Объяснение компонентов аккумуляторной системы хранения энергии: элементы, BMS, PCS и многое другое

Инженер объекта, оценивающий проект аккумуляторного хранения энергии мощностью 500 кВт / 1 МВт, обычно сравнивает срок службы, цену за киловатт-час и гарантию. Эти цифры имеют значение, но они не отражают всей истории. Реальная производительность аккумуляторная система накопления энергии (BESS) зависит от того, как его компоненты работают вместе: элементы, система управления батареями (BMS), система преобразования энергии (PCS), система управления энергопотреблением (EMS), система управления температурным режимом и инфраструктура противопожарной защиты. Высококачественная ячейка по-прежнему будет работать хуже, если BMS ограничивает ее работу, если PCS ограничивает ее мощность или если стратегия охлаждения допускает дрейф температуры. Вывод однозначен: прежде чем выбирать BESS, разберитесь в каждом компоненте и в том, как он влияет на безопасность, эффективность и срок службы.

Батарейная система: элементы, модули и блоки

В аккумуляторной системе электрическая энергия хранится химическим путем. Наименьшей функциональной единицей является ячейка, содержащая катод, анод, электролит и сепаратор. В стационарных приложениях литий-железо-фосфат (LFP) является наиболее распространенным химическим составом из-за его термической стабильности и длительного срока службы, в то время как никель-марганец-кобальт (NMC) обеспечивает более высокую плотность энергии за счет более строгого управления температурным режимом. Химия клеток, выбранная для проекта, задает основу для профиля безопасности и скорости деградации всей системы.

Ячейки соединяются последовательно и параллельно, образуя модули; модули собираются в пакеты; и пакеты устанавливаются в стойки или шкафы. Эта иерархия определяет номинальное напряжение, емкость и физическое пространство системы хранения. Для производителей упаковки, поиск элементы батареи из одной производственной партии значительно снижает риск дисбаланса ячеек и преждевременного отклонения мощности.

Производители аккумуляторных элементов - Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd - китайские производители аккумуляторных батарей и фабрика по индивидуальному заказу. Внедрение продукта: литий-ионный аккумулятор ... Посмотреть продукт →

Для покупателей, которые предпочитают не собирать свои собственные упаковки, используйте подобранные комплекты. аккумуляторные модули сокращает время сборки и устраняет большую часть внутреннего тестирования. Какой бы маршрут вы ни выбрали, проверьте следующие моменты:

Литий-железо-фосфатные батареи, Производители модулей литиевых батарей Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd является китайским производителем литий-железо-фосфатных батарей и заводом по производству модулей литиевых батарей, OEM/... Посмотреть продукт →

• Срок службы при ожидаемой глубине разрядки, а не только значение, указанное в паспорте, измеренное при 25 °C.
• Согласование напряжения и внутреннего сопротивления между ячейками перед установкой.
• Конструкция сборных шин и соединений обеспечивает низкое сопротивление и равномерное распределение тока.
• Степень защиты IP и уровень вибрации корпуса блока для условий эксплуатации.

Соотношение между номинальной мощностью и запасенной энергией также влияет на выбор компонентов. Система мощностью 1 МВт/2 МВтч обеспечивает продолжительность разряда примерно два часа; система мощностью 1 МВт/4 МВтч обеспечивает четыре часа. Более высокая энергоемкость стойки означает больше ячеек на модуль и больше внимания к термическому расчету. Если в спецификации проекта указаны пиковая мощность и продолжительность, убедитесь, что количество ячеек, номинал PCS и охлаждающая способность соответствуют этому целевому значению.

Система управления батареями: мозг безопасности

BMS контролирует напряжение, ток и температуру на уровне ячеек. Он оценивает состояние заряда (SoC) и работоспособность (SoH), выполняет балансировку ячеек и активирует защиту всякий раз, когда параметр превышает свой предел. В более крупных установках главная BMS связывается с PCS и EMS, чтобы запросить снижение мощности или полное отключение. Его основные функции:

1. Защита от повышенного и пониженного напряжения для предотвращения необратимого повреждения элемента.
2. Защита от перегрева и перегрузки по току для снижения риска теплового выхода из строя.
3. Пассивная или активная балансировка, которая удерживает все элементы в узком диапазоне напряжения.
4. Отчеты о SoC и SoH, которые обеспечивают оптимизацию EMS и отслеживание гарантий.

Система преобразования энергии: сетевой интерфейс

PCS представляет собой двунаправленный инвертор, который преобразует мощность постоянного тока от аккумулятора в мощность переменного тока для сети и меняет направление потока во время зарядки. Он контролирует скорость заряда и разряда, поддерживает напряжение и частоту в пределах норм сети и обеспечивает быстрое реагирование, необходимое для сетевых услуг. КПД современного оборудования ПКС превышает 97 процентов , но значение, фактически наблюдаемое на месте, зависит от рабочей точки, сечения кабеля и потерь в трансформаторе.

Скорость реакции — еще одно отличие. Регулирование частоты требует реакции PCS в течение миллисекунд, а плавное переключение с зарядки на разряд позволяет избежать скачков тока, которые могут вызвать нагрузку на батарею. Топология PCS также соответствует архитектуре проекта: центральные инверторы управляют большими силовыми блоками и являются экономически эффективными для предприятий коммунального масштаба, а строковые инверторы делят систему на более мелкие блоки для упрощения обслуживания и повышения доступности в коммерческих и промышленных установках. PCS сам по себе выделяет тепло, поэтому его корпус должен адекватно охлаждаться, а звено постоянного тока между аккумулятором и инвертором должно быть защищено предохранителем в соответствии с номинальным током повреждения аккумулятора.

Система энергоменеджмента: уровень принятия решений

EMS решает, когда система заряжается, когда разряжается и на каком уровне мощности. Он работает с входными данными, такими как:

• Графики тарифов на электроэнергию для снижения пиковых нагрузок и энергетического арбитража.
• Прогнозы нагрузки и возобновляемой генерации для оптимальной диспетчеризации.
• Сигналы сети или команды прямого управления для программ реагирования на спрос.
• Ограничения по эксплуатации батареи сообщаются BMS.

Рассмотрим коммерческого пользователя, использующего тариф по времени использования: зарядка от солнечной генерации в середине дня и разрядка во время вечернего пика могут снизить плату за потребление на значительный процент каждый месяц. Это значение реализуется только тогда, когда EMS получает точные данные о нагрузке, а BMS обеспечивает необходимую глубину разгрузки. Без надлежащей координации батарея все равно может быть частично заряжена, когда наступит пик. В бытовых системах EMS обычно работает как встроенное ПО внутри гибридного инвертора; в коммерческих и коммунальных проектах это часто отдельный контроллер или облачная платформа, подключенная к SCADA.

Управление температурным режимом и ОВКВ

Температура является самым сильным фактором, влияющим на срок службы батареи. Высокие температуры ускоряют снижение производительности; низкие температуры уменьшают полезную емкость и повышают риск образования литиевых покрытий во время быстрой зарядки. Система управления температурным режимом удерживает элементы в рекомендуемом окне, обычно От 15 °C до 35 °C для химии LFP . Выбор между воздушным и жидкостным охлаждением напрямую влияет на производительность и бюджет.

Жидкостное охлаждение становится стандартным для крупных коммерческих и коммунальных установок, поскольку оно сохраняет небольшой разброс температур элементов и обеспечивает более высокую плотность энергии внутри корпуса. Решение о том, использовать ли системы хранения энергии с воздушным или жидкостным охлаждением зависит от размера проекта, температуры окружающей среды и характера нагрузки. В жарком климате контейнеру с воздушным охлаждением может потребоваться дополнительная вентиляция, что приведет к попаданию в него большего количества пыли и влаги; Жидкостное охлаждение обеспечивает герметичность аккумуляторного отсека и снижает нагрузку на систему отопления, вентиляции и кондиционирования контейнера за счет дополнительного обслуживания насоса и трубопроводов. Для покупателей, которым требуется предварительно спроектированное решение, аккумуляторный блок хранения энергии с жидкостным охлаждением объединяет элементы, BMS и тепловое оборудование в одном протестированном блоке.

Производители аккумуляторов с жидкостным охлаждением - Ningbo Nxten Energy Te Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd является китайским производителем аккумуляторов с жидкостным охлаждением и фабрикой по индивидуальному заказу, описание продукта ... Посмотреть продукт →

Инфраструктура пожаротушения и безопасности

Противопожарная защита не является дополнительной опцией. Полная система BESS должна включать в себя обнаружение газа для водорода и паров электролита, обнаружение дыма, тепловые датчики и систему пожаротушения. Общие подходы к подавлению включают в себя:

• Системы чистящих средств, которые тушатся, не оставляя следов на электронике.
• Системы водяного тумана для защиты всего контейнера в крупных установках.
• Аэрозоли и твердотопливные средства для компактной защиты на уровне шкафа.

Конструкция корпуса не менее важна: вентиляционные отверстия для сброса давления, герметичные батарейные отсеки и огнестойкие материалы. Соответствие таким стандартам, как UL 9540A и NFPA 855, в настоящее время является базовым ожиданием для большинства проектов. Расположение контейнеров также играет роль в обеспечении безопасности: аккумуляторные стойки должны быть расположены на расстоянии, обеспечивающем доступ для обслуживания и ограничивающем накопление тепла между соседними стойками. Обнаружение газа должно непрерывно отбирать пробы из отсека, а система пожаротушения должна активироваться автоматически до того, как температура достигнет критического уровня. Операторам следует планировать периодическое тестирование цепочки обнаружения, поскольку на систему подавления, которая никогда не проверяется, нельзя положиться.

Вспомогательное питание, распределительное устройство и мониторинг

Помимо основных функциональных блоков, каждая BESS нуждается в вспомогательном электрическом оборудовании: распределительном устройстве постоянного тока и предохранителях, выключателях переменного тока, повышающем трансформаторе, учете доходов, системах заземления и шлюзе мониторинга объекта, который питает платформу SCADA. Правильное заземление предотвращает возникновение неисправностей, а точный учет измеряет реальную подаваемую энергию. Хороший мониторинг также обнаруживает аномальный разброс температур между ячейками, поэтому операторы могут вмешаться до того, как произойдет сбой.

Архитектура связи имеет такое же значение, как и силовая проводка. BMS обычно взаимодействует с PCS через CAN, тогда как контроллер объекта связывается с EMS и SCADA через Modbus TCP или IEC 61850. Убедитесь, что поставщик обеспечивает полную поддержку протоколов, используемых вашей платформой мониторинга, и что обновления встроенного ПО можно применять без отключения системы на длительное время. Для владельцев коммерческих и промышленных предприятий удаленный мониторинг снижает затраты на техническое обслуживание и предоставляет эксплуатационные данные, необходимые для отчетов о производительности и гарантийных претензий.

Почему побеждает интегрированное проектирование компонентов

Каждый компонент BESS выполняет определенную задачу, но система работает хорошо только тогда, когда все они работают как единое целое. BMS определяет пределы, PCS преобразует энергию, EMS принимает решения, а системы тепловой и противопожарной защиты обеспечивают безопасность. Несоответствующие компоненты приводят к неэффективности, ускорению деградации и предотвратимому риску безопасности.

Вот почему важен интегрированный производственный подход. Поставщик, такой как NXTEN, который контролирует производство ячеек, сборка модулей, изготовление упаковки и системная интеграция , может подобрать все компоненты на стадии проектирования, протестировать всю систему вместе и предложить единую гарантию. При отправке запроса на расценки укажите профиль нагрузки, целевое самопотребление или целевую устойчивость, диапазон температуры окружающей среды, доступную площадь и необходимое время ответа. Попросите производителя указать расчетный температурный разброс, гарантированный КПД в обоих направлениях и условия гарантии на срок службы. Эти детали показывают, была ли система спроектирована целиком или просто собрана из частей.