงแดดหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไม่
ใช่ เมื่อชาร์จแล้ว ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่สามารถปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ได้โดยอิสระจากแหล่งกำเนิดพลังงานที่ใช้งานอยู่ ซึ่งเป็นสิ่งที่ช่วยให้สามารถจ่ายไฟให้กับบ้านหรือสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ ในระหว่างที่โครงข่ายไฟฟ้าดับหรือในช่วงเวลาที่ไม่มีการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์
ระบบจัดการแบตเตอรี่ป้องกันความเสียหายของเซลล์อย่างไร
ระบบการจัดการแบตเตอรี่จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และอุณหภูมิในระดับเซลล์อย่างต่อเนื่อง และจะขัดขวางการชาร์จหรือการคายประจุโดยอัตโนมัติหากการอ่านค่าใด ๆ เคลื่อนไปนอกช่วงที่ปลอดภัย ขณะเดียวกันก็รักษาสมดุลการชาร์จทั่วทั้งเซลล์ ดังนั้นจึงไม่มีเซลล์ใดถูกผลักแรงกว่าเซลล์ที่เหลือในแพ็ค
การระบายความร้อนด้วยของเหลวจำเป็นสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ทุกระบบหรือไม่
ไม่ใช่สำหรับทุกระบบ เนื่องจากชุดพักอาศัยขนาดเล็กมักจะทำงานได้ดีกับการระบายความร้อนด้วยอากาศ แต่การระบายความร้อนด้วยของเหลวจะมีคุณค่ามากขึ้นเมื่อขนาดของระบบขยายไปสู่ระดับเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม ซึ่งการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดยิ่งขึ้นช่วยยืดอายุการใช้งานอย่างมีความหมายด้วยการลงทุนที่ใหญ่กว่ามาก
